ПиОФ

иК= f(s). ЗависимостьК= f(Vр) проводитьчерез экспериментальные точки.

Рис. 2.4. Графики экспериментальных зависимостей

2.5. Содержание отчета

1.Отчет по лабораторной работе оформляется согласно стандарта.

2.Указать цель работы.

3.Указать лабораторное оборудование и измерительную аппаратуру.

4.Выполнить эскизы разных видов стружек и описать условия их образования.

5.Привести таблицу экспериментальных данных (см. табл. 2.1).

6.Построить три графика зависимости усадки стружки от режимов резания (см. рис. 2.4).

7.Сделать выводы о влиянии режимов резания на усадку стружки.

2.6. Контрольные вопросы

1.Что такое срезаемый слой?

2.Какие параметры относятся к геометрии срезаемого слоя?

3.Что называется толщиной срезаемого слоя?

4.Что называется шириной срезаемого слоя?

5.Какие виды стружек известны?

6.При каких условиях образуются сливная, элементная стружка, стружка надлома?

7.Какие параметры относятся к режимам резания?

8.Что называется глубиной резания?

9.Что называется подачей?

10.Что такое скорость резания?

11.При каком условии происходит процесс стружкообразования?

12.Что такое плоскость сдвига?

13.Какие виды деформации претерпевают зерна металла в процессе

31

стружкообразования?

14.Равномерна ли деформация зерен по сечению стружки?

15.Как изменяются размеры стружки по сравнению с размерами срезаемого слоя? Что такое усадка стружки?

16.Что называется коэффициентом продольной усадки, коэффициентом поперечной усадки?

17.Как влияет на усадку стружки толщина срезаемого слоя?

18.Как влияет на усадку ширина срезаемого слоя?

19.Как влияет на усадку глубина резания?

20.Как влияет на усадку подача?

21.Как влияет на усадку скорость резания?

22.Как связана усадка стружки с углом сдвига?

32

3. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОМ ЕСТЕСТВЕННОЙ ТЕРМОПАРЫ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ РЕЖИМА РЕЗАНИЯ НА СРЕДНЮЮ ТЕМПЕРАТУРУ КОНТАКТНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ИНСТРУМЕНТА ПРИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ

3.1. Цель работы

Целью работы является ознакомление с методами измерения температуры в зоне резания, исследование методом естественной термопары влияние режимов резания (V, S, t) на среднюю температуру контактных поверхностей инструментов.

3.2. Теоретическая часть

Одним из главных факторов, определяющих характер и результаты процесса резания, является теплота, образующаяся в зоне резания. Законы теплообразования объясняют целый ряд явлений, связанных со стойкостью инструмента и качеством обработанной поверхности. Чтобы правильно использовать режущий инструмент, необходимо знать эти законы. Основными источниками возникновения теплоты при резании металлов являются:

−работа, затрачиваемая на деформацию в срезаемом слое и в поверхностных слоях детали, Адеф.

−работа, затрачиваемая на преодоление трения заготовки по перед-

ней и задней поверхностям инструмента, Атр. п.п, Атр.з.п.

Суммарная работа, затраченная на процесс резания, будет равна

где PZ − сила резания, Н; V − скорость резания, м/с.

Установлено, что практически все механические работы резания (99,5%) переходит в теплоту, следовательно, количество тепла, выделяющееся при обработке резанием за 1 с равно:

Небольшая часть работы переходит в потенциальную энергию искаженной кристаллической решетки деформированных зерен металла (поглощенная энергия деформации). Это связано с тем, что стружка, обработанная поверхность и трущиеся поверхности инструмента испытывают наклеп. Поэтому, более точно формулу можно выразить так:

33

где а − коэффициент, учитывающий потери, незначительные по величине. Обычно этими потерями пренебрегают.

Следовательно, общее количество тепла, выделяющееся при резании, зависит от деформации срезаемого слоя и трения на контактных площадках передней и задней поверхностей инструмента.

Образовавшаяся в процессе резания теплота уносится стружкой, распространяется в деталь, резец и окружающую среду. Уравнение теплового баланса при резании будет иметь следующий вид:

шаяся в результате работы деформации, трения по передней поверхности инструмента, трения по задней поверхности; Q C , Q Д , Q ИН , Q − со-

ответственно теплота, распространяющаяся в стружку, деталь, инструмент, окружающую среду.

Степень концентрации теплоты в различных участках изделия, стружку и инструмент различна. Большое количество тепла концентрируется в определенных зонах, сильно повышает их температуру. Поэтому различные точки рабочих поверхностей инструмента, стружки и детали имеют различную температуру. Образуется температурное поле. Высокая температура изменяет свойства металла и определяет фактическую износостойкость инструментального материала.

На температуру резания влияют:

1)геометрия срезаемого слоя: а, b;

2)режимы резания: t, s, VP ;

3)геометрия резца: γ , α , α1 , ϕ, ϕ1 , λ, r ;

4)смазочно - охлаждающая технологическая жидкость (СОЖ);

5)физико - механические свойства обрабатываемого материала.

3.2.1.Влияние геометрии срезаемого слоя на температуру реза-

ния

С увеличением толщины срезаемого слоя увеличивается сила резания PZ , что вызывает увеличение тепловыделения Q тр , теплоотвод ос-

тается величиной неизменной, следовательно, температура резания увеличивается.

С увеличением ширины срезаемого слоя b прямо пропорционально увеличивается PZ и Q тр , теплоотвод увеличивается также прямо про-

порционально, температура резания должна оставаться величиной посто-

34

янной. Практически температура резания немного увеличивается.

3.2.2.Влияние режимов резания на температуру резания

Сувеличением глубины резания t сила резания PZ и тепловыделение Qтр увеличивается пропорционально, теплоотвод увеличивается тоже

прямо пропорционально, следовательно, температура резания не должна изменятся. Практически она немного увеличивается.

С увеличением подачи s увеличивается сила PZ , увеличивается тепловыделение Q тр , теплоотвод не изменяется, следовательно, температура резания увеличивается.

С увеличением скорости резания VP увеличивается тепловыделение Qтр , теплоотвод неизменен, температура резания увеличивается.

Влияние VP на температуру гораздо значительнее, чем влияние t и s.

3.2.3.Влияние геометрии резца на температуру резания

Сувеличением переднего угла γ сила резания PZ и тепловыделение Qтр уменьшается, теплоотвод неизменен, температура резания

уменьшается.

Влияние главного заднего угла α аналогично влиянию угла γ , т.е.

с увеличением α температура резания уменьшается, но медленнее, чем от γ .

С увеличением главного угла в плане ϕ в пределах от 0 до 60° сила резания PZ уменьшается примерно на 18 – 20 %, теплоотвод же умень-

шается на150 − 180 %, следовательно, температурарезанияувеличивается. С увеличением радиуса закругления при вершине резца r увеличива-

ется сила PZ и Qтр примерно на 8 – 10 %.

Теплоотвод увеличивается прямо пропорционально радиусу r. Температура резания уменьшается.

Влияние углов α1 , ϕ1 , λ на температуру резания незначительно и имеет только принципиальное значение.

35

3.2.4.Влияние смазочно-охлаждающей жидкости на температуру резания

С применением СОЖ уменьшается PZ и тепловыделение Qтр , теп-

лоотвод увеличивается за счет свойств охлаждающей жидкости, что приводит к значительному уменьшению температуры резания.

3.2.5.Влияние физико-механических свойств обрабатываемого материала на температуру резания

С увеличением прочности пластичных материалов и твердости хрупких материалов увеличивается сила PZ , что приводит к увеличению

тепловыделения Qтр , теплоотвод остается неизменным, следовательно,

температура резания увеличивается.

Из многочисленных факторов, изменяющих температуру резания, наиболее значительное влияние оказывает механические свойства обрабатываемого материала, СОЖ, скорость резания.

Уменьшить температуры резания можно за счет уменьшения VP , s, t, ϕ , увеличения γ, r и применения СОЖ.

Температурные деформации детали снижают точность обработки. Поэтому важно знать, какие возникают температуры при разных условиях работы. Зависимости для расчёта температуры резания выводятся двумя путями: а) определяются теоретически на основе теории теплопередачи; б) определяются путем непосредственного измерения температуры при изменении условий резания.

3.2.6. Методы измерения температуры резания

Для определения температуры в зоне резания применяют косвенные и непосредственные методы измерения. К косвенным методам относятся такие, как калориметрический, метод термокрасок, метод цветов побежалости, метод измерения микротвердости, фотоэлектрический метод и др.

К непосредственным методам относятся методы измерения температуры при помощи термопар.

3.2.6.1. Метод искусственной термопары Метод заключается в том, что в резце просверливаются отверстия

малого диаметра, не доходящие до какой-либо точки передней или задней поверхности резца примерно на 0,2 ... и 0,5 мм, в которое вставляется изолированная термопара (часто медь-константан). Температура в точке соприкосновения термопары и резца регистрируются включенная в цепь термопары гальванометром.

36

3.2.6.2. Метод полуискусственной термопары Одним из элементов термопары служит сам резец, а другим является

константовая проволока, протянутая через сквозное отверстие в резце и изолированная от стенок отверстий.

3.2.6.3. Метод естественной термопары

Элементами термопары служат деталь и резец, которые, будучи разнородными металлами, в процессе резания имеют сильно нагретый контакт, являющийся спаем этой термопары. Одна из распространенных схем естественной термопары приведена на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Схема естественной термопары: 1 − деталь, 2 − резец, 3 − прокладка, 4 − центр, 5 − проволока термопары, 6 − милливольтметр

Заготовка 1 изолируется от станка при помощи диэлектрических прокладок. Резец 2 изолируется от резцедержателя станка при помощи прессшпановых и текстолитовых прокладок 3, который обеспечивает надежное замыкание вращающегося и неподвижного участков цепи. Возникающая в процессе резания термоэдс регистрируется милливольтметром 6.

Для устранения дополнительных паразитных термопар, возникающих в местах стыка деталей станка с заготовкой. Резец и заготовку изолируют от станка. При исследованиях, не требующих высокой точности, установка может быть значительно упрощена. Деталь не изолируют от станка, считается, что роль возникающей дополнительной термопары ничтожна, из-за слабого разогревания заднего центра по сравнению с резцом. В связи с этим провод, ранее присоединяемый к детали, можно присоединить к любой точке станка.

Недостатком метода естественной термопары является сложность и необходимость тарирования при каждом изменении материала детали или инструмента. Естественная термопара измеряет некоторую среднюю температуру, тогда как на площадке контакта стружки и передней грани инструмента в процессе резания развивается различная

37

температура в различных точках контакта. Отношение этой средней температуры и наивысшей непостоянно.

3.3.Охрана труда и техника безопасности

3.3.1.Студент не имеет права без лаборанта включать станок и проводить лабораторную работу.

3.3.2.Нельзя при работе станка низко накланяться над обрабатываемой деталью во избежание попадание стружки в глаза.

3.3.3.Зона резания должна быть прикрыта защитным кожухом.

3.3.4.Нельзя горячую стружку брать незащищенными руками.

3.3.5.Станок должен быть заземлен.

3.3.6.Одежда студента не должна иметь частей, которые могли бы захватываться вращающимися элементами станка. Студент должен иметь головной убор.

3.4.Методикапроведенияэкспериментаиобработкарезульта-

тов

1.Установить и закрепить деталь в станке.

2.Изолировать резец картонными прокладками от станка.

3.Провести под прокладкой провод потенциометра. Зажать резец

врезцедержателе станка.

4.Установить на станке заданную подачу и число оборотов детали.

5.Изменяя четыре раза глубину резания, измерить температуру резания, возникшую в процессе обработки.

6.При этом же числе оборотов и постоянной заданной глубине резания, изменяя четыре раза подачу, измерить температуру резания.

7.Установить на станке заданную подачу, оставив неизменной глубину резания, изменяя четыре раза числа оборотов детали, измерить температуру резания.

8.Экспериментальные данные занести в табл. 3.1.

Таблица 3.1 Результаты измерения температуры резания

38

Значения t, s и Vр задаются преподавателем.

9.Зная число оборотов n и диаметр детали, подсчитать скорость резания VP .

10.Построить три графика зависимости Т=f(t); Т=f(s); Т=f(VP ).

11.Сделатьвыводыовлияниирежимоврезаниянатемпературуреза-

ния.

3.5.Содержание отчета

1.Отчетполабораторнойработе оформляетсясогласноГОСТ7.32 –

91.

2.Единицы физических величин должны соответствовать ГОСТ

8.417 – 81.

3.Привести схему лабораторной установки.

4.Привести таблицу экспериментальных данных.

5.Построить три графика зависимости температуры резания от глубины, подачи, скорости резания.

6.Сделать вывод о влиянии режимов резания на температуру.

3.6.Контрольные вопросы

1.Какие источники теплоты образуются в процессе резания?

2.Куда отводится тепло от образовавшихся источников?

3.Как влияет температура нагрева на износ резца?

4.Что принимается за критерий теплоподвода?

5.Как меняется температура резания с изменением соотношения те-

39

пловыделения и теплоотвода?

6.Как влияют режимы резания на температуру резания?

7.Как влияют геометрические параметры срезаемого слоя на температуру резания?

8.Как влияет геометрия резца на температуру резания?

9.Как влияет обрабатываемый материал на температуру?

10.Как влияет охлаждающая жидкость на температуру резания?

11.Какие методы измерения температуры относятся к косвенным методам?

12.Какиеметодытемпературыотносятсякнепосредственнымметодам?

40