Лабораторна робота № 2
Тема: Деформація зрізуваного шару металу.
Мета: Ознайомлення з методами визначення коефіцієнта усадки стружки. Дослідження впливу режиму різання та оброблюваного матеріалу на усадку стружки.
Зміст роботи
1. Ознайомлення з методами визначення коефіцієнта усадки стружки.
2. Експериментальне визначення залежності коефіцієнта усадки стружки від зміни швидкості різання V м/хв.
3. Експериментальне визначення залежності коефіцієнта усадки стружки від зміни подачі інструмента S мм/об.
4. Експериментальне визначення залежності коефіцієнта усадки стружки від зміни глибини різання t мм.
5. Експериментальне визначення залежності коефіцієнта усадки стружки від оброблюваного матеріалу.
6. Побудова графіків залежностей К = f(V); К=f(S); К = f(t); К = f(М).
Теоретичні відомості
В процесі різання внаслідок пружних і пластичних деформацій проходить зміна фізико - механічних властивостей матеріалу стружки і поверхневого шару обробленої деталі. Стружка - деформований і відокремлений в результаті обробки різанням поверхневий шар матеріалу заготовки. На рис. 1 Показана схема деформації зрізуваного шару металу. Деформація охоплює частину оброблюваного матеріалу перед різцем під обробленою поверхнею і стружку. В результаті пластичної деформації довжина стружки l1 виявляється коротшою тієї ділянки, з якої вона зрізана, тобто l1<l , а товщина стружки більша товщини зрізу (а1>а), ширина стружки при порівняно невеликому куті λ (приблизно λ<30°) незначно відрізняється від ширини зрізу (b1≈b). Зменшення стружки по довжині прийнято називати поздовжньою усадкою стружки , величина її характеризується коефіцієнтом усадки. Коефіцієнт усадки k являє собою відношення довжини ділянки, з якої зрізана стружка , до довжини самої стружки, тобто:
(1)
де, k - коефіцієнт поздовжньої усадки стружки.
l - довжина ділянки, з якої зрізана стружка.
l1 - довжина стружки.
Якщо знехтувати зміною густини металу в процесі різання, то об'єм зрізуваного шару (зрізу) можна прирівняти до об'єму вже зрізаного шару (стружки), а тому зменшення стружки по довжині повинно супроводжуватися збільшенням її площі поперечного перерізу, що прийнято називати поперечною усадкою стружки.
Тоді ми можемо записати:
(2)
k – коефіцієнт поперечної усадки стружки ;
f – номінальна площа поперечного січення зрізу в (мм2);
fc – площа поперечного січення стружки в (мм2)
а – товщина зрізу;
а1 – товщина стружки;
b – ширина зрізу;
b1 – ширина стружки;
Рисунок 1. Схема для визначення усадки стружки.
(3)
а – товщина зрізу;
а1 – товщина стружки;
З формули (3) слідує , що поздовжня усадка стружки рівна її поперечній усадці.
Коефіцієнт усадки стружки в залежності від умов різання коливається в широких границях , в середньому k=1...10. Він також може бути і меншим 1, коли стружка не зменшується по довжині ,а збільшується.
Властивість обробленого металу впливає на усадку стружки. Таким чином, чим пластичніший метал, тим більша усадка при всіх інших рівних умовах.
Винятками є деякі титанові сплави. Обробка титанових сплавів супроводжується складними фізико - механічними і хімічними процесами , при різанні цих сплавів утворюється так звана від'ємна усадка стружки , коли довжина стружки більша за шлях різання. Так при певних умовах точіння титанового сплаву марки ВТ - 2 коефіцієнт поздовжньої усадки стружки набуває максимального значення k=1.6 при V=5 м/хв. А при збільшенні швидкості точіння він зменшується, і при V = 100(м/хв) k=0.8. Це можна пояснити наступними причинами:
1. Титановий сплав мало пластичний , тому деформація зрізуваного шару не може досягти великих значень.
2. Титановий сплав має низьку теплопровідність , тому температура на контактних поверхнях досягає великих значень . Висока температура приводить до лінійного видовження стружки.
3. Титановий сплав при високій температурі інтенсивно поглинає кисень і азот повітря , тому він стає більш крихкий, і значить менш піддатливий пластичному деформуванню.
4. Внаслідок зниження пластичності матеріалу видовженої стружки, вона не підлягає усадці.
Таблиця 1. Значення коефіцієнта усадки стружки при обробці різних металів.
Оброблюваний метал |
Коефіцієнт усадки стружки |
Механічні властивості
|
|||
Границя текучості при розтязі σт, Н/мм |
Границя міцності σв, н/мм2 |
Твердість за Брінеллем НВ, Н/мм |
Відносне звуження ψ |
||
Сталі: З0ХГСА Сталь 35 Сталь20Х |
1.90 2.84 3.64 |
322 265 235 |
770 512 438 |
2375 1500 1500 |
0.384 0.531 0.464 |
Мідь
|
6.5
|
-
|
245
|
726
|
0.9
|
Коефіцієнт усадки дозволяє вияснити вплив деяких факторів на протікання процесу і пояснити ряд явищ , які супроводжують стружкоутворення.
Коефіцієнт усадки стружки являється деякою кількісною оцінкою степені пластичної деформації при різанні металів , а тому чим менша усадка стружки, тим з меншими пластичними деформаціями проходить процес різання і більш сприятливі умови для стружкоутворення , а також питомий розхід потужності роботи на обробку даної заготовки .
Але коефіцієнт усадки стружки не може служити точною кількісною характеристикою деформації , так як при k=l пластична деформація може мати місце при різанні. Кількісно характеризувати пластичну деформацію може величина відносного зсуву , так як процес різання являється процесом послідовного зсуву металу, який перетворюється в стружку.
Із теорії міцності відомо, що відносний зсув є рівний відношенню величини зсуву Δs до товщини шару Δх, який перетерпів зсув. Виділимо деякий шар в стружці товщиною Δх, який знімає на боковій поверхні стружки площадку паралелограма ABCD рис. 2. До деформації цей паралелограм займав положення ABDE. При утворенні стружки точка Е перемістилась в точку D , а точка D - в точку С.
Рисунок 2. Схема для визначення відносного зсуву
Відносний зсув:
(4)
де, Δs – довжина лінії ED, або DC, або AB;
Δs = EF + FD(5)
Із трикутника EFA EF = ΔxctgΘ (6)
Із трикутника AFD FD = Δxtg(Θ – γ) (7)
Δs = ΔxctgΘ + Δxtg(Θ – γ) (8)
ε = ctgΘ + tg(Θ – γ) (9)
Знайдемо залежність відносного зсуву від коефіцієнта усадки стружки. Для цього в останнє рівняння підставимо значення кута Θ із рівняння (14)
(10)
Із аналізу рівняння (10) можемо зробити слідуючі висновки:
1. Коефіцієнт усадки стружки не рівний відносному зсуву і тому не виражає кількісно степінь деформації стружки.
2. Із збільшенням усадки стружки відносний зсув зростає.
3. При k=l відносний зсув не рівнини одиниці, а значить і пластична деформація мала місце при різанні в даних умовах.
Із рівняння (10) можна знайти, при якій усадці стружки буде найменше значення відносного зсуву тобто найменша деформація стружки. Для цього візьмемо першу
похідну
прирівняємо
її до нуля і розв'яжемо відносно k:
(11)
звідки k=1. Таким чином, при відсутності усадки стружки деформація буде мінімальною.
Рисунок 3. Вплив кута різання на усадку стружки
Рисунок 4. Вплив кута різання на усадку стружки