5.1 Метод торцевого обточування

Загальноприйнятою кількісною характеристикою оброблюваності матеріалів різанням є швидкість різання V_т, яка відповідає певному періоду стійкості інструменту Т і іншим стандартним умовам випробування (глибина різання, подача, геометрія ріжучої частини інструменту). Крім того, часто аналізується можливість отримання необхідних параметрів шорсткості обробленої поверхні, характер стружки (ступінь її подрібнення) і сила різання. Для порівняння оброблюваності різних матеріалів різанням один з найпоширеніших матеріалів приймається за еталон. Тоді відносна оброблюваність будь-якого іншого матеріалу виражається відношенням (V_і/V_е)_т.

Рис 5.1 - Типова залежність зносу інструменту від тривалості та швидкості різання

Для визначення показника оброблюваності різанням V_т необхідно експериментально визначити параметри математичної моделі, яка описує процес сімейством кривих зносу h інструменту залежно від тривалості t і швидкості v різання (рис 1.1)

, (5.1)

де С, m, α — шукані параметри, h — накопичений за час t знос задньої поверхні.

При заданих стандартних значеннях допустимого зносу h_д і вибраному t=T, де Т— період стійкості,

(5.2)

Звичні методи стійких випробувань вимагають значних витрат часу, матеріалу і інструментів. Тому для визначення параметрів С, m, α краще користуватися одним з приведених нижче методів прискорених випробувань.

При підрізуванні торця швидкість різання змінюється по лінійному закону. Якщо підрізування починається від відносно малого діаметру і проводиться по напряму від центру деталі, то закон зміни швидкості

(5.3)

де n — частота обертання шпинделя, об/хв, s — подача мм/об, t — тривалість різання, хв.

Час, на протязі якого підрізатиметься торець, , де d — максимальний діаметр заготовки.

Знос, накопичений за час одного підрізування,

(5.4)

Експеримент включає три етапи, в кожному з яких з постійною глибиною різання К раз підрізається торець заготовки На першому етапі обробляється заготовка діаметром d при частоті обертання п, на другому — діаметром d₂ при тій же частоті обертання. На третьому етапі обробляється заготовка діаметром d₁ при частоті обертання п₂ (d₂=2d₁ і n₂=2n₁) Максимальна частота обертання заготовки п₂ вибирається в залежності від заданої максимальної швидкості різання V_max

(5.5)

Після кожного етапу заміряється накопичений знос різця по задній грані— h₁, h₂ і h₃ відповідно. Шукані параметри моделі (5.1) можна вирахувати по формулах:

(5.6)

При абсолютній похибці вимірювання накопиченого зносу ∆h середні похибки оцінки значень m і λ: ∆m≈8 ∆h; ∆λ≈6 ∆h

Порядок виконання експерименту

1. Ознайомитись з методикою проведення експерименту.

2. Провести експеримент.

3. Результати досліду занести у таблицю, що приведена нижче.

4. Визначити параметри С, m, α, β .

5. Визначити показник оброблюваності різанням V_т .

6. Зробити висновок.

Таблиця 5.1 – Результати експерименту

Етап 1			Етап 2			Етап 3			Подача на 1 оберт S, мм	Тривалість різання T, хв	Глибина різання K, мм
Діаметр заготовки d, мм	Частота обертання шпинделя n, об/хв	Знос різця h1, мм	Діаметр заготовки d2, мм	Частота обертання шпинделя n, об/хв	Знос різця h1, мм	Діаметр заготовки d1, мм	Частота обертання шпинделя n2, об/хв	Знос різця h1, мм

5.2. Метод ступінчастої зміни діаметру

При точінні або розточуванні циліндричної поверхні швидкість різання залежить від частоти обертання шпинделя і діаметру заготовки, який при виконанні ряду послідовних проходів змінюватиметься стрибкоподібно на величину, яка рівна глибині різання а. Після К проходів швидкість різання зміниться від V₁ до

, (5.7)

де d₁ — початковий діаметр заготовки, знак мінус відповідає зовнішньому точінню, а плюс — розточуванню.

Експеримент проводиться в три етапи, після кожного з яких заміряється накопичений знос h₁, h₂ і h₃. Під час обробки кожної заготовки постійної довжини L виконується К проходів з постійною глибиною різання а і постійною подачею s. На першому етапі обробляється К₁ заготовок за частоти обертання шпинделя n₁, на другому — К₂ заготовок за тієї самої частоти обертання. На третьому етапі обробляється К₃ заготовок за частотою обертання, рівною n₂. Якщо досліджуваний діапазон швидкостей різання укладається між V_min і V_max, то

. (5.8)

Шукані параметри моделі (5.1)

(5.9)

Якщо похибка вимірювання накопиченого зносу рівна ∆h, то похибку визначення значень параметрів λ і m можна оцінити по наближених формулах ∆≈2 ∆h; ∆m≈4 ∆h.

Порядок виконання експерименту

1. Ознайомитись з методикою проведення експерименту.

2. Провести експеримент.

3. Результати досліду занести у таблицю, що приведена нижче.

4. Визначити шукані параметри моделі.

5. Визначити показник оброблюваності різанням V_т.

6. Зробити висновок.

Таблиця 5.2 – Результати експерименту

Етап 1			Етап 2			Етап 3			Подача на 1 оберт S, мм	Тривалість різання T, хв	Глибина різання K, мм
Діаметр заготовки d, мм	Частота обертання шпинделя n, об/хв	Знос різця h1, мм	Діаметр заготовки d2, мм	Частота обертання шпинделя n, об/хв	Знос різця h1, мм	Діаметр заготовки d1, мм	Частота обертання шпинделя n2, об/хв	Знос різця h1, мм

5.3. Метод ступінчастої зміни швидкості різання

Даний метод зручно застосовувати у виробничих умовах при обробці партій однакових заготовок з постійною довжиною обробки L, глибиною різання а і подачею s. Швидкість різання стрибкоподібно змінюється від V_min до V_max за умови перемикання коробки швидкостей верстата

, (5.10)

де i — порядковий номер ступеня; φ — характеристичне значення коробки швидкостей. Знос інструменту підчас обробки однієї деталі за умови, що після обробки кожної з попередніх деталей швидкість різання, починаючи з якнайменшої, підвищувалася на один ступінь:

(5.11)

де i— порядковий номер деталі; β = 1/λ, α=m/λ; t₁—тривалість обробки першої деталі.

Накопичений знос після обробки t деталей з послідовним підвищенням швидкості

(5.12)

Припустимо, що досліджуваний діапазон швидкостей забезпечується за рахунок 2k ступенів. Тоді партія з N оброблюваних деталей, де N=k(6k₁+k₂), розбивається на три частини N₁=N₂=3kk₁і N₃=kk₂ Після обробки кожної частини партії деталей вимірюється накопичений знос h₁, h₂ і h₃ Зміна швидкості різання при обробці перших N деталей виконується в наступному порядку. Спочатку обробляються деталі з послідовним збільшенням швидкості від V₁ до V_k, а потім 2k деталей з послідовним збільшенням швидкості після обробки кожної деталі від V₁ до V_2k. Цей цикл повторюється k-раз. Аналогічно обробляється друга частина партії з числом деталей N₂ . Число k₁ підбирається так, щоб після обробки N₁+N₂ деталей накопичений знос досяг 60…70% допустимого. При обробці третьої частини партії з послідовним збільшенням швидкості від V₁до V_k, даний цикл повторюється k₂ раз.

Шукані параметри визначаються по формулах

(5.13)

де d — діаметр заготовки (або інструменту при визначенні оброблюваності свердлінням чи зенкуванням)

Порядок виконання експерименту

1. Ознайомитись з методикою проведення експерименту.

2. Провести експеримент.

3. Результати досліду занести у таблицю, що приведена нижче.

4. Визначити шукані параметри моделі по формулах приведених вище.

5. Визначити накопичений знос після обробки t деталей .

6. Зробити висновок.

Таблиця 5.3 – Результати експерименту

Кількість деталей в партії			Накопичений знос			Діаметр заготовки d, мм	Довжина обробки L, мм	Подача s, мм	Глибина різання а, мм	Тривалість обробки першої деталі t1, мм
N1	N2	N3	h1	h2	h3

5.4. Визначення об'єктивних показників оброблюваності

Загальноприйнята характеристика оброблюваності визначається допустимим зносом h_д і періодом стійкості інструменту Т, які приймаються по економічних міркуваннях, причому стійкість інструменту залежить не тільки від властивостей ріжучого матеріалу і стійкості інструменту, але і від вартості верстата. Допустимий знос не однаковий для чорнової і чистової обробки одним і тим же інструментом. Тому в роботі, як кількісні показники оброблюваності, пропонуються оптимальна швидкість різання v₀ і відносний поверхневий знос h₀ n, відповідний цій швидкості.

Відносним поверхневим зносом називається радіальний (у напрямі, перпендикулярному до обробленої поверхні) знос інструменту (мкм), віднесений до 1м² обробленої поверхні:

(5.14)

де h_r — поточне значення радіального зносу, мм; h_з — початковий радіальний знос, мм; l — довжина різання, м; l_з — довжина різання, на якому утворився початковий знос, м; s — подача, мм/об.

Звідси витікає, що для оцінки h_0П розглядається тільки період нормального (сталого) зносу.

Експериментально встановлено, що залежність h_0П від швидкості різання має мінімум при деякій швидкості V₀ (рис. 5.2). Причому для кожної пари матеріалів (інструмент-заготовка) цій швидкості при різних подачах і глибинах різання відповідає одна і та ж температура різання, про яку судять по значенню ЕРС. термопари Е₀. Обробка із швидкістю різання V₀ забезпечує максимальну розмірну стійкість інструменту.

Рис 5.2 - Типова залежність відносного поверхневого зносу і температури в зоні різання від швидкості різання і подачі при точінні:

1 — s = 0.07 мм/об; 2 — s = 0.11 мм/об; 3 — s = 0.14 мм/об.

Для визначення V₀ при даній подачі s і глибині різання а можна використовувати один з відомих методів пошуку, а за інших умов обробки для тієї ж пари інструмент-заготовка можна замість зносу вимірювати температуру різання.

Порядок виконання експерименту

1. Ознайомитись з методикою проведення експерименту.

2. Провести експеримент.

3. Результати досліду занести у таблицю, що приведена нижче.

4. Визначити V₀ , використовуючи один з методів пошуку.

5. Визначити об'єктивні показники оброблюваності.

6. Зробити висновок.

Таблиця 5.4 – Результати експерименту

Період стійкості інструменту Т, хв	Поточне значення радіального зносу hr	Подача s, мм/об	Початковий радіальний знос, hз	Глибина різання а

5.5. Визначення оброблюваності шліфуванням

Залежно від інтенсивності процесу шліфування і властивостей шліфувального круга останній працює в одному з трьох режимів: повного самозаточування, часткового самозаточування і затуплення. Основним показником інтенсивності процесу шліфування є радіальна сила F_у, оскільки в більшості випадків продуктивність шліфування їй пропорційна: Q=K_pF_y. Коефіцієнт K_p називають коефіцієнтом ріжучої здатності круга або питомою інтенсивністю шліфування. При роботі в режимі самозаточування К_р постійний, а при роботі в режимі затуплення зменшується при збільшенні тривалості роботи круга

, (5.15)

де — початкове значення коефіцієнта ріжучої здатності після правки круга; λ — коефіцієнт, залежний від властивостей інструменту і оброблюваного матеріалу, а також від F_с.

При роботі круга в режимі повного самозаточування інтенсивність його зношування:

, (5.16)

де К_з1 і К_з2 — коефіцієнти, що характеризують зносостійкість круга.

При роботі круга в режимі затуплення W близька до нуля.

Якість шліфованої поверхні залежить також від радіального зусилля шліфування :

(5.17)

де Х_д — глибина дефектного шару (припалів); F_с0 — максимальна сила шліфування, при якій ще не утворюється дефектний шар; Ra — середнє арифметичне відхилення профілю; К_Д і К_R — коефіцієнти якості.

Коефіцієнти ріжучої здатності і зносостійкості шліфувального круга можна визначати на спеціальному стенді, який забезпечує можливість шліфування із заданим радіальним зусиллям, або на звичайному устаткуванні, де шліфування можливе тільки із заданою поперечною подачею. У першому випадку експеримент проводиться при фіксованих значеннях F_с. Після кожного досліду вимірюються розміри заготовки і круга, що дозволяє визначити розрахунком значення параметрів К_Р, К_з1 і К_з2.

За відсутності стенду для скорочення трудомісткості експерименту можна використовувати один з наступних методів визначення деяких параметрів оброблювання шліфуванням.

Перший метод зручний для визначення К_Р при круглому врізному шліфуванні в режимі затуплення, коли зносом круга можна нехтувати (рис. 5.3). Деталь 1, встановлена на обладнанні 2, шліфується таким чином: вручну, за допомогою механізму поперечної подачі, здійснюється прискорене переміщення до тих пір, поки індикатор 3 не покаже натяг (деформацію заднього центру), на 0,01-0,02 мм більший заданого. Подача припиняється, і фіксується час t, протягом якого натяг у змінюється (за рахунок зменшення діаметру шліфованого зразка) в межах від у₁ до у₂. Значення К_р обчислюється по формулі:

, (5.18)

де d і L — відповідно діаметр і довжина шліфованої поверхні; j — жорсткість кріплення деталі (визначається заздалегідь шляхом навантаження деталі заданою силою і вимірювання відповідної пружної деформації). Другий метод відрізняється тим, що під час круглого шліфування з постійною поперечною подачею s (мм/хв) реєструють зміну в часі радіальної сили шліфування F_с і радіусу шліфованої деталі r. Приклад одержуваної при цьому осцилограми показаний на рис 5.4. Сила F_с вимірюється за допомогою тензометричених перетворювачів, наклеєних на центр задньої бабки, а зміна радіусу деталі оцінюється за допомогою індукційного або тензометриченого перетворювача лінійних переміщень. Коефіцієнт ріжучої здатності в цьому випадку

, (5.19)

де ∆r — зміна радіусу деталі за час шліфування t₁; А_F — площа, обмежена осцилограмою радіальної сили, віссю часу і вертикальною прямою, відповідною моменту часу t₁.

Одержану в досліді (на осцилограмі) інформацію можна використовувати для визначення жорсткості системи ВПІД, яку (якщо зносом круга можна знехтувати) обчислюють з виразу:

, (5.20)

де А_r — площа, обмежена осцилограмою зміни радіусу шліфованої деталі.

У тих випадках, коли зносом круга не можна нехтувати, шліфування потрібно проводити до стабілізації радіальної сили, а жорсткість визначати з виразу

Рис. 5.3 - Схема визначення коефіцієнта ріжучої здатності шліфувального круга при круглому врізному шліфуванні

, (5.21)

де F_ст — стабілізоване значення F_У.

Значення площ А_F і А_r визначаються будь-яким з методів чисельного інтегрування з урахуванням масштабу. Згідно формули трапецій:

(5.22)

де h_i і P_i — сигнали, пропорційні відповідно поточним значенням ∆r і F_с; m₁ і m₂ — масштаби, одержані при таруванні вимірювальних перетворювачів зусилля і розміру; ∆l— крок інтегрування за часом; m₃ — масштаб часу, визначуваний згідно сигналам відмітчика часу. Відносна похибка оцінки параметрів:

(5.23)

де К— постійна часу перехідного процесу при врізному шліфуванні: K=jK_p/πdL; δ_r — відносна погрішність вимірювання радіусу шліфованої деталі, δ_F — відносна похибка вимірювання максимальної сили шліфування.

Рис.5.4 - Типова осцилограма зміни радіального зусилля (1) і радіусу подачі (2) в процесі врізного шліфування з постійною подачею

Порядок виконання експерименту

1. Ознайомитись з методикою проведення експерименту;

2. Провести експеримент використовуючи один з приведених методів;

3. Визначити по формулах показники оброблюваності шліфуванням;

4. Зробити висновок.

Література

1. Длін А.М. Математична статистика в техніці. − М.:Радянська наука, 1973.

2. Іванова Т.А. та інші. Математична статистика. − М.:Вища школа, 1981.

3. Клочко В.І., Литвинюк В.П. Елементи теорії ймовірностей і математичної статистики. Навчальний посібник. – Вінниця: ВНТУ, 2007. – 124с.

4. Дорожовель М. Опрацювання результатів вимірювань. Навчальний посібник. – Львів: видавництво національного університету «Львівська політехніка», 2007. - 624с.

5. Сачанюк-Кавецька Н.В., Педорченко А.І., Дубова Н.Б. Елементи теорії ймовірностей та математичної статистики. Частина 1: Навчальний посібник. – Вінниця: ВНТУ, 2008. – 108с.

34