6.4.5. Технологиялық жүйенiң температуралық деформациялары
Дайындаманы механикалық өңдеу көзiнде СҚАД жүйесiнiң элементтерi қыза бастайды. Қызудың бiрнеше көздерi болады, олар:
- кесу зонасында туатын жылу;
- станоктың үйкелiс тораптарындағы жылу;
- сыртқы жылу көздерi.
Технологиялық жүйенiң жылу күйi тұрақты және тұрақсыз болуы мүмкін. Бiрiншi жағдайда жүйенiң жылулық тепе-теңдiгi орнап, келген жылу мен таралған жылу бiрiмен бiрi пара-пар болып, соның салдарынан технологиялық жүйе элементтерiнiң температуралары уақыт өлшемiнде тұрақты болып келедi.
Станокта алдын ала жылытылған кiшiгiрiм дайындамаларды өңдеуде технологиялық жүйе шамамен тұрақты жылу күйiнде түр деуге болады.
Ұзақ мерзiм жұмыс iстемей тұрған станоктарды iске қосудағы жүйенiң жылу күйi тұрақсыз болады. Көбiне технологиялық жүйенiң жылу күйiнiң тұрақсыздығын ондағы өңделiп жатқан дайындама бет температурасының мөлшерiнен сезуге болады.
Жылу деформациясының өңдеу дәлдiгiне тигiзетiн әсерiн анықтау үшін станок жұмысының екi белесiне көңiл аударған жөн:
1/ станокты жұмысқа қосудан бастап, жүйенiң жылулық тепе-теңдiкке түсуiне дейiнгi белес;
2/ станоктың жұмысты аяқтауына дейiнгi белесi, бұл – жылу күйiнiң тұрақты белесi.
Станоктың жылулық деформациялары
Станоктың күрделi базалық бөлшектерін /станиналарын, қораптарын, т.б. бөлшектерін/ қыздырушы негiзгi көзi, ол оның механизмдерiнiң, гидроберiлiстерiнiң және электр жүйелерiнiң үйкелiс топтарынан шыққан жылулар екенi әйгiлi.
Бұл бөлшектерге жылудың көбi суытқыш және майлау сұйықтары арқылы, станокқа қондырылып қойған электр қозғалтқыштары арқылы жетедi; оның үстiне жылу станокты қоршап тұрған сыртқы көздерден де келедi.
Жылу деформацияларының зиянды әсерiн алдын ала ескерусiз жобалаған станоктың құрылымы /электр қозғалтқыштардың, электр сорғыларының, суытқыш және майлау сұйықтары резервуарларының, т.б. жылу шығаратын көздердiң дұрыс орналаспауынан/ оның станинасын бiрқалыпты қыздырмайды. Станинаның құрылымды элементтерi температураларының айырмасы 100С-қа дейiн жетедi. Мұндай жылулық тұрақсыздығында станина пiшiнiнiң дәлдiгi бүлiнiп, оның үстiне орнатылған станок тораптарының өзара орналасу ауытқуы үдейдi. Станоктардың жаңа құрылымдарын жинап қиюластыруда олардың станинасыны жылу және суу күйiне мән берген жөн.
Станоктағы
ең күрделi жылу көздерiнiң бiрi айналдырық
қорабы. Айналдырық қорабының әрбiр
нүктелерiндегi температура
-қа дейiн өзгерiп тұрады. Температураның
ең шоғырланған жерi – мойынтіректер
торабында. Ондағы бiлiктер мен айналдырықтың
температурасы басқа қорап бөлшектерінен
-қа жоғары. Егер айналдырықтың ұзындығы
әжептәуiр болса /1000 мм/, онда оның қызудан
осьтiк ұзаруының бөлшектердің өңдеу
дәлдiгiне тигiзетiн әсерiмен санаспасқа
болмайды. Мұндай ұзартудың мәнiн төменгi
формуламен есптейдi:
(6.66)
Мұндағы,
–
айналдырық материалының қызу әсерінен
туатын созылу коэффициенті, 
;
– айналдырықтың
ұзындығы, мм;
– қорап пен айналдырықтың температура
айырмасы,
;
– патронның ос бағытында жылжуы, мм.
Егер
,
және
болса, онда
.
Станокты қайта-қайта өлшемге келтiрiп отырмаса, патронның ось бойынша мұнша жылжуы өңдеу дәлдiгiне өте зор әсер етедi.
Айналдырық қорабының қызуы айналдырықтың торапта орналасуына да әсерiн тигiзедi. Өңделген дайындаманың дәлдiгi берiлiс винтiнiң қызудан туған деформациясына да байланысты. Ажарлау станоктары тұғырының жылжу дәлдiгi бұраманың ұзындығына байланысты; егер бұраманың жұмысшы бөлiмiнiң ұзындығы өте үлкен болса, ажарлау үдерістерiнде 0,03-0,05 мм-ге дейiн ауытқу пайда болады.
Өңделетiн дайындамалардың жылулық деформациялары
Дайындаманы жону кезiнде пайда болатын жылудың бiр бөлiгi дайындаманың бетiнiң iшiне қарай тарайды. Жылудың негiзгi бөлiгi жонқаға жиналады; оның кiшiгiрiм бөлiгi өңделетiн бетке тарайды /токарь станогында жонуда, фрезерлеуде, сүргiлеуде және сырттай созуда/.
Дайындамаларды тесуде жылудың көп бөлiгi өңдеу бетiнде қалып қояды.
Токарь станогында жонуда жылудың 50-85 пайыз жоңқамен кетедi, ал жоғары жылдамдықпен жонсақ – 90 пайыз; 10-40 пайыз жылу кескiш аспапқа сiңедi; 3-9 пайыз жылу дайындамада қалады да, қалғандары шамамен 1 пайызға жуығы қоршаған ортаға тарайды.
Тесу кезiнде жоңқамен 28 пайыз жылу кетедi; 14 пайыз жылу тескiш аспапқа сiңедi; 55 пайыз жылу дайындамада қалады және 3 пайыз жылу қоршаған ортаға тарайды.
Болат дайындамаларды өңдеуде оларды жақсы суытып отырса, қызудан келетiн ауытқу бәсеңдеу болады. Шойыннан, қоладан және басқа материалдардан жасалатын дайындамалардың өңдеуiн суытусыз-ақ жүргiзедi; бұл жағдайда жылулық деформациялар әжептәуiр болады.
Дайындамалардың жылулық деформацияларын жылу шашырау арналарын тұрақты деп есептеумен анықтайды; технологиялық тұрғында мұндай тұрақтылықты өңдеу беттерiн бiрнеше қайтара жүргiзетiн жұмыс қимылдарымен, бiрiздi бiрнеше технологиялық әрекеттермен немесе бiрнеше кесу аспаптарымен жүргiзу арқылы тудырады.
Дайындаманың
орташа қызу температурасы,
;
(6.67)
Мұндағы – дайындамаға кеткен кесу жылуы, Дж;
– дайындама
материалының өзiндiк жылу сыйымдылығы,
;
– дайындаманың
материалдық тығыздығы, кг/
;
– дайындаманың
көлемi,
(6.68)
Мұндағы, – дайындама материалының температуралық созылу коэффициентi.
Массивтi дайындамалардың жылулық деформациялары өте аз, сондықтан олардың өңдеу дәлдiгiне тигiзер әсерiн ескермеуге де болады; әсiресе олардың өңделетiн беттерiнiң мөлшерi онша мол болмаса. Жұқа қабырғалы, өңделетiн беттерi көп дайындамаларды өңдеуде, оларға жылулық дайындамаларының әсерiнен туатын ауытқу шамамен 7-8 квалитеттi өлшемдердiң шектерiмен шамалас болуы мүмкін; әсiресе мұндай бөлшектердің iшкi беттерiн өңдеуде жылу деформацияларының әсерi үдей түседi; өйткенi мұндай үдерісте жылудың көбi дайындаманың өңдеу бетiнде қалып қояды.
Дайындаманы жону кезiндегi жылу көзi кескiш аспаптың ұшымен бiрге ылғи қозғалыста болады; сондықтан дайындаманың бойындағы жылудың шашырау арнасын тұрақсыз деп есептейдi.
Сонымен жылулық деформацияларды осы көрсетiлген кесу кезiндегi жылу құбылысымен байланыстырып, технологиялық есептеулерге жарайтын аналитикалық формула iздеп табу өте қиын мәселе.
Дегенмен, дайындаманы өңдеу кезiндегi қыздыру үдерісiн екiншi дәрежелi қосымша туынды линиялық дифференциалды теңдеу арқылы алынған жылу өткiзгiштiк теңдеумен сипаттауға болады.
,
(6.69)
мұндағы,
– жылу өткiзгiштiк коэффициентi;
– тығыздық;
с – меншiктi жылу сыйымдылығы.
/30.47/ формуласында мәндерi тұрақты, дайындаманың материалы изотропты болуы және өңделетiн материал құрамында ешқандай өзгеретiн агрегатты күй болмаулары қажет.
– Лаплас
операторы немесе
мәнiне байланысты екiншi дәрежелi
дифференциалды параметр:
/30.48/
Теңдеулердегi
белгiсiз өзгермелер – уақыт
және үш кеңiстiк координаталары;
тәуелдi өзгермелi – температура t. а –
температура өткiзгiштiк коэффициентi,
м2/с.
Жоғарыда келтiрiлген теңдеудi айналмалы
беттер үшін цилиндрлiк координатта
беруге болады:
(6.70)
Бұл өлшемдi жылу арнасындағы жылу өткiзгiштiктiң теңдеуiн төменгi формуламен көрсетуге болады:
(6.71)
осы теңдеудi интегралдау арқылы уақытша температураның аралықпен байланысқан формуласын табамыз.
(6.72)
Мұндағы,
– қарастырылып отырған нүктедегi
температура;
– кескiш
аспаптың ұшындағы температура.
-және
мәндерiнiң арасындағы байланыс 6.3-кестеде
берiлген.
6.3-кесте