-
Силовое взаимодействие инструмента и заготовки. Составляющие силы резания их применение в практических расчетах. Влияние силы резания на качество обработки.
При несвободном резании на режущем инструменте действует пространственная
система сил. Режущий инструмент находится в контакте с обрабат. материалом по трем рабочим пов-тям его режущей части: по передней, главной задней и вспомогат. задней пов-ти.
Поскольку эти пов-ти инструмента расположены под разными углами друг к
другу, то и действующие на этих пов-тях норм. и касат. силы в прост-ве располаг. не параллельно друг к другу, не в параллельн., как при свободном резании, пл-тях. Это силы нормального давл. и касательн. силы тр.. Равнодейств. всех сил при несвободном резании расклад. на три взаимно перпендикулярн. направл. X,Y, и Z.
Расчёт осевой Px (учитыв. при расчёте точности), радиальной Py (учитыв. при расчёте на прочн. резца) и главной составляющей силы
рез. Pz производится эмпирически
PX=CPx
. t XPx. s Ypx. v. kP;PY=CPy
. t Xpy. s Ypy. v. kP;PZ=CPz
. t XPz. s Ypz. v. kP;
P-проекция (составляющая) силы рез. на направл. X,Y и Z, H; CP-
константа, явл.удельной силой рез., на ед. площади поперечного сеч.
среза, Н/мм2; kP- к-т-произведение частн. к-тов, учитывающ.усл. рез.
где — условный предел
текучести,t- глубина рез., s-
подача, K- к-т усадки
стружки,m- показатель
политропы сжатия
k— к-т
пропорциональности
между силами N и N1.
65
5. Теплота при резании.
Поверхностный слой детали:
а) строение б) эпюра твердости
Непосредственно к обработанной поверхности примыкает дефектный слой. Величина дефектного слоя может достигать несколько десятков мкм. В объемах дефектного слоя происходит разрушение зерен и межкристаллитного вещества, обильно концентрируются микротрещины. Поэтому дефектный слой снижает такие эксплуатационные свойства как износостойкость, коррозионная стойкость, сопротивление усталости, прочность сцепления покрытий.
В настоящее время не созданы технологические методы, которые позволяли бы полностью избавиться от дефектного слоя. Однако можно уменьшить его толщину до нескольких микрометров отделочными методами обработки, соответственно улучшив вышеперечисленные характеристики.
За дефектным слоем залегает поверхностный наклепочный слой, в объемах которого происходит изменение структуры, фазового и химического составов материала заготовки, возникают остаточные напряжения, деформационное упрочнение (наклеп) и связанное с ним увеличение твердости.
Обработка резанием сопровождается образованием теплоты, основными источниками которой являются работа пластических деформаций срезаемого слоя (QПД), работа сил трения стружки и заготовки о режущий инструмент (Qтр). Работами сил упругости деформации мы пренебрегаем (QУД)
QПД+Qтр=Q=600 Pz V (Дж/мин) 66
Выделенная теплота отводится стружкой (qстружка), заготовкой (qзаготовка), инструментом (qинструмент) и излучается в окружающее пространство, нагревая станок (qстанка).
Основные источники тепловыделения и распределения теплоты определяется уравнением теплового баланса.
QПД+Qтр=qстружка+ qзаготовка+ qстанка (окр. среда)+ qинструмент
Нагрев режущего инструмента до температур 800-1000˚С вызывает понижение твердости режущего инструмента и ухудшение режущих свойств инструмента. Так же нагрев может привести к изменению размеров инструмента, что отрицательно влияет на точность обработки. Нагрев станка, если его конструкция не является термосимметричной, так же является источником погрешности
qстружка=25-85%
qзаготовка=10-50%
qинструмент=5-20%
qстанка (окр. среда) =5-10%
В качестве мер против больших тепловыделений и вредного нагрева технологических станочных систем применяют:
1. рациональные режимы резания
2. красностойкие инструментальные материалы
3. станки с термосимметричной конструкцией
4. системы приточной вытяжной вентиляции
5. применение смазывающих охлаждающих средств (СОС) (конкретней – СОЖ, СОТС).
6. другие
qстружка=25-85%
qзаготовка=10-50%
qинструмент=5-20%
qстанка (окр. среда) =5-10%
В качестве мер против больших тепловыделений и вредного нагрева технологических станочных систем применяют:
1. рациональные режимы резания
2. красностойкие инструментальные материалы
3. станки с термосимметричной конструкцией
4. системы приточной вытяжной вентиляции
5. применение смазывающих охлаждающих средств (СОС) (конкретней – СОЖ, СОТС).
6. другие
67
Наклепанный слой характеризуется глубиной наклепанного слоя hН и степенью упрочнения UH (приращение твердости на исходную твердость).
UH=ΔH/Hисх 100%
Различают остаточные напряжения сжатия и растяжения. Их возникновение связано с неоднородностью свойств материала заготовки, неоднородностью сил и теплового воздействия в процессе резания, а так же с различными неметаллическими включениями в материале заготовки.
Если дефектный слой всегда вреден, то влияние наклепанного слоя и остаточных напряжений неоднозначно.
Наклеп полезен, так как повышает твердость обработанной детали, прочность соединения с натягом, износостойкость, однако наклеп поверхностей, которые в последующих переходах подвергаются обработке резанием – вреден, так как ухудшает обрабатываемость материала резанием.
Остаточные напряжения сжатия полезны, так как предупреждают развитие микротрещин, и повышает такие эксплуатационные свойства в металле, как износостойкость, коррозионная стойкость, сопротивление усталости, контактная жесткость.
Остаточные напряжения растяжения способствуют развитию микротрещин и снижают вышеперечисленные эксплуатационные свойства.
Материал:
Чем меньше твердость и выше пластичность материала заготовке, тем глубже распространяются пластические деформации при резании, и это сопровождается увеличением глубинные наклепанного слоя hН и степени упрочнения UH.
Например,
Для малоуглеродистых: UH=200-300%
Для высокоуглеродистых: UH=120-150%
Чугуны: UH=100-110%
Чем тверже и прочнее материал заготовки, тем больше сопротивления резанию и больше величина остаточных напряжений.
Скорость:
С увеличением скорости резания до 10 м/с, глубина наклепанного слоя увеличивается, но с дальнейшим увеличением – уменьшается.
Остаточные напряжения сжатия образуются при обработке легированных, высокопрочных и других сталей с низкими пластичными свойствами при Vрез=6..10 м/с, а при обработке более пластичных сталей, диапазон смещается до Vрез=9..13 м/с. 12 Подача:
С увеличением подачи увеличивается глубина наклепанного слоя и величина остаточных напряжений.
Глубина резания
Глубина резания мало влияет на наклеп.
Геометрия инструмента:
Применение инструмента с отрицательным передним углом ведет к возникновению остаточных напряжения сжатия. Увеличение заднего угла α от 3-15˚ уменьшение главного угла в плане 90-150˚. Уменьшение радиуса скругления режущей кромки уменьшает толщину наклепанного слоя.
68