книги / Научно-исследовательская работа магистров по технологии машиностроения

Тогда

1y1 1y2 1y3 1y4 . 4

После подсчета коэффициентов уравнение регрессии записывается с их числовыми величинами. Следует отметить, что полученное уравнение справедливо только в области изменения исследованных факторов, т.е. от γн до γв и от Vн до Vв.

Линейное уравнение было принято произвольно как наиболее простое для выражения связи между деформацией (усадкой) стружки, скоростью резания и передним углом инструмента.

Правильность такого предположения можно проверить, подставив опыт в центре планирования, т.е. при Х1 = 0 и Х2 = 0 (γ и V на основном уровне). Для этого выбирается резец со средним значением переднего угла и устанавливается среднее значение частоты вращения шпинделя (n0).

Полученное для данных условий экспериментальное значение коэффициента утолщения стружки необходимо сравнить с расчетным из уравнения регрессии – y0 = b0X0, но так как всегда X0 = +1, то y0 = b0. Если это равенство соблюдается с определенной точностью, то модель процесса выбрана правильно.

Содержание и форма отчета

Условия проведения исследований: диаметр заготовки D = 50 мм, станок: (модель),

частота вращения шпинделя (в исследуемой области) и скорость резания:

41

резец: (материал режущей части), главный угол в плане φ = …, передний угол γ:

γ0 = 0º; γн = –10º; γв = +10º; Δγ = 10º.

Параметры режима резания S = 0,3 мм/об – const; t = 1,0 мм – const.

Таблица опытных данных (см. табл. 2).

Матрица планирования ПФЭ типа 22 (см. табл. 3).

Расчет коэффициентов регрессии линейного уравнения b0,

b1, b2 и b12.

Сравнение значений y0 и b0.

Уравнение линейной модели с числовыми коэффициентами.

Выводы.

Вопросы к зачету

1.Что называется передним углом резца?

2.Что такое усадка стружки?

3.Назовитекоэффициентыусадки стружки и формулырасчета?

4.Что такоеравнодействующая сила напередней поверхности?

5.Как можно определить усадку стружки?

6.От чего зависит усадка стружки?

7.Что такое угол сдвига?

8.Что такое угол трения?

9.Как определяется угол действия?

10.Сущность ПФЭ.

11.Порядок построения матрицы эксперимента.

12.Как найти коэффициенты уравнения?

42

Варианты заданий лабораторной работы № 2 Вариант 1

Вариант 2

Вариант 3

43

Лабораторная работа № 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗНОСА РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

НА ПРИМЕРЕ ИЗНОСА ТОКАРНОГО РЕЗЦА

Цель работы – получить навыки проведения исследовательской работы с применением специальных измерительных оптических приборов; закрепить теоретические сведения об износе режущих инструментов.

Общие сведения

В результате взаимодействия режущего инструмента и обрабатываемого материала инструмент изнашивается. Износ происходит по передней и задней поверхностям. Одновременно изнашивается и вершина резца.

Рис. 1. Виды износа рабочих поверхностей инструмента: а – износ по главной задней поверхности; б – износ по передней поверхности

44

При малой толщине среза а, не более 0,15…0,20 мм, износ в основном происходит по главной задней поверхности, на которой образуется фаска шириной hЗ (рис. 1). Так как трение по задней поверхности происходит по плоскости резания, то фаска износа hЗ имеет задний угол, равный 0.

При толщине среза а более 0,50 мм преобладает износ по передней поверхности, на которой образуется лунка шириной в и глубиной h. Более общим случаем является одновременный износ по передней и задней поверхностям (а = 0,20…0,50 мм).

Кроме этого, на рис. 2 представлены и другие характерные для процесса резания виды износа режущих инструментов

Рис. 2. Характерные виды износа режущих инструментов

Износ режущих инструментов значительно изменяется по времени резания. При исследовании и оценке работоспособности строят графики износа инструмента и сравнивают их (рис. 3).

45

Тсум ≈ i · Т,

где i – число переточек или смены кромок пластин, допускаемых инструментом до его полной амортизации.

Таким образом, суммарный период стойкости численно характеризует срок службы инструмента до того, как он будет направлен в утилизацию.

Рис. 4. Понятие о периоде стойкости режущих инструментов

На стойкость инструментов влияет ряд таких факторов, как материал, геометрия и конструкция инструмента, обрабатываемый материал, режимы резания, условия обработки и др. (рис. 5).

Рис. 5. Влияние различных факторов на стойкость инструмента

На скорость резания и стойкость инструмента оказывают существенное влияние следующие факторы:

47

глубина резания и подача (сечение среза);

геометрия инструмента;

вид обработки и сечение резца – его жесткость;

величина износа инструмента;

обрабатываемый и инструментальный материалы;

состояние поверхностного слоя обрабатываемой детали;

СОТС и т.д.

С увеличением t и S возрастают силы резания и повышается количество выделяющегося тепла, а следовательно, при сохранении постоянной стойкости инструмента скорость резания должна быть уменьшена. Многочисленные экспериментальные данные показывают, что при t > S показатели степени xV < уV; это объясняется тем, что с увеличением t и S повышается температура резания, но увеличение t в большей мере оказывает влияние на улучшение теплоотвода, чем увеличение подачи. Если же t < S, то показатели степени хV и уV нужно поменять местами

Влияние обрабатываемого материала на износ, стойкость и скорость резания

Самое сильное – твердость (выше твердость – ниже скорость резания); кроме того, жаропрочность; склонность к адгезии; химическое сродство или инертность обрабатываемого материала к материалу инструмента; истирающая способность или абразивность; теплопроводность и т.д.

Если скорость резания может изменяться в зависимости от геометрии резца и ширины среза до 3 раз, от толщины среза до 5 раз, от материала режущей части инструмента до 75 раз, то в зависимости от обрабатываемого материала – до 200 раз.

Это значит, что при обработке, например, закаленной стали или твердого чугуна скорость резания в 200 раз меньше, чем при обработке алюминия.

Поправочный коэффициент на материал инструмента – KVи, а на обрабатываемый материал – KVм.

48

Влияние заготовки, износа, СОТС

Кованные и литые детали имеют более твердый поверхностный слой, поэтому скорость резания по корке ниже, чем по детали без корки.

Износ инструмента. Если работа будет производиться до износа выше нормального, V должна быть уменьшена. Если же будет возможность работать до hз = 1,5…2 мм (нормативный hз = 0,8…1,5),

то KVh = 1,33.

При применении СОТС скорость резания может быть повышена (в зависимости от вида и характера подвода СОТС в зону реза-

ния): Kс = 1…1,15.

Способы измерения износа режущих инструментов

Около 85…90 % изделий машиностроения выходят из строя в результате изнашивания и только 10…15 % по другим причинам. Различают изнашивание механическое (абразивное, эрозионное, гидроабразивное, газоабразивное, усталостное и др.), коррозионномеханическое (окислительное, фреттинг-коррозия), изнашивание при «заедании» сопряжённых пар. Применительно к инструментам различают следующие виды изашивания: абразивное, адгезионное (схватывание и последующее вырывание частиц и блоков), диффузионное (при t = 800…850 °С) – растворение материала инструмента в обрабатываемом материале, окислительное характерно для твёрдых сплавов – образуются окислы Со3О4 и СоО, которые имеют низкую твёрдость и нарушают монолитность твёрдого сплава.

При проведении исследований работоспособности режущих инструменов, при внедрении новых видов износостойких покрытий, при разработке новых технологий обработки материалов резанием обязательным условием является определение характера износа, умение его измерения и установления закономерностей его.развития и управления.

Существуют различные методы измерения износа. Рассмотрим некоторые.

Прямые методы – измерительные приборы:

49

визуальный;

лупа Бринеля;

инструментальный микроскоп;

проектор;

взвешивание – объемный износ.

Косвенные – датчики физических параметров в зоне резания:

сила резания – динамометр;

температура резания – тензодатчик;

вибрации – вибродатчик;

шум резания – микрофон;

мощность резания – ваттметр в цепи главного привода;

шероховатость, точность – бесконтактный сканер.

Измерение износа по мере потери массы или объёма детали

используется, как правило, при исследовании образцов в лабораторных условиях и непригодно для большинства деталей машин.

Методом микрометрических измерений размеры детали до и после изнашивания измеряются при помощи микрометра, индикатора или других приборов, точность которых обычно находится в пределах 1...10 мкм.

При небольших размерах детали и возможности её демонтажа измерения износа можно производить с помощью инструментального или универсального микроскопов, оптиметра, проектора, измерительной машины и других приборов.

Для деталей больших размеров, измерение износа которых необходимо проводить без разборки машины, часто разрабатывают специальные приспособления с применением универсальных измерительных приборов.

Недостатками метода микрометрирования являются: невоз-

можность осуществления измерения износа в процессе работы машины; необходимость, как правило, частичной разборки узла или его демонтажа; громоздкость приспособлений для непосредственных измерений; невозможность при отсутствии измерительной базы оценки износа, а в ряде случаев и формы изношенной поверхности.

50