книги / Обработка резанием с вибрациями книга

P

резання увеличение отношения —— приводит к измене-

Рг

иию напряженного состояния в режущем клине в худ-

Рис 37 Зависимость составляющих силы резания Рг и Рх от ско­

рости резания (а), частоты вибраций (б) и подачи (а)

шую сторону; при принятых режимах резания с виб­ рациями оно невелико, поэтому не вызывает выкраши­ вания кромок режущего клина.

Зависимость составляющей силы резания Pz от

На рис. 38 [24] приведены результаты эксперимен­ тальных исследований по сверлению с вибрациями

определены по данным обмера осциллограмм. Под Мкрс/е и Р0б/о поиимаются крутящие моменты и осе*

вые силы при безвибрационном сверлении. При боль­ ших задаваемых сверлу амплитудах, т. е. при малых значениях параметра S 0fAx, для всех материалов на­

блюдается значительное снижение минимальной вели­ чины сил вплоть до нуля, т. е. выхода режущих кромок из зоны резания. Резкое возрастание Р",п и особенно

ном случае происходит непрерывное резание с вибра­ циями. Аналогичное возрастание этих усилий должно наблюдаться и при (к-М')=8/8 и 24/8, но так как экс­ периментов с такими значениями (к-И) не проводи­ лось, экспериментальные кривые имеют здесь разрывы.!

Основными силовыми параметрами резания с вибра­ циями являются максимальные М™™ и Из рас­

смотрения экспериментальных кривых можно отметить некоторые общие особенности их изменения. Для всех материалов и отношений S 0/Ax сверление с малыми

значениями параметра (к+ t). особенно от 1/8 до 8/8, т. е. с вибрациями малых частот, происходит с уси­ лиями, значительно превышающими (на 80—100%) уси­ лия при безвибрационном сверлении.

Такое повышение крутящих моментов и осевых уси­ лий в этом диапазоне (к-И) можно объяснить тем, что длина среза достаточно велика, а толщина срезаемого слоя намного больше, чем при безвибрационным свер­ лении. Например, для сверления отверстий диаметром

4.5 мм примерно половину оборота сверло будет снимать

слой металла в 2,0—2,5 раза больший, чем при обыч­ ном сверлении. Между тем воздействие положительных факторов, обусловленных вибрационным движением

les

при этих режимах вибраций, будет относительно мало, несмотря на то, что при соотношениях (к-Н) =* I/8--7/8 будут значительными и времёна отдыха режущих кро­ мок. Они не будут компенсировать перегрузки сверла при резании. Очевидно, что при относительно длитель­ ном воздействии повышенных усилий на инструмент в процессе резания в этом диапазоне (к+ i) условия сма­ зывания н охлаждения рабочих поверхностей будут приближаться к условиям безвибрационного резания. Трение стружки о переднюю поверхность инструмента и задней поверхности об обработанную поверхность должно быть подобно сухому.

При повышении параметра (/с+г) до 15/8—17/8 уси­ лия вибрационного сверления уменьшаются, причем бо­ лее резко они уменьшаются на режимах, когда пара­ метр £<,/Л*=0,80 и 0,50. Это можно объяснить более благоприятными условиями пластического деформирова­ ния срезаемого слоя и уменьшением внешнего трения. Так, при (к-И) > 8 /8 длина срезаемого слоя становится значительно меньшей, а толщина — большей, что видо­ изменяет зону пластического деформирования и облег­ чает процесс стружкообразовання. Кроме того, в этом случае сверло выходит из зоны резания и регулярно охлаждается и смазывается.

иногда весьма значительному [для стали ЭИ481 So/Л*=0,50 при (л+х) =26/8]. "Такой рост усилий реза­ ния при значительном увеличении частот вибраций можно объяснить ростом удельного веса явлений, свя­ занных с неблагоприятными условиями врезания и вы­ хода инструмента. Для стали Х18Н9Т заметного повы­ шения усилий резания при высоких частотах замечено не было. Так, при ё>0/Л*= 1,33 и 1,0 Af™* и с по­

вышением параметра (к-И) непрерывно снижаются и при некотором значении (/с-И) становятся ниже соот­ ветствующих усилий при обычном сверлении, сохраняя эту тенденцию до конца. Подобные же результаты по­ лучены при сверлении ЭИ827.

Таким образом, экспериментальные исследования совпадают с результатами теоретических исследований. Рост частот приводит к снижению силы резания; это снижение наиболее существенно только на определен­

ном диапазоне их изменения; дальнейшее увеличение частот не дает заметного уменьшения сил резания, так как возрастает роль отрицательных явлений, связанных с явлениями врезания и выхода инструмента и образо­ ванием отрицательных задних углов.

Рассмотрение зависимости усилия резания от соот­ ношения подачи и амплитуды показывает, что увеличе­ ние отношения до 1,0 и особенно до 1,33 для материалов ЭИ481 и 1Х18Н9Т при достаточно высоком (гс-Ы). рав­ ном 23/8—30/8, приводят к снижению усилия вибраци­ онного сверления по сравнению с обычным резанием. Для материала ЭИ827 такой закономерности не наблю­ дается. При повышении (к-М) до 26/8—30/8 происходит повышение хотя Р£*ах снижается. На основании

приведенных результатов экспериментальных исследо­ ваний, а также теоретических выводов можно рекомен­ довать для промышленного использования S„/Ax=

=0,80:1,00, а иногда для материалов с лучшей обра­ батываемостью и 0,50; параметр (/e+i) может быть ре­ комендован в диапазоне 12/8—20/8, исключая, конечно, его целые значения.

ТЕПЛОВЫ ЯВЛЕНИЯ ПРИ РЕЗАНИИ С ВИБРАЦИЯМИ

Источниками тепловыделения при резании с вибра­ циями являются зоны стружкообразования, где затра­ чивается основная работа резания. К ним относятся область наибольших пластических деформаций, зона трения в месте контакта стружки о переднюю поверх­ ность инструмента и зона трения на площадке контакта заготовки с задней поверхностью инструмента. Помимо того, источниками тепловыделения является работа, за­ трачиваемая на упругие деформации и диспергирование. При рассмотрении тепловых явлений при обычном ре­ зании ими обычно принебрегаюг ввиду их малости. Однако при резании с вибрациями затраты энергии на это могут значительно возрасти.

рактер воздействия тепловых явлений, учитывая их значительную «инерционность», подобен процессу обыч­

ного резания, то при прерывистом резании он качест­ венно отличен. В этом случае основное значение имеет соотношение времен резания и перерывов и условие входа и выхода режущего клина инструмента. Цикло­ грамма этого процесса в виде записи сил и темпера­ туры дана на рис. 39 {29].

шшттишттмттттшшшт

Рис. 39. Осциллограмма изменения крутящих моментов Мкр и тем­ пературы при прерывистом резании

В общем случае имеем различные граничные усло­ вия в периоды теплонасыщения и охлаждения. Поэтому ограничимся рассмотрением такого случая, когда за время охлаждения инструмента происходит столь зна­ чительное выравнивание температурного слоя, что оно не оказывает решающего воздействия на последующий процесс теплонасыщения. Благодаря этому допущению температурные условия работы инструмента определя­ ются в пределах одного цикла резание— отдых.

Тепловые условия работы режущего клина инстру­ мента при прерывистом резании с вибрациями пред­ ставляют собой сложный физический процесс, поэтому при теоретическом анализе [32] его примем некоторую схематизацию. Пусть Ры представляет собой равнодей­

ствующую усилий, действующих на контактную пло­ щадку, например заднюю поверхность инструмента ши­ риной b и длиной 4- Предположим, что вся работа

трения переходит в тепло. Тогда количество тепла, вы­ делившееся на задней поверхности, в единицу времени, будет;

Принимая равномерное распределение давления на поверхности контакта и коэффициент трения и удельное давление постоянными по мере теплойасыщения, полу­ чаем схему плоского источника тепла равномерной ин­ тенсивности:

Для обрабатываемой детали он представляет собой плоский подвижный источник, перемещающийся по ней со скоростью vp\ для режущего клина инструмента —

это плоский стационарный источник. При прерывистом резании он непрерывно действует в течение времени ре­ зания tp за один цикл Т. Под действием рассматривае­

мого плоского источника тепла возникает два тепловых потока; один из них направлен в тело режущего клина инструмента, другой — в обрабатываемую деталь, при этом общая интенсивность этих тепловых потоков в любой точке поверхности контакта в каждый момент времени равна <?о-

Используем также обычно принимаемые при реше­ нии тепловых задач допущения — примем направление тепловых потоков нормальным к поверхности контакта по оси п, а резец и заготовку представим в виде двух

полуограниченных тел. Последнее предположение об одномерности теплового потока делает возможным ис­ пользовать метод быстродвижущихся источников тепла, т. е. таких, скорость движения которых превышает ско­ рость распространения тепла. Примем также, что теп­ лофизические свойства обрабатываемой детали и ин­ струмента не зависят от температуры, т. е. используем средние значения коэффициента теплоемкости и темпе­ ратуропроводности. Это позволяет рассматривать про­ цесс распространения тепла на основе линейного урав­ нения теплопроводности:

Найдем температуру на рабочей поверхности режу­ щего клина. Экспериментальные записи температуры (см. рис. 39) показали, что на начальном участке реза­ ния нарастание температуры примерно пропорционально

корню квадратному из времени резания 8(/) =В Y t.

Из теории теплопроводности известно, что для полуограничениого твердого тела с начальной температурой, равной нулю, изменение температуры поверхности, про­ порциональное t ,l2j соответствует постоянному теплово­

му потоку с поверхности. Тепловой поток g —const свя­ зан с температурой на поверхности следующей зави­ симостью:

Ср— весовая теплоемкость в кал/г^град; у0 — удельный вес г/см*.

Подставляя ранее полученные зависимости, полу­

где pi — коэффициент, характеризующий долю тепла трения, поглощаемого режущим инструментом со стороны задней поверхности; его величину можно определять экспериментально или тео­ ретически.

Последним способом — исходя из рассмотрения гра­ ничных условий в зоне контакта инструмента или заго­ товки— вывод этой формулы дан В. М. Ярославцевым:

V^-aCpaViV Op tfimg

+ 1

Ku ÛI, Cpr, vi; Àa, «a Cp2, Y2— теплофизические свойства

соответственно инстру­ мента и обрабатываемо­ го материала.

За период отдыха инструмента, который начинается с момента полного выхода инструмента из обрабаты­ ваемого материала, температурное поле выравнивается,