книги / Обработка резанием с вибрациями книга

повышения производительности на этих операциях яв­ ляется надежное сгружкодробление и ликвидация край­ ней нестабильности движения резания. Поэтому при обычном резании на этих операциях режимы резания крайне низки и необходимо постоянное наблюдение за работой инструмента. Внедрение агрегатной силовой головки для вибрационного сверления делает возмож­ ным автоматизацию этих операций и одновременно по­ вышает производительность и стойкость инструментов. Обычное сверление отверстия диаметром 4,7 мм и глу­ биной 75 мм в детали из жаропрочной стали ЖС6КП ранее производилось примерно за 1 ч. Использование

агрегатной вибросверлильной головки позволило свер­ лить такое же отверстие за 5 мин\ при этом чистота

поверхности повысилась до 7—8-го класса, что позво­ лило заменить ранее применяемые три операции (свер­ ление, зенкерование, развертывание) одной.

Изыскание рациональных условий механической об­ работки должно производиться комплексно — на основе выяснения физико-химического механизма процесса ре­ зания и прежде всего основных явлений, его определяю­ щих,— кинематики процесса и динамических свойств си­ стемы СПИД, напряженного состояния, пластических деформаций и разрушения в зоне резания, трения, теп­ ловых процессов, химических и электрических явлений на контактных поверхностях и других факторов. Они определяют структурную ^хему основных элементов, со­

метрами, задаваемыми конструктором (обрабатывае­ мый материал, размеры детали) и технологом (тип станка и приспособлений, схема настройки операций, конструкция и геометрия заточки инструмента, режимы резания, вид и способ подачи СОЖ), и вторичными па­ раметрами, определяющими результаты выполнения механической обработки (эксплуатационные характери­ стики детали, в том числе точность обработки и качест­ во поверхности, стойкость инструмента, производитель­ ность и экономичность обработки). Следует отметить, что приведенная на стр. 12 структурная схема механи­ ческой обработки: первичные параметры — процесс ре­ зания — вторичные параметры не является всеобъем­ лющей; каждый раздел ее может дополняться по мере

И

гом (остальное)

кость, точность Инструмент — материал режущей

части, конструкция, геометрия заточки

Схема настройки операции Режимы резания Смазочно-охлаждающая среда —

вид, способ подачи Вибратор — направление вибра­

ций, частота, амплитуда, фор­ ма

совершенствования процессов резания и выяснения его физической сущности. Например, для улучшения про­ цессов резания в качестве первичных параметров при­ меняется введение постоянного тока в зону резания, предварительный подогрев заготовок; несколько слож­

вторичными параметрами, т, с. в установлении физико­ химической сущности процесса резания, важное значе­ ние имеют жесткость упругой системы СПИД и вибра­ ции. Вибрации при резании могут задаваться извне специальным вибратором или возникать « результате определенных особенностей процесса резания. В первом случае они относятся к первичным параметрам, во вто­ ром являются одним из явлений, определяющих физи­ ческий механизм процесса резания при заданных условиях. Вибрации первого вида всегда задаются с определенными направлением, частотой, амплитудой и формой колебаний, улучшающими процесс резания, т.е. являются целенаправленными, полезными. Вибрации второго вида возникают в результате непредусмотрен­ ных при проектировании операции особенностей процес­ са резания, т. е. при выборе первичных параметров. В этом случае их направление, частота, амплитуда, форма в большинстве случаев получаются такими, что ухудшают результаты обработки, т. е. вторичные пара­ метры: они снижают стойкость и прочность инструмен­ та, точность и качество поверхности. Такие вибрации являются вредными.

Результаты настоящего исследования показывают, что познание физической сущности механической обра­ ботки позволяет так подбирать первичные параметры (без применения вибратора), что получаются вибрации, обусловленные процессом резания с оптимальными на­ правлением, частотой и амплитудой. Это позволяет ис­ пользовать их для улучшения механической обработ­ ки— вторичных параметров, т. е. превратить вредные вибрации в полезные*. Следовательно, по мере изу-

1 А. М. Безбородов, В. Н. Подураев. Способ кинематического дробления стружки при токарной обработке за счет использования автоколебаний, возникающих при резании. Авторское свидетельст­ во Мэ 134098, «^Бюллетень изобретений» № 23, I960.

чения вибраций при резании изменилось содержание и направление исследований этого важнейшего составного

ми структурной схемы механической обработки разли­ чен. Так, если в цепи между первичными и вторичными параметрами существует только прямая связь, то меж­ ду отдельными физическими явлениями, составляющи­ ми процесс резания, имеет место и обратная связь, т. е.

взаимосвязь явлений пластического деформирования и трения, на основе которой построены все исследования механики процесса стружкообразования. Исключи­ тельно важны тепловые явления, так, до последнего времени взаимосвязь стойкости инструмента и произво­ дительности обработки определялась на основе рассмот­ рения только тепловых зависимостей. Периодические выходы инструмента из обрабатываемого материала при наложении вибраций качественно изменяют тепловые процессы при обычном резании и тем самым при опти­ мальных параметрах снижают интенсивность износа.

Изучение механизма резания как процесса, пласти­ ческой деформации материала, превращаемого в струж­ ку, отличается от его рассмотрения при таких техноло­ гических процессах, как обработка давлением, где сте­ пень деформации задается извне и является основным аргументом. При механической обработке характер рас­ пределения деформаций и их величина определяются условиями резания. Если в первом случае степень де­ формаций является результатом приложения заданной силы, то при резании, напротив, сила является функцией деформации и, в конечном счете, условий резания. Ис­ пользование вибраций, задаваемых извне вибратором, может приводить к облегчению пластического деформи­ рования и трения, что ведет к снижению сил резания и выделяемого тепла. Это свидетельствует о взаимосвязи между кинематикой процесса резания, напряженным со­ стоянием, пластическими деформациями, трением, силой резания и тепловыми явлениями.

Взаимосвязь между отдельными явлениями может быть непосредственная или косвенная. Действительно, одно из исследуемых явлений, составляющее процесс

резания, на вторичные факторы и прежде всего на стойкость и прочность инструмента. Исследования по­ лезных вибраций, задаваемых специальными вибраторами, проведены, как правило, на -основе рассмотрения прямой взаимосвязи первичных и вторичных фак­ торов, без изучения физических закономерностей про­ цесса резания, определяющих эту взаимосвязь. Пере­ числять все выполненные методики исследований про­ цесса резания с вибрациями в виде построения струк­ турных схем нет надобности. Пользуясь приведенной общей структурной схемой механической обработки, можно построить заданное исследование процесса ре­ зания методически правильно. Помимо этого, использо­ вание структурных схем позволяет наиболее рациональ­ но решать технологические задачи, поставленные перед механической обработкой на данной операции, выявляя ее узкие места. Кроме .того, они делают возможным определять рациональные границы целесообразного применения обычных методов механической обработки, сверх которых при заданных конструктором и техноло­ гом требованиях следует переходить на качественно иные методы обработки, например электрическую, хи­ мическую и в том числе обработку резанием с вибра­ циями.

Глава II

КИНЕМАТИКА ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ С ВИБРАЦИЯМИ

Обработка резанием — технологический процесс по­ лучения деталей заданной формы, размеров и точности с заданными физико-механическими свойствами путем отделения от заготовки слоя металла в виде стружки. Кинематика процесса резания изучает относительное движение инструмента и заготовки без учета действую­ щих сил и физических явлений, протекающих в зоне ре­ зания. Механическая обработка может сопровождаться возникновением заранее нс предусмотренных вредных вибраций; в ряде случаев для надежного стружкообразования или улучшения обрабатываемости можно спе­ циально задавать полезные вибрации.

Резание с вибрациями заключается в том, что на обычно принятую для данной операции кинематическую схему накладывается дополнительное вибрационное дви­ жение инструмента относительно заготовки. Классифи­ кация принципиальных кинематических схем обработки резанием с вибрациями дана на рис. 1.

Влияние вибраций на процесс резания удобнее

по оси а, поперечных — по оси Ь, продольных — по оси I)

на каждое физическое явление, определяющее процесс резания, проявляется наиболее четко. Поэтому эти схе­ мы могут быть названы теоретическими.

Первая схема наложения вибраций — по оси я, т. е. в направлении измерения толщины среза, нормально по­ верхности резания, отличается от обычного резания сня­ тием слоя переменной толщины. Кроме того, она обес­ печивает воздействие вибраций перпендикулярно по­ верхности износа задней грани инструмента; при этом существенно изменяются условия трения по передней и задней поверхностям. Характерной особенностью вто-

правлениям главного и вспомогательного движений, т. е. вибрации по оси Y — радиальные вибрации; вибрации в

направлении главного движения, т. с. вибрации по оси

Z, — тангещальные вибрации.

Большинство кинематических схем типовых операций механической обработки основано на сочетании двух элементарных движений —■вращательного и поступа­ тельного. Учитывая это, вибрационное движение, обес­ печивающее одну из трех рассмотренных выше исход­ ных технологических схем резания, должно быть также крутильным (вращательным) или поступательным (пря­ молинейным). Кроме того, в общем случае направление вибраций может не совпадать ни с одной из принятых исходных координатных осей. В этом случае вибрации могут иметь направления, отличные от вращательного или прямолинейного, например винтовые по нитке наре­ заемой резьбы, эллипсообразные и т. д. Теоретический анализ механической обработки с вибрациями этого ви­ да, естественно, будет складываться из рассмотрения явлений, обусловленных процессом резания по каждой из принятых здесь координатных осей.

Характер колебательного движения в заданном на­ правлении также может быть любым по форме, напри­ мер в виде отдельных импульсов прямоугольной, тре­ угольной или параболической формы. Наиболее часто при резании имеют место вибрации синусоидальной формы. Поэтому при дальнейших исследованиях они приняты как основные. Это обусловлено также тем, что согласно ряду Фурье любой вид колебательного дви­ жения может быть приведен к сумме колебаний гармо­ нического вида.

ЭЛЕМЕНТЫ СРЕЗАЕМОГО СЛОЯ И РЕЖИМЫ НЕПРЕРЫВНОГО ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ С ОСЕНЯМИ ВИБРАЦИЯМИ

Для определения условий обработки резанием с виб­ рациями при данной кинематической схеме используем понятия: обрабатываемая поверхность, обработанная поверхность и поверхность резания. Положение обра­ батываемой поверхности, т. е. поверхности детали на том участке, который будет срезан на данной операции, при резании с вибрациями, остается тем же, что и при обычном резании (см. рис. 1). Обработанная поверхность