книги / Обработка резанием с вибрациями книга

тразвуковыми колебаниями степень и глубина наклепа увеличиваются, одновременно снижаются и остаточные растягивающие напряжения, образующиеся наиболее часто при обычном резании. Это имеет место, например, при точении с ультразвуковыми колебаниями сплава ЭИ787 на режимах резания м/мин, So=0,2 лш/об, f=0,5 мм или при точении сплава ЭИ437Б, где сниже-

HHè остаточных растягивающих напряжений происхо­

колебаний. При определенных условиях, например при задании радиальных ультразвуковых колебаний, воз­ можна даже перемена знака остаточных напряжений и образование в поверхностном слое сжимающих на­ пряжений [23]. В тех редких для обычного резания слу­ чаях, когда получаются остаточные напряжения сжа­ тия (например, при обработке титанового сплава ВТЗ-1), задание ультразвуковых колебаний 'приводит к значительному увеличению напряжений сжатия.

Образование в поверхностном слое остаточных сжи­ мающих напряжений значительно увеличивает ресурс работы детали; напротив, остаточные напряжения рас­ тяжения резко понижают его. Следовательно, рацио­ нальное применение вибраций при резании позволяет получить повышение эксплуатационных характеристик деталей, аналогично тому, как это имеет место после выполнения специальных упрочняющих операций, на­ пример: обкатки роликами, обдувки дробью и др. Од­ нако преимуществом применения обработки резанием с вибрациями является совмещение упрочнения непо­ средственно с процессом формообразования заданной детали.

ПРЕРЫВИСТЫЙ ПРОЦЕСС РЕЗАНИЯ С ВИБРАЦИЯМИ

Прерывистое резание является разновидностью обычного; оно определяется как процесс срезания стружки, чередующейся с холостым пробегом режуще­ го клина инструмента, и складывается из четырех эта­ пов; врезание режущего клина инструмента; установив­ шийся процесс резания но слою с равномерным или изменяющимся поперечным сечением; выход режущего клина из обрабатываемого металла; отдых инструмента.

Врезание определяется радиусом скругления режу­ щей кромки р. Возможны два случая врезания: при постепенном изменении толщины срезаемого слоя от нуля (рис. 64) и когда толщина срезаемого слоя в мо­ мент врезания ар>р. В обоих случаях в начальный момент имеем процесс вдавливания режущей кромки радиусом р в обрабатываемый металл.

При анализе резания, начиная с нулевой толщины среза, будем считать процессом врезания период на­ чального резания, когда определяющее влияние на его течение оказывает процесс взаимодействия материала поверхностного слоя непосредственно с режущей кром­ кой; он может оцениваться в первом приближении радиусом скругления р. Процесс врезання определяется сопротивлением обрабатываемого материала местной, сосредоточенной в небольшом объеме деформации на его внешней поверхности. Этот процесс происходит в результате сообщения обрабатываемому металлу неко­ торой пластической деформации в пределах весьма не­ большого объема металла.

Во многом эти процессы приближаются к испыта­ нию на твердость, которое всегда производится на по­ верхностном слое и носит характер внедрения через него в толщу металла другого тела, обычно шарика или конуса.

Б моМекТ встречи инструмента с поверхностью обрабатываемой детали режущий клин вдавливается на некоторую глубину. Из начального положения, пока­ занного пунктиром (см. рис. 64), достаточное по вели-

Рис. 64. Схемы врезания при прерывистом резании

чине боковое усилие вызовет вначале скольжение передней поверхности по образующей отпечатка. Подъ­ ем режущего клина и связанное с ним сокращение поверхности контакта, а также увеличение усилия воз­ действия привода станка вследствие повышения упру­ гой деформации системы СПИД приводят к росту удельного давления. Поэтому происходит боковое смя­ тие с последующим сдвигом и разрушением обрабаты­ ваемого материала в виде образования царапины со все более возрастающей глубиной. При этом траекто­

рия фактического движения инструмента приближается к заданной 'Кинематической схемой обработке с учетом ее жесткости, причем решающее значение начинает при­ обретать не только деформация материала срезаемого слоя непосредственно у режущей кромки, но и по ра­ бочим поверхностям (передней и задней) режущего клина.

Обрабатываемость материала при прерывистом ре­ зании влияет на работу пластической деформации при выходе инструмента. При приближении инструмента к

Рис. 65. Изменение положения плоскости сдвига при выходе режу­ щего клина инструмента

точке выхода в определенный момент происходит нару­ шение стабильности резания, характеризующееся изме­ нением положения плоскости сдвига от ОМ' до ОМ". В результате этого часть материала срезаемого слоя обращается в стружку практически недеформированным (рис. 65,а) или деформированным в значительно

меньшей степени (рис. 65,6), чем это имеет место при установившемся процессе резания. Кроме того, при пла­ стической деформации по новой плоскости сдвига ОМ" существенно меняется схема напряженного состояния и, как следствие этого, характер деформаций. Преиму­ щественное разрушение материала за счет сдвиговых деформаций может замениться разрушением за счет скола. Оба эти явления приводят к изменению работы стружкообразования.

ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ВХОДА И ВЫХОДА ИНСТРУМЕНТА НА ПРОЦЕСС ПРЕРЫВИСТОГО РЕЗАНИЯ

Процесс врезания инструмента в обрабатываемый материал определяется также условиями их встречи; она может произойти в одной из четырех точек перед­ ней поверхности S, V, V, Т (рис. 66) или по одной из

мируется в процессе резания и определяется кинема­ тикой процесса. При проведении расчетов следует учи­ тывать также, что обеспечение U—Г-контакта возможно

только при режимах резания с вибрациями, обеспечи­ вающих толщину среза в момент врезания, не равную нулю. Это имеет место при значениях i, близких к 0,5.

Во всех случаях, учитывая незначительную протяжен­ ность поверхности встречи обрабатываемого материала на участке поверхности встречи, ее можно принять за плоскую.

Пересечение двух плоскостей, например, при точе­ нии — неподвижной плоскости передней поверхности инструмента Пп—Пп и вращающейся плоскости встре­ чи обрабатываемого материала /7„ —Пвл образовав­

шейся на предыдущем проходе инструмента, образует прямую линию пересечения Л п—Л п\ по мере вращения она приближается к параллелограмму STÙV, образую­

щему профиль сечения срезаемого слоя. Положение точки первоначального контакта определяется двумя критериями:

1)положением линии пересечения плоскостей Лп—

Лп относительно сечения срезаемого слоя до наступле­

ния момента резания; если линия пересечения распола­ гается слева от сечения среза, т. е. Л'я —Л', то точка

первоначального контакта будет располагаться на ре­ жущей кромке, т. е. на линии S —Т, а если справа от сечения среза, т. е. Л"п—Л’п ,то на передней поверхности,

на линии U—V;

2) углом расположения линии пересечения т относи­

тельно угла в плане главной режущей кромки <р; в зависимости от соотношения т^<р точка первоначаль­ ной встречи будет располагаться или на линии $—V,

или на линии 7“-—£/.

Из рассмотрения рис. 66 видно, что расположение места встречи по линии S—Г или по линии U—V зави­

сит от соотношения переднего угла инструмента и угла расположения плоскости встречи обрабатываемого ма­ териала. Значения этих углов можно брать как в нор­ мальном сечении N—N у и е, так и в сечении, попереч­ ном державке резца уПоп и entm, при этом направления

измерения углов е и у должны быть одинаковыми. Примем угол ® положительным при его расположении в том же направлении, в каком положителен передний

угол. Это отвечает знакам угла встречи е , приня­

тым при рассмотрении процесса врезания при фрезе­ ровании.

Знак плюс берется при положительном угле наклона режущей кромки к, т. е. когда режущая кромка лежит

выше основной плоскости и вершина является ее наи-

Расположение точки первоначального контакта по линии S— V или Т— V зависит от соотношения угла в

плане инструмента <р и угла т, определяющего положе­ ние в координатной плоскости ХОУ линии пересечения

передней плоскости инструмента с плоскостью встречи обрабатываемого материала. Этот угол замеряется в момент встречи движущейся линии Л п—Л„ с сечением

срезаемого слоя. Следовательно, значение угла т пред­ ставляет собой проекцию угла между осью вращения заготовки и линией пересечения передней плоскости инструмента с плоскостью встречи обрабатываемого материала на осевую плоскость ХОУ, проходящую че­

рез вершину инструмента. Угол т определяется по фор­ муле [6]:

tgynpoO - tg V cos Ф =F tg k&iny;

является вершина резца 5, и если т><р, то точка глав­ ной режущей кромки Т. При у<ъ точка первоначально­

такт и при т<ф U-контакт/ Угол %измеряется с учетом

его знака, он считается положительным, если направле­ ние его измерения совпадает с направлением измерения угла ф относительно оси X. В одном частном случае, когда т=ф, положение линии пересечения Л п—Л п сов­

падает с главной режущей кромкой, при этом врезание инструмента в обрабатываемый материал будет проис-

Рис. 67. Точки встречи передней поверхности инструмента с обра­ батываемым материалом и направления распределения контакта

ходить сразу по всей длине режущей кромки при упо„ >

поверхности инструмента с обрабатываемым материа­ лом, большое значение на условия нагружения режу­ щего клина оказывает скорость и характер нарастания нагрузки. На нервом участке резания она характеризуется прежде всего скоростью нарастания поперечного ' сечения срезаемого слоя Vf, ее величина определяется

Рассмотрение этого процесса резания в нормальном сечении дает

Рис. 69 Влияние точки первоначального контакта и скорости нара­ стания сечения срезаемого слоя на стойкость фрез из сплава ВК8 при обработке стали Х18Н9Т, D=130 мм, t = 70 мм. В*—2 мм, 2= 1 (цифры над каждой точкой показывают скорость нарастания се­ чения срезаемого слоя «у в мм2/сек)

Из полученных формул видно, что скорость нараста­ ния поперечного сечения срезаемого слоя vf тем боль­

ше, чем больше ширина срезаемого слоя 6, скорость резания v0xp и меньше угол встречи е и кинематический