Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Силы резания и тепловые явления при обработке резанием

15.11.2018

Процесс резания характеризуется силовым воздействием инструмента на заготовку, в результате чего в зоне их контакта наблюдается деформирование, а также разрушение поверхностного слоя заготовки — снятие стружки. Деформирование и срезание слоя металла с заготовки происходит под действием внешней силы R, приложенной со стороны инструмента к обрабатываемой заготовке. Направление вектора силы совпадает с вектором скорости резания v. Работа, затрачиваемая на деформирование и разрушение материала заготовки, расходуется на упругое и пластическое деформирование металла, его разрушение, а также на преодоление сил трения инструмента о заготовку и стружку.

В целях уравновешивания силового воздействия со стороны инструмента заготовку закрепляют, т. е. к ней прикладывают силы со стороны приспособления. В результате образуется замкнутая система, состоящая из станка, приспособления, заготовки и инструмента. На рис. 28.6 показана схема действия сил при обработке цилиндрической заготовки. Значение силы резания и ее положение в пространстве зависят от физико-механических свойств материала обрабатываемой заготовки, глубины резания, скорости резания, величины подачи, геометрических размеров режущей части инструмента и других факторов.

Для удобства расчетов используют не равнодействующую силу резания R, а ее составляющие, действующие по трем взаимно перпендикулярным направлениям — координатным осям металлорежущего станка.

Главная (тангенциальная) составляющая силы резания Pz действует в плоскости резания в направлении оси z. По силе Pz определяют крутящий момент на шпинделе станка, эффективную мощность резания, деформацию изгиба в плоскости xOz, изгибающий момент, действующий на стержень резца, а также ведут динамический расчет механизмов коробки скоростей станка. По радиальной составляющей силы резания Py определяют величину деформации изгиба заготовки в плоскости хОу и величину упругого отжатия резца от заготовки. По осевой составляющей силы резания Px рассчитывают механизм подачи станка и изгибающий момент, действующий на стержень резца.

По деформации заготовки от сил Pz и Py рассчитывают ожидаемую точность размеров при обработке заготовки и погрешность ее геометрической формы. По значению суммарного изгибающего момента от сил Pz и Px рассчитывают стержень резца на прочность и т. д.

Соотношения между составляющими силы резания не постоянны. Например, при резании сталей вновь заточенными резцами имеют место соотношения Px/Pz = 1/3; Py/ Pz = 1/4. Износ задней поверхности резца существенно влияет на значения Px, Py, Pz, и за период стойкости они постоянно возрастают.

При увеличении глубины резания и подачи растет площадь сечения срезаемого слоя, что вызывает возрастание всех составляющих силы резания. Однако результаты многочисленных экспериментов, проведенных при точении различных материалов, свидетельствуют, что во всех случаях глубина резания влияет на составляющие силы резания сильнее, чем подача. При обработке большинства металлов и сплавов увеличение скорости резания приводит к уменьшению силы резания.

Геометрические размеры резца оказывают влияние на силы резания. Наиболее важным параметром является передний угол, увеличение которого приводит к снижению силы резания, что ухудшает прочность режущей кромки инструмента и может привести к его поломке.

Одним из физических процессов, сопровождающих стружко-образование и разрушение конструкционного материала резанием, является теплообразование. Практически вся механическая работа, затрачиваемая на срезание припуска с заготовки, превращается в теплоту. Эффективную мощность процесса резания, т. е. полное количество теплоты Q, выделяющейся в единицу времени, можно приближенно определить из выражения

Q = Pzv,


где Pz — главная (тангенциальная) составляющая силы резания; v — скорость резания.

Теплота генерируется в результате упруго пластического деформирования материала заготовки в зоне стружкообразования, трения стружки о переднюю поверхность инструмента, трения задних поверхностей инструмента о поверхность резания и обработанную поверхность заготовки (рис. 28.7).

Тепловой баланс процесса резания можно представить равенством

Qд + Qп.п + Qз.п = Qc + Qзаг + Qи + Qл,


где Qд — количество теплоты, выделяемой при упругопластическом деформировании обрабатываемой заготовки; Qп.п — количество теплоты, выделяемой при трении стружки о переднюю поверхность инструмента; Qз.п — количество теплоты, выделяемой при трении задних поверхностей инструмента о заготовку; Qс — количество теплоты, отводимой стружкой; Qзаг — количество теплоты, отводимой заготовкой; Qи — количество теплоты, отводимой режущим инструментом; Qл — количество теплоты, отводимой в окружающую среду (теплота лучеиспускания) или охлаждающими средами.
Силы резания и тепловые явления при обработке резанием

В зависимости от технологического процесса резания и условий обработки стружкой отводится 25...85 % всей выделяющейся теплоты, заготовкой — 10...50 %, инструментом — 2...8 %. Количественное распределение теплоты зависит главным образом от скорости резания.

Теплообразование отрицательно влияет на процесс резания. Нагрев инструмента вызывает структурные превращения в материале инструмента, снижение его твердости и потерю режущих свойств. Кроме того, нагрев инструмента приводит к изменению его геометрических размеров, что влияет на качество обработанных поверхностей. Например, при обтачивании цилиндрической поверхности на токарном станке ввиду удлинения резца при повышении его температуры изменяется глубина резания, и обработанная поверхность получается конусообразной. Кроме того, в процессе резания нагреваются заготовка, приспособление и станок. Ввиду возникающих при этом температурных деформаций может снижаться качество получаемых изделий.

Для уменьшения отрицательного влияния теплоты на процесс резания обработку ведут с применением смазочно-охлаждающих сред. Чаще всего при механической обработке используют жидкости (эмульсии, масла, растворы мыл и минеральных электролитов и т. д.). Обладая смазывающими свойствами, жидкости снижают внешнее трение стружки о переднюю поверхность инструмента и задних поверхностей о заготовку, что уменьшает работу деформирования. Применение смазывающих сред препятствует наростообразованию на рабочих поверхностях инструмента, в результате чего снижается шероховатость обработанных поверхностей заготовки. Эти вещества отводят теплоту во внешнюю среду от места ее образования, охлаждая тем самым режущий инструмент, деформируемый слой и обработанную поверхность.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: