Анализ процесса формообразования и расчет параметров режимов резания

[pic]

Рисунок 1.9. Изменение величины силы резания в процессе шлифования.

1 – с затуплением круга; 2 – с самозатачиванием круга.

Как видно из рисунка силы резания заметно меньше у шлифовальных кругов с

самозатачиванием.

При врезании с постоянной или ускоренной подачей происходит достаточно

интенсивное возрастание силы и мощи резания (участок АБ). Интенсивность

увеличения силы резания на этом этапе зависит в основном от режима

шлифования и жесткости технологической системы СПИД. Такой рост сил по мере

продолжительности шлифования первоначально объяснили только изменением

состояния рабочей поверхности круга, в основном износом шлифующих зерен и

увеличением сил трения связки круга вследствие выкрашивания невыгодно

ориентированных и слабо удерживаемых на поверхности зерен. Более поздние

исследования показали, что этот этап характеризуется неустановившимся

режимом съема металла, когда фактическая глубина резания непрерывно

возрастает по мере увеличения натяга в системе СПИД. При установившемся

съеме металла, когда подача на глубину практически постоянна, величина силы

резания стабилизируется (участок БВ), а влияние других факторов

незначительно.

При наличии на детали исходных неточностей формы обусловленных предыдущими

операциями, величина сил резания периодически убывает или возрастает в

соответствии с изменением фактической глубины резания. При затуплении

шлифующих зерен и засаливания рабочей поверхности круга силы резания резко

возрастают (участок ВГ).

1.8 Температура резания.

При обработке металлов резанием в технологической системе выделяется

большое количество теплоты. Основными источниками теплоты являются:

- работа деформации срезаемого слоя металла и работа сил трения на

контактных поверхностях режущего инструмента, переходящие в теплоту

резания;

- подведенная энергия (электрическая, плазменная, индукционная и

т.д.), переходящая в теплоту разогрева срезаемого слоя заготовки

(при резании труднообрабатываемых материалов с подогревом);

- работа сил трения контактирующих тел станка (подшипников, зубчатых

передач, направляющих и т.д.), переходящая в теплоту трения.

Температура оказывает решающее влияние на стойкость инструмента и на

точность обработки.

В общем случае под температурой резания понимают среднюю температуру на

поверхности контакта инструмента со стружкой и поверхностью резания.

Существуют следующие методы измерения температуря резания:

1. метод по цветам побежалости;

2. метод термокрасок;

3. метод подведенной термопары;

4. метод полуискусственной термопары;

5. метод двух резцов;

6. метод бегущих или скользящих термопар;

7. метод естественной термопары.

Температуру шлифуемой детали измеряют при помощи термопар по

структурным изменениям в поверхностном слое шлифуемой детали и

дистанционных датчиков. Наиболее широко применяется измерение температуры

при помощи искусственных и полуискусственных термопар (рис. 1.10).

[pic]

Рисунок 1.10. Термопары:

а – искусственная; б – полуискусственная; 1 и 2 – проводники; 3 –

электроизоляция (слюда); 4 – прибор для регистрации термо-Э.Д.С.

При шлифовании вся механическая мощность микрорезания преобразуется в

тепловую, так как лишь незначительная часть мощности переходит в скрытую

энергию изменений кристаллической решетки обрабатываемого материала.

Наибольшее количество теплоты (до 80%) переходит в обрабатываемую деталь и

наименьшая теряется в результате излучения.

С увеличением нагрузки на зерно в зоне его работы выделяется большее

количество теплоты в единицу времени и это обеспечивает рост температуры.

Нагрузка на зерно появляется при увеличении окружной скорости детали и

подач. Отдельные параметры (скорость резания и др.) оказывают сложное

влияние на тепловые явления при шлифовании. Например, при увеличении

скорости резания толщина срезаемого слоя снижается, но растет число

тепловых импульсов при одновременном сокращении времени их действия и

изменении условий трения шлифующих зерен по обрабатываемому материалу. В

результате взаимодействия всех этих факторов, с увеличением скорости

резания, температура шлифуемой детали повышается.

Температура при шлифовании снижается как при уменьшении мощности

источников теплообразования, так и при повышении интенсивности теплоотвода.

Для этой цели имеются основные пути: 1) технологические – выбор оптимальной

схемы шлифования, характеристик шлифовального круга, режимов обработки,

рациональных СОЖ и др.; 2) конструктивные – применение эффективных

конструкций кругов для конкретных условий обработки, совершенствование

установок для очистки и охлаждения СОЖ и др.

Для отвода тепла из зоны шлифования в основном применяются СОЖ.

1.9 Характер изнашивания и стойкость инструмента.

Износ рабочей поверхности круга при шлифовании является сложным физико-

химическим и механическим процессом, протекание которого зависит от всех

условий обработки: характеристики круга, свойств обрабатываемого материала,

режима резания и др.

В зависимости от свойств шлифовальных кругов и условий обработки круги

могут работать с самозатачиванием и с затуплением.

Затупление круга наступает в результате обламывания невыгодно

расположенных шлифующих зерен, последовательного их расщепления и

образования площадок износа, когда зерна теряют свои режущие свойства.

Самозатачивание круга заключается в том, что по мере затупления шлифующих

зерен возросшее сопротивление резания вырывает зерна из связки, которая

выкрашивается; в работу вступают новые зерна, в результате чего рабочая

поверхность круга непрерывно обновляется.

В начальный период работы круга на вершинах зерен образуются площадки

износа, которые непрерывно возрастают и обеспечивают влияние условий,

действующих на зерна, чему соответствует усилие разрушения зерна и связки.

[pic]

Рисунок 1.11. Основные виды износа шлифовального круга.

В зависимости от условий шлифования различают следующие основные виды

износа (рис. 1.11):

1. истирание режущих элементов шлифующих зерен с образованием на них

площадок с большей или меньшей шероховатостью (рис. 1.11, а);

2. микроразрушение зерен с отделением от них небольших частиц (рис. 1.11,

б);

3. разрушение зерен с отделением от них небольших частиц, соизмеримых с

размером зерна (рис. 1.11, в);

4. полное вырывание зерен из связки (рис. 1.11, г);

5. разрушение в результате протекания химических реакций в зоне контакта

зерна с обрабатываемым материалом при высоких температурах,

развивающихся в зоне шлифования (рис. 1.11, д);

6. забивание промежутков между зернами стружкой и продуктами износа (рис.

1.11, е).

Момент удаления зерна с рабочей поверхности круга определяется степенью

износа зерна, динамикой процесса и прочностными свойствами связки. В ряде

случаев в износа шлифующих зерен превалирующим является хрупкий износ, что

связано с природой зерна.

При высоких температурах шлифования, снижающих твердость материала

шлифующих зерен, процесс износа зерен является интенсивным. Процесс

адгезионного износа характеризуется кратерами, образующимися на поверхности

зерна, свидетельствующих об отрыве или срезе его отдельных частиц.

Интенсивность износа шлифующих зерен резко возрастает при наличии

химического сродства между зерном и обрабатываемым материалом. Для

железоуглеродистых сплавов предпосылками к диффузионному износу являются

высокие температуры в зоне шлифования, легкость растворения углерода в

железе, перепад концентрации углерода между шлифующим зерном и

обрабатываемым металлом и контакт их ювенильных поверхностей. Износ кругов

существенно влияет на точность и качество поверхностного слоя шлифуемых

деталей.

1.10 Качество обработанной поверхности.

Для надежной работы большое значение имеет шероховатость обработанной

поверхности, характеризуемая величиной ее микронеровностей, и качество

поверхностного слоя, характеризуемого его состоянием.

Формирование микрогеометрии поверхности и качества поверхностного слоя

является сложным физическим процессом с активным химическим взаимодействием

всех материалов, находящихся в зоне обработки. В этом случае многое

является результатом копирования траекторий массового перемещения шлифующих

зерен круга относительно обрабатываемой детали.

В результате действия шлифующих зерен на поверхностный слой детали

наносится огромное число микроцарапин, формирующих микропрофиль.

Установившаяся шероховатость шлифованной поверхности, зависящая от

геометрических параметров и вибраций системы СПИД, формируется после многих

проходов круга по определенному участку детали.

Наряду с шероховатостью шлифованной поверхности большое значение имеет

также ее волнистость, представляющая собой сочетание периодических и

апериодических выступов и впадин. На образование волнистости шлифованной

поверхности при чистовой обработке наиболее активно влияют колебания

обрабатываемой детали, шлифовальной бабки, шлифовального круга и его

некруглость. Существенное значение оказывает также отношение скоростей

детали и круга, их размеры, число проходов и сдвига фаз волн при

последующих проходах.

Наиболее высокие эксплуатационные свойства шлифованной детали могут быть

получены путем создания наивыгоднейших условий обработки (характеристики

круга, режима резания и др.). Подбирая требуемым образом условия

шлифования, можно обеспечить наиболее благоприятное распределение

напряжений в детали, например растягивающие напряжения заменить на

сжимающие. В итоге можно повысить износостойкость деталей.

Благоприятное влияние на шероховатость оказывает окружная скорость

шлифовального круга. С ее увеличением шероховатость шлифованной поверхности

существенно снижается. Это объясняется как уменьшением толщины слоя,

снимаемого одним зерном, так и возрастанием количества теплоты в зоне

действия каждого зерна.

Шероховатость поверхности зубьев колес после их шлифования должна

находится в пределах значений высоты микронеровностей Ra от 0,20 – 0,80 мкм

в зависимости от требований эксплуатации.

1.11 Особенности процесса формообразования.

После всего вышеизложенного, можно выделить следующие особенности процесса

шлифования:

1. каждое абразивное зерно участвует в работе в течение не всего времени

обработки детали – прерывистое резание.

2. в течение всего времени обработки детали размеры и площадь сечения

срезаемого слоя изменяются.

3. условия удаления стружки из зоны резания, для банного вида обработки,

благоприятны.

4. условия подвода СОЖ в зону резания благоприятны.

5. жесткость технологической системы при данном виде обработки

достаточна.

6. кинематические углы изменяются в процессе работы.

Шлифовальные круги, режимы резания назначают исходя из конкретных условий

обработки. При повышенных требованиях к шероховатости поверхности применяют

круги с меньшим номером зернистости, при шлифовании зубчатых колес силовых

передач применяют круги зернистостью до 40. В остальных случаях номер

зернистости выбирают, исходя из требований чертежа детали.

2 Назначение параметров режима резания

Задание:

Обработать отверстие диаметром d1, полученное после штамповки, до диаметра

d2, на глубину L. Сопоставить эффективность обработки при различных

процессах формообразования в серийном производстве: рассверливание и

зенкерование.

Таблица 1. Исходные данные.

|Вар. |d1, |d2 , |L | |Марка обраб. |Механические |Модель |

|№ |Диам. |Диам. |Длина |Шерох.|мат-ла |свойства |станка |

| |заг., |дет., |отв., | | | | |

| |мм |мм |мм | | | | |

| | | | | | |(в, Мпа|НВ | |

|4 |20 |20,9 |40 |Rz 40 |Сталь 40ХН |700 |207 |2А125 |

2.1 Кинематическая схема резания

Кинематические схемы рассверливания (рис. 2.1) и зенкерования (рис. 2.2):

[pic]Рисунок 2.1. Кинематическая схема рассверливания.

[pic]след – след.

[pic]

Рисунок 2.2. Кинематическая схема зенкерования.

[pic]след – след.

2.2 Выбор инструментального материала и геометрии инструмента.

В основном, сверла делают из быстрорежущих сталей. Твердосплавные сверла

делают для обработке конструкционных сталей высокой твердости (45...56HRC),

обработке чугуна и пластмасс. Исходя из твердости обрабатываемого материала

– 207 НВ, принимаем решение об применении сверла из быстрорежущей стали

Р6М5 ГОСТ 19265-73. Крепежную часть сверла изготовим из стали 40Х (ГОСТ 454-

74).

[pic]Рисунок 2.3. Спиральное сверло.

Задний угол ?. Величина заднего угла на сверле зависит от положения

рассматриваемой точки режущего лезвия. Задний угол имеет наибольшую

величину у сердцевины сверла и наименьшую величину - на наружном диаметре.

Передний угол. Также является величиной переменной вдоль режущего лезвия и

зависит, кроме того, от угла наклона винтовых канавок ? и угла при вершине

2?. Передняя поверхность на сверле не затачивается и величина переднего

угла на чертеже не проставляется.

[pic]

Рисунок 2.4. Геометрические параметры винтового сверла.

Кинематические углы рассчитываются по следующим формулам:

[pic]

где ?Х – статический задний угол в данной точке;

S0 – подача на оборот, мм/об;

? – радиус в данной точке, мм.

[pic]

Статические углы тоже непостоянны.

При обработке сталей, экономически выгодно использовать зенкер из

следующих марок быстрорежущих сталей Р18, Р6М5Ф3, Р6М5, Р9К10, Р10К5Ф5 и

т.д. Выбираем марку быстрорежущей стали Р6М5, ГОСТ 19256-73. Для экономии

быстрорежущей стали, зенкер делают составным неразъемным, сваренным, с

помощью контактной сварки оплавлением. Хвостовик изготавливают из стали 40Х

ГОСТ 454-74.

[pic]Рисунок 2.5. Зенкер цельный.

Кинематические углы ? и ? зависят от того, в какой части режущей кромки их

рассматривать. Это объясняется тем что при одной и той же подаче скорость

резания в разных точках разная, так как они находятся на разных расстояниях

от оси зенкера. Таким образом, результирующий вектор в каждой точке имеет

свое направление.

[pic]Рисунок 2.5. Изменение кинематических углов зенкера.

Кинематические углы рассчитываются по следующим формулам:

[pic]

где ?Х – статический задний угол в данной точке;

S0 – подача на оборот, мм/об;

? – радиус в данной точке, мм.

[pic]

2.3 Обоснование последовательности назначения параметров режима резания.

Объем материала, срезаемый в единицу времени с заготовки определяется по

формуле:

[pic],

где v – скорость резания, м/мин;

s- подача, мм/об;

t – глубина резания, мм.

При возрастании каждой составляющей растет производительность труда,

однако снижается стойкость инструмента.

Так как глубина резания оказывается наименьшее влияние на температуру

резания и стойкость, ее назначают в первую очередь максимально возможной.

Во вторую очередь назначают подачу, так как она оказывает большее влияние

на стойкость, чем глубина, но меньшее, чем скорость.

Скорость назначают в последнюю очередь, так как она оказывает наибольшее

влияние на стойкость инструмента.

2.4 Назначение глубины резания.

С целью производительности труда глубину резания назначают максимально

возможной. Ограничениями являются мощность оборудования, габариты режущей

поверхности, жесткость технологической системы, точность и качество

обработки.

Глубина резания:

[pic],

где D – диаметр обработанного отверстия, мм;

d – диаметр обрабатываемого отверстия ,мм.

[pic]мм.

2.5 Назначение подачи.

Вектор подачи зависит от вида обработки: черновая или чистовая.

При черновой обработке подача ограничивается прочностью инструмента и

мощностью механизма подач станка. При чистовой – точностью обработки и

качеством обработанной поверхности.

Принимаем подачи /5/:

Для рассверливания Sp = 0,8 мм/об.

Для зенкерования SЗ = 0,7 мм/об.

2.6 Выбор критерия затупления и периода стойкости инструмента.

В результате действия сил трения сверла и зенкеры в процессе резания

изнашиваются.

Сверла из быстрорежущей стали могут изнашиваться по задним и передним

поверхностям, по ленточкам и по уголкам. Зенкеры изнашиваются подобно

сверлам (по тем же поверхностям).

При достижении установленной величины износа инструменты затачивают для

восстановления их режущих свойств. Заточка сверл и зенкеров производится по

главным задним поверхностям на специальных заточных станках или

приспособлениях.

Средние периоды стойкости сверл и зенкеров принимаются из справочных

таблиц.

Для рассверливания: ТР = 45 мин.

Для зенкерования ТЗ = 30 мин.

2.7 Расчет скорости резания.

Для рассверливания:

[pic]

где CV – постоянный коэффициент;

Т – стойкость, мин;

t – глубина резания, мм;

S – подача, мм/об;

m, x, y и q – показатели степеней;

Kmv – коэффициент, учитывающий материал заготовки;

Kuv – коэффициент, учитывающий состояние поверхности;

Kuv – коэффициент, учитывающий инструментальный материал.

[pic]

Значения всех составляющих берутся из /4/.

[pic]

[pic] м/мин

Для зенкерования:

[pic],

[pic] м/мин.

Частота вращения:

[pic] об/мин.

Принимается nP = 400 об/мин.

[pic] об/мин.

Принимается nз = 250 об/мин.

Фактические скорости резания:

[pic] м /мин;

[pic]м/мин.

2.8 Расчет составляющих силы резания.

Рассчитывается крутящий момент.

Для рассверливания:

[pic]

[pic] кг м.

Для зенкерования рассчитывается крутящий момент:

[pic],

[pic] кг м.

где Z – число зубьев зенкера (Z = 3);

Sz – подача на зуб, мм/зуб.

Мощность приводов главного движения:

[pic] квт;

[pic] квт.

2.9 Расчет машинного времени.

[pic]

где lAX – длинна рабочего хода, мм;

y и y1 – величина врезания и перебега.

Следует принять y1 = 3 мм; yP = 1мм; yЗ = 2 мм.

Sm – минутная подача, мм/мин.

[pic] мм/мин;

[pic] мм/мин.

[pic] мин;

[pic] мин.

3. Сравнительная характеристика заданных операций.

Из расчетов в разделе 2 видно, что с точки зрения энергозатрат и

производительности, зенкерование выгоднее рассверления. Но учитывая, что

стоимость сверл меньше стоимости зенкеров, а качество рассверливания

удовлетворяет заданному качеству обработки, можно сделать вывод, что для

данной обработки наиболее выгодно и рационально применить операцию

рассверливания. Тем более, что стандартных зенкеров диаметром 20,9 нет, так

что нужен специальный.

Приложение А

Литература:

1. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. 1975.

2. Маслов Е.Н. Теория шлифования материалов. 1974.

3. Технология обработки конструкционных материалов. Под редакцией Петрухи

П.Г. 1991.

4. Сильвестров Б.Н. Зубошлифовальные работы. 1985.

5. Справочник технолога – машиностроителя: В 2-х томах. /Под ред.

Косиловой А.Г. Мещерякова Р.К/ 1985.

-----------------------

Здесь вроде бы неверно, но у меня прокатило!

Страницы: 1, 2