Теоретические основы выполнения работы

Теплота, образуемая в зоне резания – один из основных факторов, влияющих на процесс обработки и качество обработанных поверхностей.

Тепловые процессы в зоне резания оказывают влияние на стойкость инструмента и свойства поверхностного слоя обрабатываемой заготовки [1-3].

Источником возникновения теплоты при резании материалов являются: работа, затрачиваемая на упругие и пластические деформации в срезаемом слое и в поверхностных слоях заготовки, работа, затрачиваемая на преодоление трения по передней и задней поверхностям инструмента. Следовательно, работа, затрачиваемая процесс резания может быть определена по формуле:

(1)

тогда, работа резания за секунду составит:

(2)

где - сила резания, Н; V – скорость резания, .

Учитывая, что 95, 5 % механической энергии переходит в теплоту количество тепла, выделяющееся при обработке резанием за секунду равно:

(3)

Незначительная часть работы переходит в потенциальную энергию искажения кристаллической решётки деформированных зёрен сплава.

Поэтому формула (2) примет вид:

(4)

где - коэффициент, учитывающий указанные потери. Обычно этими потерями пренебрегают.

Образовавшаяся в процессе резания теплота уносится стружкой, распространяется в заготовку, резец и окружающую среду [2].

(5)

где соответственно теплота, выделяющаяся в результате работы упругой, пластической деформации и трения стружки о переднюю поверхность резца и задней кромки резца о заготовку; - соответственно теплота, распределяющаяся в стружку, заготовку, инструмент и окружающую среду.

Исследованиями установлено, что и составляет 55 %, - 35%; - 10 %. При скоростях резания от 30-40 составляет 60-70 %; - 30-40 %, - 3 % - 0, 5 %. При увеличении скорости резания большая часть тепла уходит со стружкой. При V = 400-500 - составляет 90-92 %, а - 1 %. Тепло в объёме инструмента, стружки и детали распределяется неравномерно. При этом температурные деформации заготовки и инструмента снижают точность обработки. Поэтому важно знать какие возникают температуры при разных условиях резания и каков характер их распределения при изменении условий обработки.

На температуру резания оказывают влияние те же факторы, что и на изменение баланса теплоты. Поэтому в процессе экспериментального исследования температур резания можно найти эмпирические расчётные зависимости вида

(6)

где V –скорость резания; a – толщина срезаемого слоя; b – ширина срезаемого слоя; - коэффициент, учитывающий свойства обрабатываемого материала; - коэффициент учитывающий свойства инструментального материала; - геометрические параметры инструмента; - износ инструмента; - коэффициент, учитывающий условия охлаждения.

Однако, влияние этих факторов на температуру резания неоднозначно. Экспериментально установлено, что с увеличением скорости резания и размеров срезаемого слоя температура резания возрастает. Эта зависимость может быть выражена эмпирическим уравнением:

(7)

где - коэффициент, зависящий от физико-механических свойств обрабатываемого и инструментального материала геометрических параметров и СОЖ, - показатели степени.

Выражая физические размеры срезаемого слоя через глубину резания (t) и подачу (S), выражение (7) примет вид

(8)

Формула (8) является общей, учитывающей одновременно влияние всех трёх элементов режима резания (V, t, S).

Частными формулами, определяющими зависимость температуры резания от каждого элемента процесса резания, являются:

(9)

Степенные уравнения (9) как и построенные по ним графики, представляющие кривые, сложны для анализа и сопоставления между собой. Поэтому используют графоаналитический метод, по которому уравнения (9) логарифмируют, по соответствующим осям откладывают не аргумент и функцию, а их логарифмы. После логарифмирования уравнения (9) имеют вид

(10)

А построенные графики будут представлять собой линии (вида ), расположенные под углами к оси абсцисс с начальными параметрами … (рис.1).

Показатели степеней представляют собой тангенсы углов наклона, построенных по экспериментальным данным графиков. Они могут быть определены как отношение произвольного элементарного приращения функции ( ) к соответствующему приращению аргумента ( ).

(11)

Величины начальных параметров определяются из уравнения (9) для каждого случая по опытным данным аргумента и функции (после построения графиков и нахождения показателей степени), например:

(12)

Рис.1 График функций

Методика выполнения работы

Для исследования влияния режимов резания на температуру в зоне резания применяются различные методы: термопар (искусственных, естественных и полуестественных) фотоэлектрические, термочувствительных красок и др.

В выполняемой лабораторной работе применяется метод искусственной термопары (рис. 2). Заготовка из железоуглеродистых сплавов обрабатывается точением проходными резцами.

 

Оборудование:

программируемый микрокалькулятор, токарно-винторезный станок с приспособлениями и инструментом, резцы токарные проходные, заготовки для обработки, приборы для измерения геометрических параметров резцов штангенциркуль, искусственные термопары (рис. 2) с тарировоными графиками (рис. 3), прибор для измерения ЭДС.

 

Последовательность выполнения работы:

1. Измерить геометрические параметры резцов и размеры заготовки.

2. Проверить оборудование и схему измерения температуры в зоне резания методом искусственной термопары.

3. Обработать заготовку (по схеме рис. 2) на станке по режимам, приведенным в табл. 1.

4. Для всех режимов обработки при трёхкратном повторении снять показания микровольтметра, найти их среднее значение и внести в протокол.

5. Для средних значений показаний милливольтметра по тарировочному графику определить температуру в зоне резания. (рис 3)

6. Прологарифмировать величины температур резания и соответствующие им значения скоростей резания, подач и глубин резания (результат занести в журнал наблюдений).

7. По найденным логарифмам и прямоугольной системе координат построить графики функций

и найти тангенсы углов , соответствующие показатели степеней уравнений (9).

8. Найти коэффициенты (ст. уравнения (12)).

9. Проанализировать построенные графики, результаты экспериментов и сделать выводы о влиянии режимов резания при обработке заготовок точением на температуру в зоне резания.

 

Рис.2.Схема измерения температуры в зоне резания при точении:

1-заготовка; 2-резец; 3-термопара; 4 - миливольтметр

Рис.3 Тарировочная прямая термопары ХК

Требования к оформлению отчёта

В отчёте необходимо дать краткие сведения об исследуемом физическом явлении. Привести результаты исследований, построить графики и сделать выводы.

Отчёт о работе включает: схему установки для измерения температур в зоне резания; описание оборудования; характеристику материала режущей части инструмента; результаты измерения геометрических размеров резца; характеристику свойств обрабатываемого материала; протокол наблюдений с оформленными результатами; выводы.

 

Таблица 1

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: