CC BY
41
мм1
u u
- 10
°20 30 40 50 60 70
|AN0u| -1000, |ANU|-1000, Dop-1000 MKM'
Pue. 2. Гоафики влияния подачи на отклонения при Sz = 0.9 мм/об (обработка алюминия)
Выводы
1.При решении вопросов точности обработки при контурном фрезеровании необходимо учитывать положение точки профилирования зуба фрезы, значения мгновенных, результирующих сил и точек их приложения.
2. Выполнено исследование влияния диаметра фрезы, числа зубьев, подачи на зуб, глубины обработки и износа зубьев фрезы на величину погрешности обработки при контурном фрезеровании.
3. Одним из ограничений при определении подачи для контурного фрезерования являются величины деформаций концевой фрезы под действием силы резания.
Список литературы
1. Brooks R. Исследование процесса обработки с целью повышения
производительности//Новости металлообработки. -1980,-№ 3.
2. Kline W.A. Расчет точности обработки поверхности при горизонталь-
ном фрезеровании пальцевой фрезой//Конструирование.-1982. -№4. - С. 162 - 170.
3. DevorR.E., Sutherland J.W. Улучшенный метод прогнозирования силы
и погрешности формы обработанной поверхности при нежесткой системе фрезерования концевой фрезой. -М.: Изд-во «Мир», Труды Американского общества инженеров//Конструирование и теория машиностоения .-1986. -№4. - С. 105 - 123.
4. Волк В.К. Разработка технологического обеспечения САПР фрезер-
ных переходов и операций на основе исследования процесса формообразования концевыми цилиндрическими фрезами. Автореф. дис. ... канд. техн. наук. -Курган,1985. -327с.
5. Розенберг Ю.А. Особенности процесса резания при работе многолез-
вийных и абразивных инструментов: Учебное пособие.- Курган: Изд-во Курганского государственного университета, 2005. -121 с.
6. Розенберг Ю.А. Износ и стойкость режущих инструментов, обраба-
тываемость металлов резанием: Учебное пособие. - Курган: Изд-во Курганского государственного университета, 2005. - 101 с.
7. Розенберг Ю.А. Механика процесса резания: Учебное пособие. -
Курган: Изд-во Курганского государственного университета, 2005. - 193 с.
Ю.А. Розенберг
Курганский государственный университет, г. Курган
ПРОЦЕСС ОБРАЗОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТНОЙ СТРУЖКИ
В связи с использованием новых инструментальных материалов (твердые сплавы с покрытиями, сверхтвердые синтетические поликристаллические инструментальные материалы и др.) резко увеличились скорости резания.
В результате при резании сталей, титановых сплавов и других металлов сливная стружка переходит в сус-тавчутую, а затем в элементную [1]. Следовательно, элементная стружка становится основным типом стружки в современном производстве.
Одно из наиболее полных исследований процесса
образования элементной стружки было проведено в Томском политехническом институте [2]. Эти исследования были выполнены при резании малопластичных металлов (серые, ковкие, высокопрочные чугуны и латуни). Исследования процесса образования элементной стружки при резании пластичных металлов (стали 45, 40Х, 40ХН, 20ХНЗА, 1X17Н2, ММЛ-1 и титановые сплавы ВТ-1, ОТ4) были выполнены в Курганском машиностроительном институте [3]. В последнее время такие исследования были проведены в Томском политехническом университете при резании титановых сплавов (ВТ1, ВТЗ-1, ВТ6) и жаропрочного сплава ЭИ698 [4].
Все эти исследования осуществлялись при широком изменении условий резания: скорости резания, подачи, глубины резания, переднего угла инструмента и др. Определялись углы конечного сдвига элемента Фк, шаг элементов т, коэффициенты сплошности К= а2/а.,, (а2- наименьшая толщина элемента, а^наибольшая), длины полного С и пластичного С1 контактов стружки с передней поверхностью инструмента, силы резания, температуры, напряжения в плоскости конечного сдвига элемента и на передней поверхности инструмента и др.
При этом использовались методы скоростной и обычной киносъемки, метод разрезного резца, методы искажения координатных сеток и др.
Так с помощью методов искажения координатных сеток (с одновременной скоростной киносъемкой), изучения распределения твердости в корне стружки, измерения сил резания в процессе образования одного элемента были получены картины распределения деформаций и напряжений в металле в процессе образования элемента стружки при резании малопластичных металлов [3]. Было получено, что деформации и напряжения в элементе стружки распределяются неравномерно и в процессе образования элемента все время изменяются. Максимальные значения деформаций и напряжений имеют место в зоне конечного сдвига элемента. Эти значения равны предельным значениям деформаций и напряжений для данного обрабатываемого материала с учетом температурно-скоростного фактора. Все это позволило разработать схему образования элемента стружки (рис.1).
Процесс образования элемента делится на четыре стадии. На первой стадии после образования предыдущего элемента происходит процесс сдвиговой пластической деформации, при этом плоскость максимальных касательных напряжений выходит на поверхность конечного сдвига предыдущего элемента (возможны образования микроэлементов). Во второй стадии деформируется расширяющаяся замкнутая упруго-напряженным металлом область деформации, где она может проявляться в виде поперечного течения (фаза сжатия). В третьей стадии плоскость максимальных касательных напряжений выходит на поверхность предыдущего прохода инструмента, имеет место основная сдвиговая деформация с увеличением ее степени и действующих напряжений, которая в четвертой стадии заканчивается конечным сдвигом или сколом элемента.
Переход сливной стружки в элементную происходит при уменьшении переднего угла инструмента и свойств пластичности обрабатываемого металла, а также с увеличением скорости резания и отношения толщины срезаемого слоя к его ширине. Одним из условий этого перехода является достижения степеней деформации £ и напряжений Тр в зоне конечного сдвига элемента предельных значений этих величин для данного обрабатываемого металла. Эти условия можно записать в виде:
е > е и т > т . (')
*"рмах — *"прм " 1рмах — 1прм * '
Анализ работ [2, 3, 4] показывает, что при резании малопластичных металлов, сталей, титановых и жаропрочных сплавов имеют место общие закономерности (в условиях образования элементной стружки).
Рис.1. Схема образования элементной стружки (ЛС-59-1, у=0° )
На рис. 2 эти закономерности изображены в виде графиков изменения соответствующих характеристик образования элементной стружки при изменении переднего угла у, скорости резания V, отношения толщины срезаемого слоя к его ширине а/Ь и свойств пластичности обрабатываемого материала (относительное удлинение
5). На графиках: 9° С - температура резания; ц - средний коэффициент трения между стружкой и передней поверхностью инструмента; ю - угол действия (щ=п~у, п -
средний угол трения); в1/в - уширение стружки; Q- угол между плоскостью конечного сдвига элемента и передней поверхностью инструмента ^=90°-Фк+у ); Ф'-Фк-разница между углами сдвига, определяющими направления максимальных касательных напряжений для 1-й и конечной стадий образования элемента стружки; qF - средняя величина касательного напряжения на передней поверхности инструмента.
Как видно из графиков влияний У и V на характеристики элементного стружкообразования, имеет место
общая закономерность связей между фк, п, у и ю.
При уменьшении угла трения п (у =С°ПБ1;) или увеличении переднего угла у (п=С°ПБ1) уменьшается угол
действия Ю (угол между направлением равнодействующей силы на передней поверхности инструмента и вектором скорости резания) и увеличивается угол конечного сдвига элемента (аналогичная зависимость имеет место при образовании сливной стружки).
Рис.2. Влияние условий резания на характеристики элементной стружки
Очень интересным вопросом является влияние условий резания на форму элемента в продольном сечении. При увеличении скорости резания и отношения a/в, при уменьшении переднего угла инструмента и свойств пластичности обрабатываемого металла трапецеидальная форма элемента переходит в треугольную. Соответственно изменяется и коэффициент сплошности элемента стружки К. Для треугольной формы К меньше чем для трапецеидальной. Для сливной стружки К=1. Анализируя изменения характеристик элементной стружки (рис.2), можно прийти к выводу, что форма элемента непосредственно связана с углом Q между передней поверхностью инструмента и плоскостью конечного сдвига элемента и разностью углов сдвига Ф' и Фк (рис.1). Чем меньше эти величины, тем форма элемента ближе к треугольной. На основании схемы образования элемента стружки (рис.1) можно связать эти зависимости с первой стадией образования элемента. Чем меньше Q и Ф' -Фк, тем ближе плоскость максимальных касательных напряжений, выходящая на плоскость конечного сдвига предыдущего элемента, к этой плоскости (их расположение приближается к параллельным плоскостям) и тем меньше объем пластической деформации в этой стадии. И наоборот при увеличении этих величин объем пластической деформации в первой стадии образования элемента стружки в
СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 3
87
направлении, перпендикулярном поверхности конечного сдвига предыдущего элемента, возрастает и идет формирование трапецеидальной формы элемента. При уменьшении переднего угла передняя поверхность инструмента поворачивается в сторону уменьшения угла Q. При этом угол конечного сдвига элемента уменьшается,
но в меньшей степени, чем увеличивается у и угол Q уменьшается. При увеличении скорости резания и отношения а/в, и уменьшении свойств пластичности обрабатываемого материала угол конечного сдвига элемента возрастает и угол Q уменьшается. Эти закономерности справедливы как для малопластичных металлов, так и для сталей, титановых и жаропрочных сплавов. Это доказывает, что разработанная схема образования элемента стружки для малопластичных металлов справедлива и для других металлов.
Можно предположить, что при высоких скоростях резания после формирования развитого контактного слоя на передней поверхности инструмента разница между Ф' и Фк стремится к нулю, вся пластическая деформация металла стружки сосредотачивается в 3-й стадии образования элемента и образуется стружка локального сдвига [1,5].
В заключение следует указать следующие основные закономерности при образовании элементной стружки.
1. Процесс образования элементной стружки носит периодический характер. При образовании элемента стружки степени пластической деформации, напряжения, силы резания, температуры, интенсивность износа рабочих поверхностей инструмента переменны. Все эти характеристики процесса резания достигают максимумов в конечной стадии образования элемента, предшествующей конечному сдвигу элемента. Частота этих изменений определяется шагом элемента, который, как видно из
рис.2, зависит от у, V, a/b, 5%. С уменьшением V и
5% и увеличением а/в, шаг элемента растет, а частота его образования уменьшается.
2. В теле элемента стружки степени деформации и напряжения распределяются неравномерно. Максимум этих величин имеет место в зоне конечного сдвига элемента и в зоне контакта стружки с передней поверхностью инструмента. Ни усадка стружки, ни величина относительного сдвига, определенного с помощью величины
усадки стружки или с помощью величин Фк и у, не являются количественными характеристиками степени деформации металла элементной стружки.
Действительную степень пластической деформации, которую получил элементарный объем в элементе стружки, можно определить только с помощью величины угла текстуры в данном объеме (углы текстуры в элементе стружки распределяются неравномерно, наименьшие их значения имеют место в зоне конечного сдвига элемента) по формуле:
е=2^(2у) . (2)
Величина относительного сдвига, определенная по формуле:
-у> (3)
носит кинематический характер и может быть использована при расчете максимальных значений сил резания [6].
3. При выводе формулы для расчета максимальных значений сил резания можно использовать уравнение максимальной силы сдвига (направленной вдоль плоскости конечного сдвига элемента):
Pтmax=Vab/smФк , (4)
где a, b - толщина и ширина срезаемого слоя;
Tp - касательное напряжение в плоскости конечного сдвига элемента.
Tp=0,165HB*C , (5)
где НВ - твердость обрабатываемого материала; С - коэффициент предельного упрочнения обрабатываемого материала.
4. При образовании элементной стружки имеет место неравномерность процесса упрочнения в зоне струж-кообразования и упрочнения поверхностного слоя. Отношение длины участка поверхности резания с максимальным упрочнением к общей длине этой поверхности, пройденной инструментом, уменьшается по мере увеличения шага элемента. В результате уменьшается интенсивность износа на задней поверхности инструмента и его стойкость увеличивается. Интенсивность износа поверхности инструмента также уменьшается при переходе сливной стружки в элементную [7].
Список литературы
1. Бобров В.Ф., Седельников А.И. Особенности образования суставча-
той и элементной стружки при высокой скорости резания // Вестник машиностроения. -1976.-№7. -С. 61-66.
2. Резание металлов и инструмент /Под ред. A.M. Розенберга. - М.:
Машиностроение, 1964. - 228 с.
3. Резание металлов и технологическая точность деталей в машино-
строении. 4.1 /Под ред. Ю.А. Розенберга и В.П. Пономарева. -Курган: Изд-во Курганского машиностр. ин-та, 1968. - 235 с.
4. Полетика М.Ф., Афонасов А.И., Ласуков А.А. Некоторые закономер-
ности элементного стружкообразования при резании металлов // Изв. Томского политех. ун-та, 2002. Т.305.- Вып.1. -С 34-40.
5. Komanduri R., Schroeder Т., Von Turkovich B.F., FlomD.C. On the
Catastrophic shear instability in Hiqh - speed Machininq of an AISI 4340 steel., Transactions of the ASME., 1982. Vol 104, №2; 149-160 P.
6. Розенберг Ю.А. Создание нормативов по определению сил резания с
использованием теоретических зависимостей процесса резания // Вестник машиностроения.-2000.- №9. -С. 35-40.
7. Розенберг Ю.А., Зелинский А.Н., Назаров А.К. Исследование процесса
образования сливной и элементной стружки при резании металлов // Труды Уральской юбилейной научной сессии по итогам науч. -иссл. работ в области машиностроения. - Курган, 1969. -С. 12-19.
С.И.Тахман, Д.С.Евтодьев
Курганский государственный университет,
г. Курган
ОБОБЩЁННОЕ ОПИСАНИЕ ЗОН РЕЗАНИЯ ПРИ ОБРАБОТКЕ ЗУБЧАТЫХ КОЛЁС ДОЛБЯКОМ
Для проведения силовых расчётов необходимо знать площадь срезаемого слоя и активную длину режущих кромок инструмента на каждом резе, но при зубо-долблении эти параметры изменяются по пути резания на каждом зубе долбяка. Поэтому возникает задача определения числа резов при обработке зубом долбяка одной впадины нарезаемого колеса. В связи с этим в данной работе проанализированы следующие задачи: 1. Определение границ зоны резания. 2. Вывод теоретической формулы для оценки числа резов.
Для решения поставленных задач было рассмотрено зацепление переточенного до исходного сечения дол-бяка и нарезаемого колеса. Картина зацепления представлена на рис. 1. При нарезании впадины долбяк профилирует боковые стороны двух соседних зубьев двумя режущими кромками (левая сторона впадины профилируется правой режущей кромкой, правая сторона впадины профилируется левой режущей кромкой долбяка), по-
