Косенко А.И. Сборник методических указаний по предметам: Резание материалов и Резание материалов и режущий инструмент - файл n1.doc

приобрести
Косенко А.И. Сборник методических указаний по предметам: Резание материалов и Резание материалов и режущий инструмент
скачать (3429.6 kb.)
Доступные файлы (9):
n1.doc336kb.12.05.2006 09:29скачать
n2.doc333kb.30.03.2006 16:13скачать
n3.doc604kb.12.04.2002 13:58скачать
n4.doc148kb.03.05.2006 11:22скачать
n5.doc1155kb.01.04.2006 14:55скачать
n6.doc152kb.19.02.2007 11:51скачать
n7.doc51kb.10.05.2006 16:36скачать
n8.doc956kb.21.04.2006 19:27скачать
n9.doc932kb.19.05.2006 10:30скачать

n1.doc



ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ

НОВГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ ЯРОВСЛАВА МУДРОГО




Институт экономики и управления

Кафедра ТМ
Влияние режимов резания на температуру при точении

Методические указания к лабораторной работе

по курсам: «Резание металлов»,

«Резание металлов и режущий инструмент»

Выполнила:

студентка группы 4433

Ламмас М. В.
Проверил преподаватель:

Косенко А. И.


Великий Новгород

2006

Содержание:


  1. Цель работы………………………………………………………………...3




  1. Основные теоретические положения……………………………………..3

    1. Источники образования тепла и его распределение………………3

    2. Температурное поле стружки резца………………………………..4

    3. Влияние различных факторов на температуру резания при точении……………………………………………………………….5

    4. Метод искусственной термопары…………………………………10

    5. Метод полуискусственной термопары…………………………...11

    6. Фотоэлектрический метод………………………………………...12

    7. Калориметрический метод………………………………………...13

    8. Метод термочувствительных красок……………………………..13

    9. Современные методы использования температуры……………..13

    10. Метод естественной термопары…………………………………..14




  1. Порядок выполнения лабораторной работы…………………………….17




  1. Дополнительные требования по технике безопасности………………..17




  1. Содержание отчета………………………………………………………..18


Библиографический список………………………………………………18

Методические указания предназначены для студентов 3-го курса дневного обучения и 4-го курса заочного обучения. Описание к лабораторной работе составлено с учетом того, что студенты должны изучить рекомендованную литературу до начала занятий с тем, чтобы перед выполнением лабораторной работы иметь ясное представление о температуре резания, способах ее измерения, а также о влиянии элементов режима резания.

Контрольные вопросы предназначены для того, чтобы заострить внимание на главном и обеспечить самоконтроль при изучении материала. По контрольным вопросам проводится допуск студентов к выполнению экспериментальной части работы.

Данную лабораторную работу следует рассматривать как небольшое экспериментальное исследование студента под руководством преподавателя (учебного мастера).


  1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ


Научиться измерять температуру при резании методом естественной термопары, определить зависимость температуры от элементов режима резания.
2. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
2.1. ИСТОЧНИКИ ОБРАЗОВАНИЯ ТЕПЛА И ЕГО РАСПРЕДЕЛЕНИЕ
Процесс резания металлов сопровождается выделением тепла, которое влияет на стойкость режущего инструмента, качество и точность обработанной поверхности.

Основными причинами возникновения тепла является:

  1. пластическое деформирование срезанного слоя металла;

  2. трение на передних и задних поверхностях инструмента.

В связи с этим источники тепла располагаются:

1) в зоне деформаций;

2) на площади контакта стружки с передней поверхностью;

3) на контактных площадках трения по главной и вспомогательной задних поверхностях инструмента.

Тепло, выделяющееся в процессе резания, согласно законам физики распространяется от точек с высшей температурой к точкам с низшей температурой. Тепловой баланс при резании металлов может быть выражен следующим уравнением:

Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4

Где Q — общее количество тепла, образующегося при резании;

Q1 — количество тепла, уносимого со стружкой:

Q2 — количество тепла, остающегося в резке;

Q3 – количество тепла, остающегося в обрабатываемой заготовке;

Q4 — количество тепла, уходящего в окружающую среду путем излучения.

В стружку уходит от 60 до 86% общего количества тепла, причем чем больше скорость резания, тем выше этот процент. В среднем при токарной обработке в стружку уходит 50—86% общего количества тепла, в резец 40—10%, в обрабатываемую заготовку 9—3% и в окружающую среду около 1%. На распределение тепла между объектами оказывает влияние ряд факторов, наиболее важными из которых являются скорость резания и толщина среза; при чистовой обработке в заготовку уходит тепла больше (в процентах), чем при черновой обработке.

Тепло, переходящее в резец, размягчает его (снижает твердость) и делает менее износостойким. Основное влияние на стойкость инструмента оказывает высокая температура, создаваемая в тонких поверхностных слоях, подвергающихся износу. Под воздействием высокой температуры (температуры резания) в этих слоях может происходить отпуск и соответствующие структурные изменения, сильно влияющие на твердость, а следовательно, и на интенсивность износа режущего инструмента.

Выделяясь в зоне стружкообразования и в местах контакта стружки с резцом и резца с заготовкой, тепло оказывает большое влияние на состояние трущихся поверхностей (изменяя коэффициент трения), на точность обработки, на весь процесс резания и связанные с ним явления (наростообразование, упрочнение, износ инструмента, деформации и др.). В связи с этим необходимо знать влияние различных факторов на тепловыделение, распределение температурных полей методы определения температуры в процессе резания.
2.2. ТЕМПЕРАТУРНОЕ ПОЛЕ СТРУЖКИ И РЕЗЦА
Как в стружке, так и в резце тепло распределяется неравномерно, что вызывает и неравномерную температуру их нагрева. В слоях, расположенных ближе к передней поверхности резца, температура стружки (см. рис. 1) будет выше, чем в слоях, удаленных от передней поверхности. Это вызывается неравномерной деформацией по толщине среза во время сжатия слоя, лежащего перед резцом, и дополнительной деформацией слоя стружки от действия сил трения при перемещении уже срезанного слоя (стружки) по заторможенному слою и передней поверхности резца.

Температура обрабатываемой заготовки понижается по мере удалении рассматриваемой точки от поверхности резания (или от обработанной поверхности), причем наивысшая температура (например, 3700°С, рис. 1) сосредоточена в месте контакта резца с заготовкой.



Рис. 1. Температура в различных

точках стружки заготовки.
У резца наивысшая температура будет в граничных слоях площадок контакта со стружкой и с обрабатываемой заготовкой. Температура нижележащих слоев и мест, отдаленных от точек контакта, определится явлениями теплопроводности.

Из всей зоны контакта стружки с передней поверхностью резца самая высокая температура резца (см., например, рис. 2) и стружки (4750°С; рис. 1) будет в центре давления стружки на резец.

Точки на передней и задней поверхностях резца, равноотстоящие от режущей кромки, имеют различную температуру нагрева (рис. 3).



Рис. 2. Схема распределения Рис. 3. Температура в различных

температуры по передней точках передней и задней

поверхности резца поверхностей резца
2.3. ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ

НА ТЕМПЕРАТУРУ РЕЗАНИЯ ПРИ ТОЧЕНИИ
На температуру резания при точении оказывают влияние: обрабатываемый металл; элементы режима резания (скорость, подача, глубина резания); геометрические элементы режущей части резца и его размеры; смазывающе-охлаждающая жидкость.

Обрабатываемый металл. Выше указывалось, что при одинаковых условиях работы при резании стали тепла выделяется больше, чем резании чугуна. Однако, несмотря на меньшее количество тепла, выделяющегося при резании чугуна, температура в тонких поверхностных слоях резца может быть значительной. Это объясняется тем, что при образовании стружки надлома давление стружки на резец сосредоточивается вблизи режущей кромки резца (на прилегающем к нему малом объеме головки), а также меньшей теплопроводностью чугуна по сравнению со сталью.

Большое влияние на температуру резания оказывают механические свойства обрабатываемого металла. Чем выше предел прочности и твердости металла заготовки, тем большие силы сопротивления необходимо преодолеть при стружкообразовании, тем большую работу надо затратить на процесс резания, тем больше, следовательно, выделится тепла и выше будет температура резания. Кроме того, при резании твердых сталей стружка соприкасается с передней поверхностью резца на меньшей площади, чем при резании мягких (более пластичных) сталей; это повышает давление на единицу поверхности контакта, а отвод тепла в тело резца и в толщу стружки происходит через меньшую площадь поверхностей, что также способствует повышению температуры в поверхностных слоях резца.

Чем выше теплопроводность и теплоемкость обрабатываемого металла, тем интенсивнее отвод тепла от места его выделения в толщу стружки и в обрабатываемую заготовку, тем меньше, следовательно, температура поверхностных слоев резца.

Элементы режима резания. С увеличением с к о р о с т и р е з а н и я уменьшаются силы резания, но в значительно меньшей степени, чем увеличивается скорость.

С увеличением тепла возрастает температура нагрева резца, стружки и заготовки (рис. 4).


Рис. 4. Влияние скорости резания

на температуру нагрева резца,

стружки и заготовки
Таким образом, температура резания (наивысшая температура поверхности резца) увеличивается с увеличением скорости резания, что может быть выражено следующим уравнением:

T = c1 ?z

где С1 — коэффициент, зависящий от условий обработки (обрабатываемого металла, глубины резания, подачи, геометрических элементов режущей части резца, смазывающе-охлаждающей жидкости);

z — показатель степени, характеризующий интенсивность при роста температуры с увеличением скорости резания.

С увеличением п о д а ч и увеличивается сила резания, а следовательно, будет возрастать и количество тепла. Но сила Рz возрастает в меньшей степени, чем увеличивается подача, а потому медленнее прироста подачи будет увеличиваться количество тепла в повышаться температура резания (рис. 5). На снижение интенсивности увеличения температуры резания с увеличением подачи влияет и усиление теплоотвода от поверхностей трения в толщу стружки и в тело резца (в связи с увеличением толщины стружки и поверхности соприкосновения стружки с резцом).



Рис. 5. Влияние подачи на

температуру резания
Зависимость между температурой резания и подачей может быть выражена уравнением

Т = С2 S x

где С2 — коэффициент, зависящий от условий обработки;

х — показатель степени, характеризующий интенсивность при роста температуры с увеличением подачи.

На температуру резания подача по сравнению со скоростью резания оказывает меньшее влияние (х < z).

Еще меньшее влияние на температуру резания оказывает глубина резания. С увеличением глубины резания общее количество тепла увеличивается, так как увеличиваются сила Рz и работа резания. Однако вместе с увеличением тепла пропорционально глубине резания увеличивается и длина активной части режущей кромки, т. е. каждому вновь прибавленному по ширине участку стружки соответствует такой же участок контакта на резце. Наряду с увеличением контакта улучшается и теплоотвод в тело резца, так как при этом увеличивается объем активной части головки резца. Поэтому, несмотря на увеличение общего тепловыделения, температура в каждой точке контакта резца со стружкой увеличится незначительно (рис. 6).



Рис. 6. Зависимость температуры

резания от скорости резания при

различных глубинах резания
Зависимость между температурой и глубиной резания может быть выражена следующим образом:

Т = С3 t y

Показатель у < 1 и у < х (среднее значение у = 0,1).

Полное уравнение температуры резания в зависимости от элементов режима резания может быть записано так:

Т = С ?z S x t y

где С — общий коэффициент, характеризующий условия обработки (обрабатываемый металл, геометрические элементы режущей части резка, смазывающе-охлаждающая жидкость).

Наибольшее влияние на температуру резания оказывают передний угол (угол резания), главный угол в плане и радиус закругления при вершине резца.

П е р е д н и й у г о л (угол резания) оказывает сложное влияние на температуру резания. Это объясняется тем, что, с одной стороны, при уменьшении переднего угла (увеличении угла резания) увеличиваются деформации и работа резания, приводящие к увеличению тепловыделения. С другой стороны, увеличение угла резания отодвигает центр давления стружки от режущей кромки резца, делает головку резца более массивной, что усиливает теплоотвод в тело резца, снижая температуру на его поверхностях контакта.

На рис. 7 показана зависимость температуры резания от угла резания при различных скоростях. В диапазоне 65 — 75° температура резания изменяется незначительно; в диапазоне 75 – 85° происходит повышение температуры резания с увеличением угла резания, что объясняется, по-видимому, превышением тепловыделения над теплоотводом.

Отрицательный передний угол по сравнению с положительным вызывает большие деформации и приводит к большему тепловыделению в процессе резания. При работе резцом с передним углом ? = -10° температура резания повышается примерно на 15% по сравнению с работой резцом, имеющим ? = +10°.



Рис. 7. Зависимость температуры резания

от угла резания при различных скоростях
На рис. 8, а приведена зависимость температуры резания от главного угла в плане; чем больше главный угол в плане, тем больше температура резания, т. е. тем сильнее нагревается резец.

При изменении главного угла в плане происходит следующее. С одной стороны, при увеличении главного угла в плане при одинаковых t и s стружка становится толще, что удаляет центр давления ее от режущей кромки и одновременно увеличивает площадь соприкосновения стружки с резцом; это способствует лучшему теплоотводу как в толщу стружки, так и в тело резца. Но, с другой стороны (и это оказывается преобладающим), с увеличением главного угла в плане уменьшается ширина стружки и длина активной части режущей кромки (см. рис. 8, 6). Последнее приводят к менее интенсивному теплоотводу в заготовку и в тело резца, теплота концентрируется на меньшей ширине среза вблизи вершины резца, и температура резания повышается.

Из зависимости, показанной на рис. 8, а, видно, что наиболее резкое увеличение температуры резания наблюдается в диапазоне ? = 20 – 60°. Это объясняется тем, что в этих пределах наиболее резко уменьшается длина активной части режущей кромки (или ширины стружки). В пределах же ? = 60 – 90° это уменьшение незначительно (рис. 8, 6), что и приводит к менее резкому повышению температуры резани я, вызванному увеличением общего тепловыделения за счет некоторого повышения силы Рz.



Рис. 8. Влияние главного угла в плане:

а – на температуру резания; б – на длину активной части режущей кромки
Р а д и у с з а к р у г л е н и я при вершине резца в плане оказывает влияние на общее тепловыделение и на его отвод. Чем больше радиус, тем больше деформации, а следовательно, и сила Рz, тем больше и тепловыделение в процессе стружкообразования. Это должно бы приводить к повышению температуры резания. Но при увеличении радиуса увеличивается длина активной части режущей кромки и объем головки резца, что способствует лучшему теплоотводу как в тело резца, так и в заготовку.

Повышение интенсивности теплоотвода оказывается преобладающим, что и приводит к снижению температуры резания с увеличением радиуса закругления (рис. 9).



Рис. 9. Влияние радиуса закругления

резца на температуру резания
Чем больше п л о щ а д ь п о п е р е ч н о г о сечения тела резца, тем интенсивнее отвод тепла от мест его образования в тело резца, тем меньше, следовательно, температура резания (рис. 10).



Рис. 10. Влияние площади поперечного

сечения тела резца на температуру резания

Для определения температуры резания и температуры нагрева резца, стружки и заготовки применяют следующие методы: термопар (искусственной, полуискусственной, естественной); фотоэлектрический, термочувствительных красок; метод измерения микротвердости; калориметрический и т. д.
2.4. МЕТОД ИСКУССТВЕННОЙ ТЕРМОПАРЫ
Метод искусственной термопары заключается в том, что в резце просверливается отверстие малого диаметра, не доходящее до какой-либо точки передней или задней поверхности резца примерно на 0,2. . . 0,5 мм, в которое вставляется изолированная термопара (часто медь — константан).

Температура в точке соприкосновения термопары и резца регистрируется включенным в цепь термопары гальванометром. Этот метод даст возможность определить температуру различных точек на передней и задней поверхностях резца, на поверхности стружки (рис. 11), т. е. найти температурное поле.



Рис. 11. Измерение температуры резания

методом искусственной термопары

1 – медь; 2 – константан

Недостатком его является сложность устройства и невозможность определить наивысшую температуру, так как измерение температуры фактически производится не на поверхностях контакта резца и стружки, а на некотором удалении от них.

2.5. МЕТОД ПОЛУИСКУССТВЕННОЙ ТЕРМОПАРЫ

В методе полуискусственной термопары одним из элементов служит сам резец, а другим — является константановая проволочка, протянутая через сквозное отверстие в резце и изолированная от стенок отверстия. Такая проволочка выводится через отверстие на переднюю или заднюю грань инструмента, где и расклепывается (рис. 12).



Рис. 12. Измерение температуры резания методом полуискусственной термопары:

а – резец-константан: б – деталь-константан
Метод полуискусственной термопары дает более точные результаты, но, обеспечивая измерение температур в данных точках поверхности, не дает возможности изучить закономерности влияния элементов режима резания на наивысшую температуру процесса резания. Резец допускает малое количество переточек. При использовании метода полуискусственной термопары элементом термопары может служить также деталь. При обработке детали проволочка перерезается и получается нагретый контакт ее с деталью. Можно также использовать термопару, состоящую из изолированной от детали, заложенной в разъем детали проволочки и инструмента.

Искусственные и полуискусственные термопары могут быть прижимными, защемленными, перерезаемыми и бегущими.

Примером прижимной термопары является скользящая термопара хромель — алюмель или платина — платинородий, закрепленная на подставке из твердого сплава, подведенная до касания со стружкой (рис. 13).


Рис. 13. Измерение температуры стружки с помощью скользящей термопары:

1 – твердосплавная подставка; 2 – платина; 3 – платинородий; 4 – резец
Защемленные термопары закладываются в канавки, изготовленные в разъеме инструмента или детали, после его половинки инструмента или детали скрепляют до полного соприкосновения. Проводники термопары дополнительно изолируют.

Перерезаемые в бегущие термопары используются для изучения законов распределения температур на кромках и контактных поверхностях инструмента.
2.6. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МЕТОД
Фотоэлектрический метод измерения температур в зоне резания (рис. 14) основан на принципе собирания лучеиспускаемого тепла с участка нагретой поверхности 1 с помощью линз 2 и направления его на фотосопротивление З. Под действием теплового излучения в фотоэлементе возникает ток, который усиливается усилителем 4 и регистрируется измерительным устройством 5. Фотоэлектрический метод позволяет измерять температуру различных участков зоны резания и определять температурные поля на передней и задней поверхности резца.

Недостатками метода являются сложность конструкции устройства и влияние окисных пленок, появляющихся в процессе резания на исследуемых поверхностях, на точность показаний.

Методом измерения микротвердости можно получить приближенное температурное поле поверхностей инструмента. Это метод основан на том, что нагрев инструментальных материалов (быстрорежущей стали выше 550 °С, твердого сплава выше 900 °С) ведет к снижению, их микротвердости, а величина снижения при одинаковом времени пропорциональна температуре. Метод дает значительные погрешности.



Рис. 14. Схема фотоэлектрического пирометра для

измерения температуры инструмента, детали и стружки

2.7. КАЛОРИМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД
Калориметрический метод используют для определения всего количества тепла, выделяющегося в процессе обработки резанием, а также для определения тепла, переходящего в стружку или инструмент.

Улавливая в калориметр горячую стружку, зная массу стружки и воды в калориметре и изменение температуры воды, можно определять среднюю температуру стружки. Есть также калориметры, в которые погружают деталь и инструмент.
2.8. МЕТОД ТЕРМОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ КРАСОК
Методом термочувствительных красок можно определять максимальные значения температур сходящей стружки на ее поверхностях, не соприкасающихся с резцом. Метод прост, но не позволяет определять темпера туру сильно нагретых поверхностей.

Можно приближению регистрировать уровень температуры на резце, фиксируя момент плавления проволок диаметром 0,5...1 мм из слова (231 °С), свинца (327°С), цинка (419°С), алюминия (6б0°С), меди (1083°С), плотно вставленных в радиально просверленные отверстия обрабатываемой заготовки.
2.9. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ
Широкое применения для теплового контроля технологического оборудования находят термисторы и терморезисторы – полупроводниковые резисторы, электрическое сопротивление которых существенно изменяется с ростом температуры. Терморезисторы СТ1-18 изготавливаются в бусинковом исполнении.

Для тех же целей используются бесконтактные методы инфракрасной термографии. В связи с тем, что тепловизоры и пирометры, основанные на этом методе, находят в последние годы все большее применение в машиностроении, остановимся подробнее на их возможностях.

Инфракрасная термография – это метод получения термоизображений (термограмм) невоспринимаемого глазом теплового излучения объектов. Он позволяет контролировать тепловое состояние оборудования без непосредственного с ним контакта, не прерывая технологического процесса. Получают температурные поля или локальные температуры тех узлов и деталей станка, тепловые деформации которых существенно влияют на точность обработки. Контролируются подшипники, зубчатые передачи, муфты и можно контролировать температурное состояние инструмента.

Тепловизор представляет собой систему формирования и обработки термоизображений в реальном масштабе времени. С помощью горизонтальной и вертикальной разверток система преобразует инфракрасное излучение в электронный видеосигнал, подобный телевизионному.

Ряд фирм производят тепловизоры. Среди них мировую известность имеют шведская и японская фирмы. В компактной модели тепловизора с усовершенствованными функциями анализа изображений и температурных полей по всей поверхности экрана диапазон измеряемых температур 40°С-2000°С. Точность измерения ±2%. Температурная чувствительность 0,08°С. Размеры прибора соответствуют размерам видеокамеры.

Инфракрасные пирометры – неконтактные термометры – это приборы для дистанционного измерения температуры в точке объекта. Стационарно закрепленные измерительные датчики в сочетании с блоком электронной обработки данных обеспечивают тепловой анализ объекта и технологического процесса с помощью компьютера. Это позволяет использовать такие термографические системы для диагностирования и управления оборудованием.

Для того, чтобы оценить достоверность измерения температуры различными методами сопоставлялись данные о температуре на рабочих поверхностях инструмента, полученные методами защемленной в резце полуискусственной микротермопары, естественной термопары и с помощью тепловизора, работающего в режиме быстродействующего сканера. Установлено, что наиболее достоверные данные о температуре дают защемленные полуискусственные микротермопары и тепловизоры.

2.10. МЕТОД ЕСТЕСТВЕННОЙ ТЕРМОПАРЫ
В данной работе используется метод естественной термопары, показанный на рисунке ниже. Этот метод позволяет измерить среднее значение температуры на передней и задней поверхностях инструмента. В качестве термопары служит резец и обрабатываемая заготовка, которая закрепляется в патроне токарно-винторезного станка. Заготовка и резец для устранения паразитных термопар изолируется от станка прокладками. Гальванометр подключается с одной стороны к торцу резца, а с другой – к заготовке.

Горячим спаем термопары является контакт резца и заготовки, а холодным – холодные точки резца и заготовки.



Схема естественной термопары

По показателям гальванометра можно определить значение температуры резания. Для этого необходимо протарировать термопару. Тарировка заключается в том, что в электропечь помещают тигель с расплавленным металлом (свинец, олово, сурьма, сплав Вуда и др.). Тарируемые образцы (стержни), изготавливаемые из материалов резца и заготовки помещают на одинаковую глубину в расплавленный металл, а свободные концы стержней соединяют с тем же гальванометром, который используется при резани. Между стержнями помещают контрольную термопару, гальванометр которой проградуирован в градусах. Используя его показания при нагреве и охлаждении расплавленного металла, получают зависимость показаний гальванометра, связанного с тарируемыми образцами, от температуры. Эта зависимость (график) и используется в дальнейшем в опытах при резании.

Экспериментально установлено, что наибольшее влияние на температуру (из элементов режима резания) оказывает скорость резания, наименьшее – глубина резания. Это можно объяснить тем, что температура резания зависит от количества образующегося тепла и условий теплоотвода. Из этого следует, что те факторы, которые при прочих равных условиях увеличивают количество образующего тепла, увеличивают температуру. Те факторы, которые улучшают условия теплоотвода – уменьшают температуру.

Количество тепла рассчитываются по формуле:

Q = 0,039Pz ? (1)

где Q – количество тепла, образующегося при резании; кал.

Pzтангенциальная сила резания;

? – скорость резания, м/мин.

Сила Pz рассчитывается по формуле:

Pz = СPz t1,0 S0,75 (2)

где СP – константа, зависящая от физико-механических свойств обрабатываемого и инструментального материалов и условий обработки;

t – глубина резания, мм;

S - подача; мм/об.

Из анализа формул (1, 2) следует, что наибольшее влияние на теплообразование оказывает скорость и глубина резания. Подача при этом оказывает меньшее влияние. Что касается условий теплоотвода, то здесь необходимо учесть следующее: с увеличением скорости резания уменьшается площадь контакта стружки с передней поверхностью, что ухудшает теплоотвод; с увеличением глубины резания площадь контакта на передней и задней поверхностях растет пропорционально (улучшение теплоотвода). С увеличением подачи растет контактная площадка на передней поверхности, а площадь контакта на задней поверхности остается неизменной. В связи с этим при увеличении подачи условия теплоотвода улучшаются, но не столь значительно, как при увеличении глубины. С учетом влияния скорости подачи и глубины на теплообразование и теплоотвод можно заключить, что наибольшее влияние на температуру оказывает скорость резания, наименьшее – глубина резания. Это положение в большинстве случаев подтверждается экспериментально.

Зависимость между температурой резания ? и элементами режима резания: скоростью ?, глубиной t, подачей S выражается формулами:

? = С1 ?x1;

? = C2 Sx2;

? = C3 tx3;

где С1, C2, C3 – константы, зависящие от свойств обрабатываемого и инструментального материалов и условий обработки;

x1, x2, x3 – показатели степеней, принимаемые за константы по результатам опытов.

Логарифмирование степенных функций позволяет получить уравнение прямых линий:

lg ? = lg C1 +x1 lg ?;

lg ? = lg C2 +x2 lg S;

lg ? = lg C3 +x3 lg t;

Для определения количественных значений x1, x2, x3 необходимо построить графики функций: ? = f(?), ? = f(S), ? = f(t) в логарифмической системе координат и измерить углы наклона соответствующих прямых с положительным направлением оси абсцисс. Тангенсы этих углов и дают значения x1, x2, x3 .

Приведенные выше уравнения являются частными случаями уравнения общего вида:

? = С? ?x1 Sx2 tx3 ,

где С? – константа, зависящая от свойств обрабатываемого и инструментального материалов и условий обработки.

Коэффициент С? рассчитывается по формуле:

?

С? = ?x1 Sx2 tx3

Полученная зависимость температуры от элементов режима резания позволяет определить оптимальный режим при заданной производительности. Для этого примем за показатель производительности объем металла Q, срезаемый за единицу времени. Его можно рассчитать по формуле:

Q = V S t

Таким образом, все элементы режима резания одинаково влияют на производительность. Однако их влияние на температуру существенно различно. Исходя из этого и пренебрегая требованиями по шероховатости, точности, внутренним напряжениям и др., можно найти (для заданного диапазона изменения режимов резания) сочетание режимов, обеспечивающих максимальную и минимальную производительности при одинаковой температуре. Найденные режимы повторяются экспериментально.


  1. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ


При выполнении лабораторной работы необходимо:

  1. изучить настоящее руководство, конспекты лекций и рекомендованную литературу;

  2. изучить инструкцию по технике безопасности;

  3. уточнить задание и условия проведения опытов;

  4. изучить общее устройство станка, гальванометра, измерительного инструмента;

  5. подготовить протоколы для регистрации опытных данных;

  6. провести опыты по исследованию влияния скорости, подачи и глубины на температуру резания;

  7. обработать опытные данные;

  8. определить режимы резания, обеспечивающие максимальную и минимальную производительности при неизменной температуре;

  9. проверить экспериментально режимы резания, обеспечивающие максимальную и минимальную производительности при постоянной температуре процесса резания;

  10. проанализировать экспериментальные данные;

  11. составить отчет.


4. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ
При выполнении лабораторной работы наряду с общими требованиями, изложенными в инструкции, необходимо:

1) при обработке заготовки находиться вне плоскости вращения и на расстоянии от зоны резания не менее 1 м;

2) не допускать удаление стружки от резца при вращении заготовки;

3) заготовку снимать со станка после ее достаточного охлаждения.


  1. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА


Отчет должен содержать разделы, расположенные в следующей последовательности:

  1. Цель работы;

  2. Объем исследования (схема опытов и их условия, тип станка, гальванометра, измерительного инструмента, сведения о заготовке и ее размерах, о резце и его геометрических параметрах);

  3. Результаты исследования: графики ? = f(?), ? = f(S), ? = f(t), формулы, данные о проверке режимов, обеспечивающих максимальную и минимальную производительности при постоянной температуре;

  4. Выводы.


БИБЛИОГРАФИЧЕКИЙ СПИСОК:


  1. А. М. Вульф «Резание металлов», Изд. 2-е. Л., «Машиностроение», 1973. 496 с.

  2. В. А. Аршинов, Г. А. Алексеев «Резание металлов и режущий инструмент», Изд-во «Машиностроение», Москва, 1968 г.

  3. Синипальников В. А., Григорьев С. И. «Надежность и диагностика технологической системы». Учебник – М.: ИЦМГТУ «Станкин», Янус-К, 2003, - 331 с.

  4. Влияние режимов резания на температуру при точении: Метод. указ./Сост. А. И. Косенко; НПИ, В. Новгород, 1990, 7 с.

  5. Коженкова Т. И., Фельдштейн Е. Э. «Лабораторные работы по резанию металлов». – Мн., 1985. – 176 с.




Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации