3. Мощность, затрачиваемая на резание

3. Мощность, затрачиваемая на резание

Мощность складывается из составляющих мощностей на преодоление соответствующих сил.

N _РЕЗ. = N_Рz + N_Рy + N_Рx

Мощность, характеризуется работой совершаемой в единицу времени или силой, действующей при определённой скорости.

N _РЕЗ. =( P_Z· V / 60· 1020) + (P_X · S_М /60· 1020 ·1000) +( P_y · V/ 60· 1020); кВт.

При продольном точении никаких перемещений в направлении действия силы P_y или обратному этому направлению нет, т. е. V_Y = 0, следовательно, равно нулю всё слагаемое.

Второе слагаемое, представляющее собой мощность, затрачиваемую на движение подачи, мало ( 1-2% от N _РЕЗ. ) и им можно пренебречь. Тогда

N _РЕЗ = P_Z· V / 60· 1020 кВт.

 

4. Влияние различных факторов на силы P_Z, P_y, P_X

На силы сопротивления резанию P_Z, P_y, P_X влияют в основном следующие факторы:

1. Обрабатываемый материал.

2. Режимы резания.

3. Геометрические параметры.

4. Использование СОЖ

5. Износ режущего инструмента.

Влияние обрабатываемого материала. Чем больше придел прочности σ _В и твёрдость НВ обрабатываемого металла, тем больше силы сопротивления резанию P_Z, P_y, P_X. Приняв условно за единицу силу при обработке незакалённой

стали с σ _В = 750 МПа, можно получить поправочные коэффициенты К_М для сталей с другим значением σ _В: К_М = (σ _В / 750)^{0, 35}.

Тогда зная силу P_Z для σ _В = 750 МПа, легко определить силу P_Z для любого другого значения σ _В:               P_Z = P_Z · К_М Н.

Влияние глубины резания и подачи. Чем больше глубина резания и подача, тем больше площадь поперечного сечения среза и объём деформируемого металла, тем, следовательно, больше сопротивление металла стружкообразованию, и процесс резания будет протекать с большими силами P_Z, P_y, P_X.

Влияние геометрических параметров. Чем меньше передний угол γ, тем тяжелее резцу врезаться в обрабатываемую заготовку, больше деформация срезаемого слоя при превращении его в стружку, тем больше будут силы сопротивления резанию P_Z, P_y, P_X. При увеличении переднего угла γ  и увеличении скорости резания возрастание сил сопротивления резанию уменьшается.

Главный угол в плане φ, с его увеличением сила резания Р_Z  уменьшается. Это уменьшение идёт резко в диапазоне углов φ = 30÷ 75⁰. На участке, где φ =75÷ 90⁰, сила P_Z остаётся практически постоянной, т. к. увеличение толщины среза с увеличением угла φ в этом диапазоне незначительно.

Влияние смазывающе-охлаждающей жидкости (СОЖ). СОЖ, применяемые при резании металлов, оказывают влияние на понижение температуры резания, на уменьшение трения, облегчение процесса стружкообразования и, следовательно, на уменьшение сил, действующих на резец.

Влияние износа резца. В процессе резания износ резца происходит по задней и передней поверхностям. Но наиболее характерным и чаще всего лимитирующим является износ по задней поверхности, характеризуемый высотой площадки, которая имеет задний угол, равный 0⁰. Чем больше эта площадка в результате износа, тем больше трение резца о заготовку, тем больше силы резания.

5. Формулы для подсчёта сил PZ, Py, PX при точении

При практических расчётах наибольшее применение имеют следующие формулы:

P_Z = 10 ·C_Рz· t^X· S^Y · Vⁿ · К_Рz. Н;

 

P_Y = 10 ·C_Рy· t^X· S^Y · Vⁿ · К_Рy. Н;

 

P_X = 10 ·C_Рx· t^X· S^Y · Vⁿ · К_Рx. Н;

где C_Рz, C_Рy  , C_Рx  - коэффициенты, характеризующие обрабатываемый металл и условия его обработки;

             x, Y, n - показатели степеней при глубине резания,

             подаче и скорости резания;

             К_Рz  К_Рy К_Рx - общие поправочные коэффициенты, учитывающие конкретные условия обработки;

 

Тема 3. 5. Тепловыделение при резании металлов

1. Источник образования тепла при точении и его распределение

В процессе резания металлов в результате затраченной работы возникает тепло. Основными источниками тепла при резании пластичных металлов является работа:

1. работа, затрачиваемая на пластические деформации в срезаемом слое и в слоях, прилегающих к обработанной поверхности и поверхности резания;

2. работа, затрачиваемая на преодоление трения по передней и задней поверхностям резца.

В зависимости от условий обработки основным источником тепла может быть та или другая из указанных причин.

Предполагая, что вся механическая работа резания полностью переходит в теплоту, можно рассчитать общее количества тепла, образующиеся при резании металлов:

        Q = P_Z∙ V/ Е кал/мин,

где   P_Z∙ V – работа резания в кг∙ м/мин;

         Е = 427 кг∙ м/кал – механический эквивалент теплоты;

Тепло, выделяющееся в процессе резания, распространяется от точек с высокой 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, образующееся при резании;

  Q₁ = 50 – 86% - количество тепла уносимое со стружкой;

  Q₂ = 40 – 10% - количество тепла, остающееся в резце;

  Q₃ = 9 – 3% - количество тепла, остающееся в обрабатываемой заготовке;

  Q₄ = 1% - количество тепла, удящего в окружающую среду;   

Необходимо знать, что как в стружке, так и в резце теплота распределяется не равномерно, что вызывает и неравномерную температуру их нагрева.

В слоях расположенных ближе к передней поверхности резца, температура стружки будет выше, чем в слоях удалённых от передней поверхности. У резца наивысшая температура будет в граничных слоях площадок контакта со стружкой и обрабатываемой заготовкой. Температура отдалённых мест от точек контакта, определяется явлениями теплопроводности. Тепло, переходящее в резец, делает его менее износостойким.

Тепло, выделяясь в зоне стружкообразования и в местах контакта стружки с резцом и резца с заготовкой, 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 и распределение температурных полей.

На температуру резания при точении оказывают влияние следующие факторы:

1. обрабатываемый металл;

2. элементы режима резания ( скорость, подача, глубина резания);

3. геометрические параметры режущей части резца;

4. размеры сечения державки резца;

5. смазывающе-охлаждающая жидкость. (СОЖ)

Обрабатываемый металл. Большое влияние на температуру резания оказывают физико-механические свойства обрабатываемого металла. Чем выше твёрдость и прочность металла заготовки, тем большие силы сопротивления необходимо преодолеть, тем большую работу надо затратить на процесс резания, тем больше, следовательно, выделится тепла и выше будет температура резания. Кроме того, при обработке твёрдых сталей, стружка соприкасается с передней поверхностью резца на меньшей площади, чем при резании мягких сталей, а это повышает давление на единицу поверхности контакта и 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 теплоёмкость обрабатываемого металла, тем интенсивнее отвод тепла от мест его выделения в толщу стружки и в обрабатываемую заготовку, тем меньше будет температура резания.

 

Элементы режима резания.   С увеличением скорости резания (υ ) уменьшаются силы резания, но в значительно меньшей степени, чем увеличивается скорость. Так, например, при увеличении скорости резания в 5 раз сила P_Z уменьшается только в 1, 27 раза. Поэтому из формулы Q = P_Z∙ V/ Е кал/мин следует, что с увеличением скорости резания количества тепла будет выделяться больше, что может быть выражено следующим уравнением:    

  Т = C₁• V^Z;

  где С₁ – коэффициент, зависящий от условий обработки (обрабатываемого металла, глубины резания, подачи, геометрических параметров режущей части, СОЖ )

 Z – показатель степени, характеризующий прирост температуры с увеличением скорости резания.

Экспериментальные данные показывают, что Z < 1 (Z =0, 22 – 0, 72)

Так при обработке стали 38ХС, V =150м/мин (2. 5м/сек) и инструментальном материале Т14К8 за 10 мин работы выделится следующее количества тепла:

     С₁ = 420 • К_М • К_И;

     К_М = Кr( 750/ 800)¹ = 0. 8 • 0. 94¹ = 0. 75 ( СТМ, том 2, с. 262, табл. 1, 2. )

     К_И = 0. 8 ( СТМ, том2, с. 263, табл. 6 )

      С₁ = 420 • 0. 75 • 0. 8 = 252; Т = 252 • 150^{0. 22} = 758. 5 ⁰С

 Увеличение подачи не приводит к интенсивному повышению температуры           

Т = C₂• V^X; X = 0, 13 – 0, 4

Ещё меньшее влияние на температуру резания оказывает увеличении глубины резания (t ), т. к. с увеличением глубины резания, увеличивается длина контакта режущей кромки с заготовкой, а это ведёт к улучшению теплоотвода в тело резца.

Т = C₃• V^Y; Y = 0. 1

Геометрические элементы резца. Наибольшее влияние на температурурезания оказываетпередний угол γ или угол резания δ. Эти углы оказывают сложное влияние на температуру резания, т. к. при уменьшении переднего угла γ

 ( увеличении угла резания δ ) увеличиваются деформации и работа резания, приводящие к увеличению тепловыделения, с другой стороны, увеличении угла резания δ отодвигает центр давления стружки от режущей кромки резца, делает головку более массивной, что усиливает теплоотвод в тело резца, снижая температуру резания. Исследования показали, что при δ =65 –75⁰С, температура резания изменяется не значительно, а при δ =75 –85⁰С происходит повышение температуры резания, что объясняется превышением тепловыделения над теплоотводом.

Отрицательный передний угол по сравнению с положительным углом, вызывает большие деформации и приводит к большему тепловыделению в процессе резания. При работе резцом с передним углом γ = -10⁰ температура резания повышается примерно на 15% по сравнению с работой резцом, имеющим γ = +10⁰.

Влияние главного угла в плане заключается в следующем: при его увеличении стружка становится толще, что удаляет центр давления её от режущей кромки и одновременно увеличивается площадь соприкосновения стружки с резцом, а это способствует лучшему теплоотводу, как в толщу стружки, так и в тело резца. Но с другой стороны, с увеличением главного угла в плане уменьшается ширина стружки и длина активной части режущей кромки, что приводит к менее интенсивному теплоотводу в заготовку и в тело резца. Теплота концентрируется на меньшей ширине среза вблизи вершины резца, и температура резания повышается.

Смазывающе–охлаждающие жидкости (СОЖ) не только способствуют уменьшению тепловыделения (за счёт облегчения стружкообразования и уменьшения трения), но и поглощают, и отводят часть выделяемого тепла, снижая тем самым температуру резания. При этом чем выше теплоёмкость и теплопроводность СОЖ, тем выше эффект охлаждения. При достаточно обильном охлаждении сверху водные СОЖ, имеющие комнатную температуру (около 20⁰ С), снижают температуру резания на 100 – 150⁰ С. Снижение температуры СОЖ до 2⁰С позволяет понизить температуру резания в среднем на 220⁰С.   

⇐ Предыдущая14151617181920212223Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: