CC BY
27Решетневскце чтения
УДК 621.9
А. В. Майорова, И. В. Трифанов
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ТЕМПЕРАТУРЫ НА ПОВЕРХНОСТЯХ ИНСТРУМЕНТА И СТРУЖКИ ПРИ РОТАЦИОННОМ ТОЧЕНИИ ВИНТОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ МНОГОЛЕЗВИЙНЫМ ИНСТРУМЕНТОМ
Рассмотрена зависимость температуры в зоне резания от технологических факторов. Приведены результаты экспериментального исследования распределения температуры на поверхностях при ротационном точении винтовой поверхности.
Изучение тепловых явлений при резании металлов являлась предметом многих исследований, в результате которых накоплен значительный теоретический и экспериментальный материал, который является основой для решения проблемы управления тепловыми явлениями при резании металлов.
Для успешного воздействия на процесс резания важно знать не только количество теплоты, но и распределение ее, т. е. степень концентрации теплоты в различных участках изделия, стружки и резца. Большое количество теплоты концентрируется в определенных зонах, сильно повышая их температуру. Здесь неизбежны потеря резцом твердости и затупление его и, даже возможно, изменение структуры тончайшего слоя обработанной поверхности.
Многочисленные исследования зависимости температуры от различных факторов показывают, что температура в зоне резания зависит от физико-механических свойств обрабатываемого материала, режима резания, геометрии режущего инструмента и многих других условий [1]. Наибольшее влияние на температуру в зоне резания оказывает скорость резания, в меньшей степени влияет подача, а влияние глубины резания почти не обнаруживается. Из геометрических параметров режущей части инструмента наиболее сильно на температуру резания влияют передний угол, главный угол в плане и радиус закругления при вершине сопряжения главной и вспомогательной режущих кромок на вершине режущего лезвия инструмента.
Различными исследованиями предложен ряд аналитических и эмпирических формул для расчета температуры в зоне резания. Наиболее общими являются следующие формулы:
0 = С0- Гхв ■ 5у0 ■ V20, где 0 - температура в зоне резания, С°; I - глубина резания, мм; 5 - подача, м/мин; V - скорость резания, м/мин; С0 - константа, учитывающая условия резания; х0, у0, 20 - показатели степени, показывающие степень влияния каждого элемента режима резания на температуру в зоне резания.
Наиболее часто величина показателей степени для каждого из элементов режима резания находиться в пределах: х0 = 0,1-0,2 ; у0 = 0,2-0,25; 70 = 0,4-0,6 [2].
Это показывает, что наиболее сильно на температуру в зоне резания влияет скорость резания, слабее
влияет подача, а глубина резания не оказывает на нее существенного влияния. Это объясняется тем, что с увеличением глубины резания пропорционально ей увеличивается длина рабочего участка главной режущей кромки, и напряженность процесса резания не изменяется, остается прежней.
Анализ литературных источников показал, что отсутствуют работы по экспериментальному исследова -нию температуры в зоне резания при ротационном точении наружной винтовой поверхности (НВП) многолезвийным инструментом. Поэтому использовать приведенную формулу применительно к ротационному точению не представляется возможным. В связи эти возникла необходимость в проведении двух видов экспериментов:
- первая серия экспериментов состояла в оценке температуры на поверхностях инструмента и стружки бесконтактным методом с помощью тепловизора Ио^М;
- вторая серия экспериментов заключалась в необходимости экспериментального исследования температуры в зоне резания по методу естественной термопары.
Эксперименты проводились на установке, созданной путем интеграции устройства для ротационного точения на бездифференциальной основе с токарно-винторезным станком 1М65. При этом использовался многолезвийный инструмент для ротационного точения НВП прямолинейного профиля, наклоненного под углом к оси детали.
Компьютерный анализ теплограмм, полученный при обработке НВП детали многолезвийным инструментом, показал, что температура на поверхности стружки в зоне резания составила 280-300 °С, температура режущего лезвия инструмента на выходе из зоны резания - 35-40 °С, на входе в зону резания -26-32 °С. При ротационном точении многолезвийным инструментом НВП детали температура на поверхности стружки в зоне резания и температура на поверхности режущих элементов инструмента на входе в зону резания и на выходе из нее не зависит от длинны обрабатываемой винтовой поверхности. Таким образом, результаты эксперимента показали, что при ротационном точении НВП деталей многолезвийным инструментом имеет место благоприятная температурная нагрузка на режущий элемент (РЭ). Это объ-
Перспективные материалы и технологии в аэрокосмической отрасли
ясняется нестационарностью теплообмена в зоне резания, частичной заменой трения скольжения между инструментом и материалом заготовки на трение качения, а также прерывностью работы РЭ благодаря многолезвийности инструмента. Этим подтверждается, что такие способы управления тепловыми явлениями при резании лезвийным инструментом, как регулирование длительности контакта РЭ инструмента с обрабатываемым материалом и ротационный способ обработки реализуется при ротационном точении НВП деталей многолезвийным инструментом.
В то же время фасонными резцами эти способы управления тепловыми явлениями в зоне резания реализовать не представляется возможным.
Библиографические ссылки
1. Резников А. Н., Резников Л. А. Тепловые процессы в технологических системах. М. : Машиностроение. 1990. 288 с.
2. Петрушин С. И. Основы формообразования ре-заньем лезвийными инструментами. Томск : Том. гос. ун-т, 2003. 172 с.
A. V. Mayorova, I. V. Trifanov Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk
EXPERIMENTAL EVALUATION OF THE TEMPERATURE ON THE SURFACE OF THE TOOL AND CHIPS WHEN TURNING ROTARY SCREW SURFACE THE MULTIPLE TOOL
The dependence of the temperature in the cutting zone of the technological factors. The results of experimental studies of the temperature distribution on the surface with a rotary screw turning surface.
© Майорова А. В., Трифанов И. В., 2012
УДК 621.9.06: 534.01
Ю. В. Метелкин, К. Е. Жилина, Д. В. Латюк, И. А. Литвинов, Ю. А. Филиппов
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск
ОСОБЕННОСТИ ВАРИАЦИИ ДЕМПФИРУЮЩИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛА ПРИ УГЛОВЫХ КОЛЕБАНИЯХ РОТОРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ МАШИНЫ
Предоставлены результаты исследования сопротивляемости материалов в процессе фрезерования легированных сталей с целью повышения эффективности производства.
В последние годы в производстве изделий авиационно-космической техники активно внедряется высокая технология, в которой особое место занимает операция фрезерования корпусов, сопровождаемая вибрацией, снижающей качество, точность и производительность обработки. Для анализа динамики процесса запишем уравнение углового движения упругой системы шпинделя в виде
1д" + р-д' + кд = М^ш ю/, где I - момент инерции, в = 2,52 • 103-Мю2 - коэффициент сопротивления, N - мощность станка в кВт, ю -угловая скорость, к - собственная частота, М - момент нагрузки.
Изменение функции сопротивления вариации угловой скорости шпинделя фрезерного станка при обработке конструкционных легированных сталей представлено в виде образно-знаковой модели (см. рисунок).
При увеличении угловой скорости с 104,7 с-1 до 209,4 с-1 коэффициент сопротивления уменьшается в 5 раз. Следовательно, с увеличением частоты вращения шпинделя коэффициент сопротивления уменьшается.
5
О ---
0 100 200 300 400 500
-1
СО, с
График вариации коэффициента сопротивления в: 1 - мощность 20 кВт, 2 - мощность 10 кВт
Функция коэффициента демпфирования £ = в/1 зависит от коэффициента сопротивления и момента инерции, поэтому при уменьшении сопротивления
