CC BY
40
M. Ushakov, S. Ilyhin, I. Vorobjov
Definition of theoretical value of the corner of shift from conditions of the exit of lines of sliding on the free surface of the processed product
The influences of an angle of emergence of lines of sliding to a free surface of a processed material on size of a corner of shift is considered. Results of calculations are presented.
Key words: shift corner, sliding line, cutting
Получено 02.11.10
УДК 621.9
M.B. Ушаков, д-р техн. наук, проф.,
С.Ю. Илюхин, д-р техн. наук, доц.,
И.А. Воробьев, канд. техн. наук, ассист., (4872) 33-25-38, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
УЧЕТ ВЛИЯНИЯ СКОРОСТИ ДЕФОРМАЦИИ И ТЕМПЕРАТУРЫ НА ПРОЦЕССЫ, ПРОИСХОДЯЩИЕ В ЗОНЕ ПЕРВИЧНОЙ ДЕФОРМАЦИИ ПРИ РЕЗАНИИ МЕТАЛЛОВ
Приводится методика учета влияния скорости деформации и температуры на физико-механические свойства обрабатываемого материала при резании.
Ключевые слова: температура, скорость деформации, резание.
Процессы, происходящие в зоне первичной деформации при резании металлов, в значительной степени зависят от скорости резания, которая обуславливает величину температуры в зоне резания и скорость деформации. Учет этих параметров позволяет уточнить параметры математической модели, определяющей фпзнко-механические свойства
Влияние нароста на параметры процессарезания: а - фотография корня стружки с наростом; б - изменениераспределения составляющих силы резания
при наличии нароста
В процессе механической обработки при превышении скорости 1...4 м/мин [4] наблюдается налипание обрабатываемого металла вблизи вершины режущего клина на переднюю поверхность инструмента - образование нароста (см. рисунок). Нарост изменяет рабочие геометрические параметры режущего клина и условия удаления срезаемого слоя, а также распределение составляющих силы резания в поперечном сечении.
При скорости резания ниже 50.60 м/мин температура в зонах первичной и вторичной деформации в большинстве случаев не превышает 300.400 °С [1, 2], что согласно [3, 4] не изменяет физико-механических характеристик обрабатываемого материала. В этом случае возникновение нароста можно связать только со скоростью деформации [1].
Диаграммы упрочнения, представленные в справочной литературе, характерны для показателей испытаний материалов на получение физикомеханических характеристик: температура ¿а = 20 °С, скорость деформа—2 —1
ции ёст < 10 с и не учитывают температурных и скоростных изменений физико-механических характеристик.
В работе [3] сопротивление металла деформированию выражается зависимостью
г . \т
(1)
®и ®ст
®ст Ке
где аи - интенсивность напряжений; аст - сопротивление деформированию при е = ест; е - текущая скорость деформации; Ке - скоростной коэффициент.
Значение параметра т дано в [3] в табличной форме (табл. 1)
Таблица 1
Значения параметра т для конструкционных сталей в зависимости от температуры в зоне деформации
ґ °С 20 °С 0,3ґпл 0,5іт 0,7ґпл ґпл
т 0,019 0,04 0,0697 0,1078 0,18
ґ пл - температура плавления обрабатываемого материала
Данные значения хорошо аппроксимируются линейной зависимо-
стью
т = 0,162 • — + 0,02214
^пл
(2)
с коэффициентом корреляции 0,945.
В этом случае наиболее рационально представить кривую упрочнения в форме
*и = А 1пи (еи +1) • Кё. (3)
Влияние скорости деформации на физико-механические характеристики сталей весьма значительно. Так даже при скорости резания
V = 4 м/мин (66,7 мм/с) ориентировочное значение скорости деформации при толщине срезаемого слоя а = 0,2 мм составит при переднем угле у = 0 и достижении интенсивности деформации еи = 1,4
1,4 • 66,7 _1
е =--= 93,4с . (4)
5 • 0,2
Это дает дополнительное повышение интенсивности напряжений <зи в зоне плоскости сдвига в пределах коэффициента К^, максимальное значение которого может быть определено как
К =
Є
V ест у
А 93,4 Л
10_2у
Ґпл -1,52, (5)
где ґ - предельное значение температуры в зоне первичной деформации, т. е. при оценке условий деформации в зоне резания при высоких скоростях резания необходимо учитывать скорость деформации.
При нагреве обрабатываемого материала свыше 400 °С, что соответствует скорости резания V> 40.50 м/мин [1], резко меняются его физико-механические характеристики. Учет данных изменений рекомендуется введением в функцию упрочнения [3] температурного коэффициента К,
Ъи = А ■ 1п ” (еи, +1)-к, , (6)
где К, = е~ т <'),
ґ - температура в зоне первичной деформации, °С.
Значение параметра т1 с достаточной степенью точности представлены в табл. 2 [3].
Таблица 2
Величина температурного параметра ті
Материал т1
Чистые металлы 0,008
Одно- и многофазные системы 0,0085
Твердые растворы 0,008.0,012
Согласно [5] основными источниками тепла в зоне резания являются процессы деформации металла и трения стружки о переднюю поверхность инструмента. В то же время, учитывая, что тепло с передней поверхности распространяется через стружку, которая в большинстве процессов резания перемещается со значительной скоростью, в [6] была сделана по-
пытка определить температуру в зоне первичной деформации, образуемую передачей тепла с передней поверхности инструмента. Решение уравнения теплового баланса с учетом скорости распространения теплового потока и теплопроводности обрабатываемого материала показало, что при скорости резания 60 м/мин для стали 20Х при условно-мгновенном нагреве металла на передней поверхности инструмента до 1 = 600 °С через одну секунду на расстоянии в 1 мм температура не превысит 25 °С. Следовательно температура нагрева металла в первичной зоне будет формироваться в основном работой деформации металла.
Если условно принять [3], что выделившееся при деформировании тепло составляет 85 % от работы деформации, и учитывать вышеуказанную недостаточную теплопроводность металла при резании, то можно считать, что в зоне первичной деформации образуемое тепло определяет температуру в каждой точке, которая может быть определена по уравнению теплового баланса [3]:
N
0,85 • = 0,85дА = р- ф - 20° С ^, (7)
/=1
где дА - работа деформации, совершаемая на единичном элементе деформируемого при резании слоя дV.
Согласно [3] работу деформации можно определить по зависимости:
дА1 =°и1 ■ еи1^’ (8)
где еи - интенсивность деформаций соответствующая сдвигу; аи - интенсивность напряжений, соответствующая сдвигу.
Задав соотношение между аш- и еш- зависимостью (3), можно за счет подбора значения температуры , добиться равенства соотношения
0,85 А 1пп (е„,+1). е„К, =ре( - 20°С), (9)
Таким образом, при учете влияния температурного и скоростного факторов на условие деформации металла в первичной зоне резания можно использовать зависимость:
аи = А 1пп (еи +1) • К, • Кё. (10)
Представленные аналитические зависимости позволяют при создании моделей процессов, применяемых для описания процессов резания, определить влияние этих факторов.
Список литературы
1. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. М.:Маши-ностроение, 1975. 344 с.
2. Зорев Н. Н. Вопросы механики процесса резания металлов. М.:Машгиз, 1956. 367 с.
3. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. М.:Машиностроение, 1977. 423 с.
4. Третьяков А.В. Механические свойства металлов и сплавов при обработке давлением. М.: Металлургия, 1973. 224 с.
5. Резников Н.И. Обработка резанием жаропрочных, высокопрочных и титановых сплавов. М.: Машиностроение, 1972. 200 с.
6. Чесноков С.А. Моделирование теплофизических процессов. Тула: Изд-во ТулГУ, 2001. 200 с.
M. Ushakov, S. Ilyhin, I. Vorobjov
The account of influence of speed of deformation and temperature on the processes occurring in the zone of primary deformation at cutting of metals
In article the technique of the account of influence of speed of deformation and temperature on physicomechanical properties of a processed material is resulted at cutting.
Key words: temperature, speed of deformation, cutting.
Получено 02.11.10
УДК 621.99
Д.Ю. Солянкин, асп., (4872) 33-23-10, [email protected],
А.С. Ямников, д-р техн. наук, проф., (4872) 33-23-10, yamnikovas @mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
ФРЕЗЕРОВАНИЕ РЕЗЬБ ВИНТОВОЙ ФРЕЗОЙ С РАДИАЛЬНОЙ ПОДАЧЕЙ
Описана кинематика потенциально высокопроизводительного процесса резъ-бонарезания при согласованном вращении винтовой (червячной) фрезы и заготовки. Отмечается, что изменение направления подачи с осевого на радиальное существенно сокращает путь резания и создает предпосылки для повышения производительности процесса.
Ключевые слова: кинематика, согласованное вращение, винтовая фреза.
Способ нарезания резьбы винтовым инструментом при одновременном согласованном вращении инструмента и заготовки был описан в 1941 г. Скухторовым С.И. и Хлуновым В.Н. [1]. Грановский Г.И. в 1948 г. оценил этот способ как малоперспективный [2]. Однако в последующих публикациях [3-5] уже отмечается возможность применения подобных схем нарезания резьбы как потенциально производительных.
Вороновым В.Н. [6,7] показано, что для нарезания мелких резьб большого диаметра фрезоточение оказывается самым производительным способом нарезания.
Пытаясь классифицировать возможные способы обработки резьб винтовыми инструментами, Воронов В.Н. составил морфологическую таблицу из 15 возможных сочетаний движений инструмента и заготовки. Од-
93
