CC BY
69
УДК 681.3.06
А. В. Кулешова, студент, (4872) 35-18-87, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ НА ТОЧНОСТЬ ОБРАБОТКИ
Рассматриваются основные причины возникновения тепловых полей в элементах механической системы резания. Представлены основные математические зависимости, описывающие процесс распространения теплоты в элементах механической системы резания. Рассматриваются методы для определения тепловых полей в механической систем резания. Даетсяих краткая характеристика.
Ключевые слова: температурная деформация, точность обработки, зона резания, станочное оборудование.
Задача совершенствования технологических процессов в машиностроении вызывает необходимость изучения тепловых явлений, которые возникают при механической обработке деталей. Повышение прочности и вязкости конструкционных материалов, а также интенсификация режимов обработки приводя к тому, что температура в системе СПИД становится одним из важных факторов, которые ограничивают производительность и оказывают существенное влияние на качество и точность изделия.
Суть процессов, происходящих в зоне механической обработки детали, очень сложна.
Прежде всего потому, что происходит превращение одних видов энергии в другие (механической в потенциальную энергию кристаллической решетки и тепловую вследствие наличия трения).
Кроме того, слишком большое количество факторов оказывает влияние на результирующую картину (теплофизические свойства материала заготовки и инструмента, параметры механической обработки (скорость, подача, глубина и др.), состояние материала в поверхностном слое заготовки, наличие или отсутствие влияния технологических сред или других источников воздействия на зону механической обработки).
В системе СПИД в процессе резания появляются ТП (тепловые поля), которые вызывают ТД (температурные деформации) деталей и узлов системы. ТП, возникающие при обработке детали резанием сгруппированы в двух основных блоках: ТП в зоне резания и ТП в деталях и узлах станка. В каждом из блоков возникновения ТП происходит перераспределение тепла между зонами его возникновения. ТП в зоне резания перераспределяются между стружкой, обрабатываемой заготовкой, инструментом и окружающей средой. ТП в деталях и узах станка перераспределяются между ними, зоной резания и окружающей средой согласно схеме (рис.1). ТП зоны резания и узлов станка пересекаются между собой только через механизм зажима заготовки. Все тепло как из зоны резания, так и с деталей и узлов станка поступает в окружающую среду. Между тем ТД узлов станка
и ТД составляющих зоны резания совместно влияют на точностные и качественные показатели обрабатываемой заготовки.
Математическая модель определения ТП составляющих элементов зоны резания рассматривается как решение сопряженной (общей) задачи теплопроводности для резца, заготовки и стружки в двухмерной стационарной постановке [1,2] с учетом охлаждения. В соответствии с представлениями, развитыми в [3], разработана математическая модель расчета ТП в процессе обработки заготовки.
Рис. 1. ТП в системе СПИД
Для расчета температуры, возникающей в заготовке, инструменте и стружке, необходимо схематизировать их и установить расположение источников и стоков теплоты относительно каждого из них. Для этого рассмотрим схему, в которой заготовка, резец и стружка условно раздвинуты, что улучшает обзор действующих на них источников и стоков теплоты в соответствии с рис. 2.
На основе схематизации процесса и источников сконструированы расчетные формулы для определения температурных полей в стружке, заготовке и инструменте. Температурное поле в стружке может быть описано выражением
• л (ху )= (1 + с )• • - (ху )-• рП (х,у).
Здесь Хи У — координаты точки в системе координат, движущейся относительно стружки со скоростью схода последней; и 0^ (х,у) — повышения температуры, вызванные соответственно теплотой деформации и теплотой трения надрезцовой стороны стружки; 0рС (х,у) — снижение
температуры, возникающее как результат теплообмена резца со стружкой.
Рис. 2. Расчетная схема (резец, стружка и заготовка раздвинуты)
В формулу входит также коэффициент с, учитывающий подогрев поверхностных слоев материала, из которых образуется стружка. В зависимости от размеров изделия, частоты его вращения и свойств обрабатываемого материала слой материала, из которого в данный момент формируется стружка, сохранит ту пли иную часть теплоты, попавшей в изделие во время предыдущих его оборотов.
Библиографический список
1. Даниелян А. М. Теплота и износ инструментов в процессе резания металлов. М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1954. 276 с.
2. Резников А. Н. Теплофизика процессов механической обработки материалов. М.: Машиностроение, 1981. 279 с.
3. Дунин-Барковский И. В., Карташова А. Н. Измерения и анализ шероховатости, волнистости и некруглости поверхности. М.: Машиностроение, 1978. 232 с.
A. Kuleshova
Influence thermal strains on precision of machining
The methods for heat fields location into machinery is described.
Получено 12.11.2009
УДК 621.9
В. С. Сальников, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-18-87, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
О. А Ерзин, канд. техн. наук, ассистент, (4872) 35-18-87 (Россия, Тула, ТулГУ),
В. Г. Шадский, аспирант, (4872) 35-18-87 (Россия, Тула, ТулГУ) ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ
Показано, что при частоте образования сегментов стружки, соответствующей частоте образования мгновенных плоскостей сдвига, близкой к собственной частоте резца однозначно определяется фазовый сдвиг, вносимый им в контролируемый процесс.
Ключевые слова: полезный сигнал, сила резания.
Для управления процессом разрушения импульсами электрического тока необходимо получить достоверную информацию о характере упруго-пластического деформирования материала в зоне резания. Как было показано выше, резание сопровождается процессами, которыш приводят к возникновению циклически изменяющихся условий деформирования, релаксацией напряжений [2, 3, 4]. Безусловно, внешним проявлением этого явления вьы ступает изменение сил резания, а следовательно, упругих колебаний режущей кромки резца. Они являются наиболее информативны! сигналом о состоянии упругопластического деформирования материала в зоне резания [5, 6]. Для этого необходимо построить соответствующий канал преобразования возмущений на резец, вывванныгс релаксационныши процессами в зоне резания, в сигнал с датчика измерений, и оптимизировать ее в смыюле минимума искажений. При этом критерием оптимальности является мера сигнала при его прохождении через измерительную систему [5, 6].
Например, при отработке релаксационные возмущений, действующих на резец, допустимо воспроизведение параметров колебаний на выгсо-де с вибродатчика с некоторым заранее известныш постоянныш запаздыва-
