Электронная библиотека

УНИВЕРСИТЕТ: Донецкий национальный технический университет

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ: Технология машиностроения

НАЗВАНИЕ СТАТЬИ: УСТАНОВКА ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ КИНЕМАТИЧЕСКОГО КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУЖКИ

АВТОР: Нечепаев В. Г., Гнитько А. Н.

РУКОВОДИТЕЛЬ: Нечепаев В. Г.

СДЕЛАНО: Донецк 2002

E-MAIL: gnitko@ukrtop.com

The analysis of existing trial types for research of a kinematic friction coefficient is executed. The installation for definition of a kinematic friction coefficient for a metallical swaft of different phylums is designed.

Для осуществления высокопроизводительной и точной обработки заготовок в условиях автоматизированного производства необходимым условием является своевременная эвакуация стружки из зоны резания. Невыполнение этого условия определяет ограничения производительности и точности обработки.

Значительную актуальность имеет вопрос эвакуации стружки при фрезеровании пазов, фигурных лабиринтов и т.д. Так как отделенная стружка может иметь твердость, значительно большую по сравнению с твердостью обрабатываемого материала вследствие наклепа и закаливания, то при попадании ее в зону резания имеет место аварийный износ и разрушение режущих кромок лезвий фрезы. Это приводит к снижению ресурса инструмента, точности обработки, повышению шероховатости и увеличению затрат энергии. Решение проблемы обеспечивается своевременной эвакуацией стружки из зоны резания.

Предлагается способ эвакуации стружки напорными струями СОТС, который достаточно эффективен в отношении экономических, энергетических и эксплуатационных показателей.

Использование высоконапорных струй СОТС для эвакуации стружки рассмотрим на примере фрезерования Т-образных пазов. Плотность стальной металлической стружки в зависимости от ее типа изменяется в диапазоне 0,15-0,60 т/м3, плотность чугунной стружки 1-2 т/м3. Необходимое давление струи на преграду в виде насыпного массива стружки можно определить из выражения

(1)

где - сумма сил, препятствующих перемещению стружки в пазу; - площадь поперечного сечения паза.

(2)

где - соответственно нижняя, боковая и верхняя составляющие силы сопротивления перемещению стружки в пазу.

(3)

где - диаметр фрезы; - высота фрезы.

В уравнениях для определения нижней, боковых и верхней составляющих силы сопротивления перемещению стружки вдоль паза присутствует коэффициент трения. Он имеет существенное значение при расчете параметров струеформирующих механизмов, зависит от наличия и типа СОТС.

Кинематический коэффициент может быть представлен в виде [1]

(4)

где - коэффициент трения скольжения;- параметр шероховатости; - скорость скольжения; - нагрузка в зоне контакта;

Каждая из составляющих в разной степени влияет на значение коэффициента трения. Наибольшее влияние оказывает параметр шероховатости, меньшее – нормальная составляющая силы давления и наименьшее – скорость перемещения материала.

.

Рис.1 Схема установки образцов на машине трения (по А.Г. Суслову): 1- индентор; 2 - образец

Для установления зависимости между этими параметрами Сусловым А.Г. [1] были проведены экспериментальные исследования влияния шероховатости на процесс граничного трения при различных скоростях трения и нагрузках. Исследования проводили на специальной машине трения по схеме шаровой индентор–плоский образец (рис.1). Такая схема нагружения позволяет исключить влияния волнистости и макроотклонения на процесс трения

При проведении исследований осуществлялось бесступенчатое изменение нагрузки и скорости скольжения. Шаровые инденторы (d = 15,8 мм) и образцы были изготовлены из прототипа стали ШХ15, термообработанной до HRC 60-62. Поверхность шаровых инденторов была доведена до Rz = 0,08 мкм. Поверхности трения образцов обрабатывали шлифованием или полированием с разными параметрами шероховатости. Эксперименты на трение проводили с непрерывной подачей парафинного масла (вязкость h = 2Ч 10-3 НЧ с/м2 при 37 ° С) в зону трения при фиксированных скоростях (v = 0,3; 0,8; 1,2; 1,5 м/с) и плавно изменяющейся нагрузки от 0 до 500 Н, со скоростью изменения dN/dt = 84 Н/мин.

В результате эксперимента получена зависимость для трения скольжения пары сталь - сталь имеет вид

. (5)

Анализ полученных результатов показывает, что шероховатость поверхности трения оказывает значительное влияние на коэффициент трения. Так, изменение шероховатости в 30 раз приводит к изменению коэффициента трения в 2 раза, в то же время изменение условий трения в 100 раз приводит к изменению коэффициента трения в 1,6 раза. Причем наибольшее влияние на процесс трения шероховатость оказывает при больших скоростях и малых нагрузках. Уменьшение шероховатости во всем диапазоне изменения скорости скольжения и нагрузки приводит к снижению коэффициента трения.


Однако возможности такой установки достаточно ограничены – она предназначена для решения конкретных локальных задач. Поэтому для определения зависимости коэффициента трения от параметра шероховатости, нагрузки в зоне контакта и скорости скольжения при транспортировании стружки напорной струей СОТС, т.е. для пары стружка – сталь, схема проведения эксперимента и самой установки должны быть изменены (см. рис.2).

На токарном станке 1 изменяется частота вращения патрона 2 (n=var) с закрепленным в нем барабаном 3. На барабан наматывается трос 4, соединенный с ящиком 8, в котором находится стружка 14. Ящик имеет боковые стенки, и не имеет дна и крышки. Он прижимается плитой 9 с грузом 10 (P=var).

При вращении патрона трос наматывается на барабан и перемещает ящик 8 по сменной плите 7 (закрепленной на опорной плите 6), значение тяговой силы измеряется тензометрическим динамометром 5. От тензометрического динамометра сигнал передается на тензоусилитель 11, затем на осциллограф 12 для документирования результатов эксперимента, а также одновременно на ЭВМ 13 для обработки.

Рис. 2 Схема установки для проведения экспериментальных исследований: 1 - токарный станок; 2 - патрон; 3 - барабан; 4 - трос; 5 - тензометрический динамометр; 6 - опорная плита; 7 - сменная плита (Ra=var); 8 - ящик; 9 - прижимная плита; 10 - груз (P=var); 11 - тензоусилитель; 12 - осциллограф; 13 - ЭВМ; 14 - стружка различных типов

Проведение эксперимента на представленной установке позволит установить зависимость коэффициента трения от параметра шероховатости, нагрузки в зоне контакта и скорости скольжения при транспортировании стружки напорной струей СОТС в виде (4) и (5). Полученные зависимости будут использованы для оптимального проектирования напорных установок удаления стружки.

При проведении экспериментальных исследований варьированию подвергаются:

Список литературы: 1. Суслов А.Г. Технологическое обеспечение параметров состояния поверхностного слоя деталей.- М: Машиностроение, 1987. – 208 с.