АВТОРЕФЕРАТ МАГИСТЕРСКОЙ ВЫПУСКНОЙ РАБОТЫ
ТЕМА:" Определение изменения температуры
резания вдоль режущик кромок сверла"
Донецк 2002
Руководитель работы: профессор д.т.н
Малышко И.А.
[Статьи] [Ссылки] [На главную страницу]
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ:
определение изменения передних и задних углов вдоль режущей кромки
сверла; Определение влияния главных геометрических параметров на изменеие главной
составляющей силы резания; Определение изменеия температуры вдоль режущей кромки сверла; Определение темпреатуры стружки в зоне резания; Определение темпреатуры стружки вдоль стружечной канавки сверла; Условия образования элементной стружки; Определение изменеия объема стружки в зависимости от температуры; Изучение условий пакетирования стружки;
Совершенствование технологических процессов в машиностроении вызывает необходимость
изучения тепловых яылений, возникающих при при механической обработке. Повышение
прочности, вязкости и некоторых других свойств конструкционных материалов, характерное для
элементов современных машин, интенсификация режимов обработки приводят к тому, что
температура процесса становиться одним из факторов, ограничивающих производительность операций
и оказывающих существенное влияние на качество и точность изделий. В связи с этим
возникает необходимость управления тепловыми явлениями при механической обработке материалов.
Такое управление особенно необходимо при автоматизированном производстве с целью поддержания стабильности
технологического процесса и обеспечения заданной точностиразмеров и формы изделий во времени.
Однако использование гибких автоматических линий и многооперационных станков не всегда обеспечивает
необходимую эффективность производства. Повысить эффективность автоматизированного производства можно за счет
концентрации операций и переходов. Конценрация операций усложняет оборудование, что уменьшает его надежност, но
при этом достигается максимальная эффективность производства.
Наиболее широким классом поверхностей, обрабатываемых на гибких автоматизированных линиях и многооперационных станках
являются отверстия, что составляют до 75% от всех обрабатываемых поверхностей на данном виде оборудования. Характерно, что
практически все ступенчатые отверстия и 90% цилинрических отверстий могут обрабатываться осевым или осевым
комбинированным инструментом.
Изучением распределения температуры на режущем инструменте занимались
Резников А.Н. и Силин С.С, но проблемами осевого инструмента отечественные
исследователи уделяли мало внимания. Следует отметить работу Юдковского П.А.,
в которой он смог определить влияние конструктивных параметров осевого инструмента
на температуру рабочих поверхностей инструмента.Весомый вклад в данную проблему внес
Малышко И.А., аналитически определивший влияние температуры резания на режущик кромках
осевого комбиниррованного инструмента.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
На основе анализа выполненных ранее работ определены следующие задачи исследований:
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ:
Практическая ценность данной работы заключается в том, что при характеристике процесса сверления обычн6о пользуются данными о температуре резания. Однако, когда речь идет о влиянии элементов сверла на темпреатуру, этих данных становится недостаточно, так как необходимо знать не среднее значение температуры, а характер ее расспеределения по режущим сверла. Определив участки с более высокой температурой, можно установить направление тепловых потоков, так как известно, что тепло перемещается к менее нагретым участкам. Зная распределение температуры в смстеме Деталь-Стружка-Сверло, мы сможем определить температуру сверла, и детали, и тем самым предупредить изменение размера детали в результате теплового нагрева. Таким образом изменяя геометрические параметры сверла, мы сможем управлять качеством обработанного отверстия, а также устранить такое явление, как пакетирование стружки.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ:
1. ОПЕРДЕЛЕНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПЕРЕДНЕГО УГЛА ВДОЛЬ РЕЖУЩЕЙ КРОМКИ СВЕРЛА
где
где
2. ОПЕРДЕЛЕНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ГЛАВНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ СИЛЫ РЕЗАНИЯ ВДОЛЬ РЕЖУЩЕЙ КРОМКИ СВЕРЛА
где
Толщину и ширину среза определим по следующим формулам [4]:
Таким образом,
Результаты расчетов занесем в таблицу
(табл.2)
Для определения суммарной силы
действующей вдоль режущей кромки, проинтегрируем силу Pz по
Разобьем диапазон интегрирования, т.е.
Таким образом, основное влияние на главную составляющую силы резания
оказывает передний угол. Увеличение переднего угла уменьшает силу
резания (см.рис.3). Из рисунка видно, что влияние переднего угла на
силу Pz особенно заметно при углах меньше 16°,дальнейшее увеличение угла
гамма практически не сказывается на изменении Pz. 3.ОПЕРДЕЛЕНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ РЕЗАНИЯ ВДОЛЬ РЕЖУЩЕЙ КРОМКИ СВЕРЛА
Для определения влияния элементов сверла на температуру надо
знать не среднее значение температуры, а характер распределения ее вдоль
режущей кромки. Для расчета температуры в любой точке тела в каждый момент
времени необходимо решать дифференциальное уравнение теплопроводности в
конкретных краевых условиях, при этом целесообразна схематизация процесса,
принимая следующие допущения:
Для определения скорости резания воспользуемся следующей формулой [5,c.276]:
где D-диаметр сверла, мм
Значение коэффициентов и показателей степени выбираем по источнику [5,с.276].
Число оборотов сверла будет равно соответственно:
Так как скорость резания вдоль режущей кромки будет изменяться,
то в любой точке режущей кромки сверла, скорость резания определим по формуле:
где n - число оборотов сверла, об/мин;
Для определения температуры на режущих кромках сверла,сперва определим
интенсивность тепловыделения. Особенностью процесса свер-ления является неодинаковое
тепловыделение в различных точках каждой из режущих кромок инструмента.
где v -скорость резания в м/мин;
Результаты расчета приведены в табл.2
Расчет температуры произведем по следующей формуле [6,c.166]:
где
Результаты расчета приведены в табл.2
По полученным данным построим график изменения температуры режущей кромки сверла (рис.2)
Максимальный нагрев отмечен на расстоянии 0.8-0.9 диаметра свер-ла от его оси. Затем темп роста температуры снижается.
Температура наиболее удаленной от оси точки контакта, как правило ниже максимальной.
Такое распределение температуры вдоль режущей кромки является результатом совместного
влияния подвода тепла к данной точке контакта инструмента с деталью и отвода его в массу детали.
В сечениях, расположен-ных близко к оси, темп снижения температуры по мере удаления точек от лезвия сверла заметно падает,
что объясняется неблагоприятными услови-ями образования стружки в области поперечной кромки, которое вызывает дополнительное
трение при заполнении стружечной канавки по мере удаления от режущей кромки.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК Юдковский П.А. Автоматизация производства и повышение качества
концевого режущего инструмента.- М.:Машиностроение,1980.-120с. Семенченко И.И. Проектирование металлорежущих инструментов.-М.
1963.-922с. Филоненко С.Н. Резание металлов.-М.:"Вища Школа",
1969.-253с. Бобров В.Ф. Основы резания металлов.-М.:Машиностроение,
1975.-330с. Справочник технолога машиностроителя.T.2/под.ред.
А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова.-М.,1985,496с. Резников А.Н. Теплофизика резания.-М.,1981.-279с. [Статьи]
[Ссылки]
[На главную страницу] Дата обновления 15.04.2002
Спиральное сверло является наиболее распространенным
режущим инструментом для сверления или рассверливания отверстий диаметром до 80 мм.
Сверла из быстрорежущей стали с коническим хвостовиком диа-метром от 6 до 60мм и с цилиндрическим
хвостовиком диаметром от 8 до 16мм должны быть изготовляют сварными, кроме сверл из шлифованной стали
диаметром менее 12 мм, которые могут быть цельными.
Сверло является многокромочным инструментом; в резании
участвуют две главные кромки, вспомогательные режущие кромки по ленточкам и поперечная кромка. Форма и положение передней
поверхности характеризуемое углом наклона винтовой канавки, влияют на характер образования и транспортирования стружки.
изменяется от 18° для диаметра 0.25-1.0 мм и до 33° для 44.5-80мм.
Линии пересечения передних и задних поверхностей
образу-ют режущие кромки с углом при вершине 2
, изменяемый в зависимости от обрабатываемого материала
2=116-120°(см.рис.1). Передний угол сверла является величиной переменной, зависящей от геометрических
параметров сверла. Наибольшее значение на периферии(35°), наименьшее - у оси(-23°).
Перспективные направления повышения качества инструмента можно определить лишь при условии установления аналитических
зависи-мостей между конструктивными параметрами инструмента и критериями, характеризующими его качество в процессе использования.
На качество сверла влияют его геометрические параметры. Изменяя какие-либо из них можно улучшить одни качества сверла, но в тоже
время ухудшить другие. Необходимо определить критерий, отражающий качество инструмента на всех этапах его производства.
За такой параметр принимают качество по-верхностного слоя инструмента. В процессе эксплуатации качество инст-румента остается
наиболее высоким при наличии оптимальной температу-ры резания. Зная изменения температуры от геометрических параметров
инструмента и его эксплуатации, можно совершенствовать конструкцию инструмента.
Для определения влияния элементов сверла на температуру надо знать не среднее значение температуры,
а характер распределения ее вдоль режу-щей кромки. Для расчета температуры в любой точке тела в
каждый мо-мент времени необходимо решать дифференциальное уравнение теплопроводности а конкретных
краевых условиях, при этом целесообразна схематизация процесса, принимая
следующие допущения:
основное тепловыделение происходит от источников,
расположенных на режущей лезвиях; фактическая
мощность источников определяется суммарным тепловыделением от деформации металла и трения стружки
о переднюю поверхность; режущая часть сверла в зоне резания есть бесконечный клин, движущийся по
полупространству; значения коэффициентов теплопроводности и температуропроводности не зависят от
температуры резания.
Зададим следующие исходные данные:
Угол при вершине 2=120°; угол наклона винтовой канавки 
=30°;
угол наклона поперечной кромки 55°;
Диаметр сердцевины 2а=0,15D.
Для определения изменения величины главной составляющей силы резания,
нам необходимо знать изменение переднего угла вдоль режущей кромки инструмента.
Передний угол в данной точке х в нормальном сечении к режущей кромке, определяется
по формуле, выведенной П.Р. Родиным [2]:
причем
-расстояние от оси сверла до касательной к проекции режущей кромки на плоскость,
перпендикулярную к оси сверла
- угол между радиусом окружности, на которой лежит дан-ная точка
х, и проекцией режущей кромки на плоскость, перпендикуляр-ную к оси сверла;
-угол наклона винтовой образующей поверхности канавки,
проходящей через точку x
- наружный радиус сверла
- угол наклона винтовой канавки сверла (отнесенный к наружному диаметру)
Все полученные значения запишем в табл.1
По полученным значениям построим график передних
углов сверла(см рис.2).
Вывод зависимости для определения главной составляющей силы резания, основан на равенстве
касательных напряжений при резании и при сжатии или растяжении при равной степени эквивалентных деформаций [3]:
- сопротивление деформации при резании;
- коэффициент усадки стружки
- основное тепловыделение происходит от источников, расположенных на режущей лезвиях;
- фактическая мощность источников определяется суммарным тепловыделением от деформации
- металла и трения стружки о переднюю поверхность;
- режущая часть сверла в зоне резания есть бесконечный клин, движущийся по полупространству;
- значения ко-эффициентов теплопроводности и температуропроводности не зависят
от температуры резания.
T-период стойкости сверла, мин
S-подача, мм/об
Период стойкости и подача по табл.30 и табл.25 соответственно:
Т=45мин; D=20мм; kv=1; Cv=9.8; q=0.4; y=0.5; m =0.2;
Скорость резания равна :
D - диаметр сверла, мм
На любом участке режущей кромки, в единицу времени выделяется:
Pz - тангенциальная составляющая силы резания в кГ;
- тепловыделение, кал/с;
- коэф-нт температуропроводности (w=0.08см2/с)
- коэф-нт теплопроводности (0.096 кал/см*сек*град)
- ширина среза, мм
- скорость резания, м/мин
- ширина срезаемого слоя, мм
- длина контактной площадки, мм
Температура на поперечной кромке составляет 60-80% от максима-льного значения.
С увеличением подачи S и особенно с увеличением скорости V темп наростания температуры на периферийных
участках оказывается выше, чем у поперечной кромки, здесь сказывается влияние теплоотвода в сердцевину сверла.