Вплив зношування різця.

Загальним випадком зношування різця є зношування по задній і по передній поверхням. Найбільш характерним і обмежуючим є зношування по задній поверхні h_з, яке характеризується висотою площадки із заднім кутом, що дорівнює нулю. Чим більша ця площадка, тим більше сила тертя різця по заготовці, і тим більша сила різання.

Загальні формули для розрахунку складових сили різання, які здобуті обробленням експериментальних даних і наведені в довідковій літературі, мають вигляд

P_z = 10C_pz t^xpzs^ypzV^nzK_pz, Н; (8.1)

P_у = 10C_pу t^xpуs^ypуV^nуK_pу, Н; (8.2)

P_х = 10C_pх t^xpхs^ypхV^nхK_pх, Н; (8.3)

де C_p – постійний коефіцієнт для окремої групи оброблюваних матеріалів;

K_p – коефіцієнт, який враховує відмінності умов оброблення (оброблюваного матеріалу, головного кута в плані, переднього кута, радіуса округлення кромок при вершині, зношування різця, мастильно-охолоджувальної рідини), для яких розраховується сила різання, від еталонних, для яких наведені значення складових формул (8.1– 8.3):

K_p = K_м K_φ K_γ K_r K_h K_мор.

8.9. Коливання в процесі різання

8.9.1. Причини виникнення коливань

Під час різання можуть виникати періодичні коливання окремих елементів системи “верстат-пристрій-інструмент-деталь” (ВПІД) великої частоти, які називаються вібраціями. Вібрації викликають погіршення якості обробленої поверхні, підвищене зношування і викришування інструменту, знижують точність та довговічність верстата і пристрою. Все це зменшує продуктивність оброблення.

Виникнення вібрацій при обробці різанням характеризується збурюючими силами та властивостями пружної системи; співвідношенням між цими параметрами визначають як можливість виникнення вібрацій, так і їх інтенсивність, тобто амплітуду і частоту.

Збурюючі сили в залежності від фізичної сутності механізму збурювання вібрацій можуть створювати коливання двох видів, а саме вимушені коливання і автоколивання (самозбурюючі коливання).

Вимушені коливання виникають внаслідок наявності в системі ВПІД зовнішньої періодичної сили, яка викликає коливальний процес з частотою, що дорівнює частоті дії збурюючої сили. Ці сили можуть бути поділені на дві групи:

· перемінні сили, обумовлені процесом різання. Це, наприклад, сили, що виникають при видаленні нерівномірного припуску, переривчастому характері різання (обточування зубчастого ободу або спинок лопаток на турбіні);

· перемінні сили, що виникають в системі ВПІД поза зоною різання. До цієї групи відносяться коливання, що викликані дефектами передач верстата (перекошування осей, зшивання пасів, похибки виготовлення зубчастих коліс, підвищені люфти і т. і.), дисбалансом частин, що обертаються – заготовок, пристроїв, інструментів (фрез, шліфувальних кругів), а також коливання, що передаються на верстат від інших машин, які працюють під час оброблення.

Загальною ознакою вимушених коливань є відсутність залежності інтенсивності дії збурюючої сили від процесу різання. Тому для погашення цих коливань необхідно ліквідувати причини, які викликають ці коливання.

Вимушені коливання можуть застосовуватись для поліпшення процесу різання – підвищення якості обробленої поверхні, зміни форми стружки, що утворюється при різанні. Коливання, які співпадають з напрямком подачі, ефективно подрібнюють стружку.

Для поліпшення процесу різання жароміцних сталей застосовують введення в зону різання коливань ультразвукової частоти в радіальному та тангенціальному напрямках. При ультразвуковому різанні значно поліпшується дія МОР за рахунок їх кращого проникання в зону різання.

Автоколивання виникають без зовнішньої періодичної сили, яка збурює коливальний процес. Частота коливань при цьому, як правило, не залежить від режимів різання, геометрії інструменту і дорівнює власній частоті системи.

Сутність виникнення автоколивань при обробленні різанням розглянемо, поділивши систему ВПІД на наступні складові частини (рис. 8.5):

· джерело енергії;

· механізм збурювання;

· коливальна система;

· стабілізатор амплітуд.

Джерело енергії – при обробці на металорізальних верстатах це електродвигун;

Механізм збурювання – це механізм, що збурює коливання в основній коливальній системі шляхом перетворення постійної в часі енергії зовнішнього впливу, а саме приводу верстата, в енергію коливального руху.

Рисунок 8.5 – Складові частини системи ВПІД

Причиною виникнення автоколивань при різанні є наступні явища:

· запізнювання зміни сили відносно малого переміщення, особливості утворення застійної зони і наросту на різці, неоднакове зміцнення металу та зміна положення площини зрізу при коливаннях;

· падіння величини сили різання з підвищенням швидкості різання;

· залежність сили різання від швидкості радіального коливального руху і його напрямку (врізання, відхід);

· специфіка процесу різання як одного із видів пластичного деформування при малих швидкостях різання, при яких утворюється елементна стружка.

Першою причиною виникнення автоколивань є первинний механізм збудження внаслідок дії координатного зв’язку системи, яка має декілька ступенів свободи, з процесом різання (рис. 8.6).

Будь-який елемент системи ВПІД має нескінченну кількість ступенів свободи. Збудження коливального процесу призводить до того, що різальна кромка описує в площині замкнуту траєкторію в вигляді еліпса. Якщо збурювання коливального руху відбувається проти годинникової стрілки, то при переміщенні від точки А до В сила різання діє проти напрямку руху різання і робота, яку виконує сила різання, зменшує енергію руху інструмента. Навпаки, на ділянці від точки В до А напрямок руху різання співпадає з рухом різця і робота сили різання збільшує енергію руху. Але робота, яка поглинається силами різання, буде меншою порівняно з роботою, яка віддається цими силами, тому що глибина різання при переміщенні від точки А до В буде меншою, чим від точки В до А. Тому при такому збурюванні за один цикл сила різання віддасть коливальному руху відповідну енергію, утворюючи стійкий коливальний процес.

Другою причиною збудження коливань є первинний механізм збудження, обумовлений залежністю сили різання від швидкості різання.

Коливальна система – це система, окремі елементи якої, включаючи робочий орган машини, виконують коливальні рухи. Параметри цієї системи – жорсткість, опір і маса – визначають частоту автоколивань. При обробці різанням такою системою є система “інструмент-оброблювана деталь” та пов’язані з ними вузли верстата і пристрою.

Рисунок 8.6 – Схема збудження автоколивального процесу

Механізм збудження і коливальна система знаходяться між собою в тісному взаємозв’язку. З однієї сторони, механізм збуджування генерує коливання в основній коливальній системі, перетворюючи енергію джерела, постійну в часі, в періодичну, тобто спрямовуючи її в коливальну систему визначеними порціями. Це – прямий зв’язок.

З іншої сторони, коливальна система керує роботою цього механізму збурювання, задаючи частоту і величину порцій енергії, що поступають у систему, в залежності від власних параметрів: жорсткості, опору і маси. Такий зв’язок називається зворотнім.

Стабілізатор амплітуд – це умова, при якій амплітуда коливань підтримується постійною в часі. При роботі будь-якої реальної системи енергія коливань постійно розсіюється із-за неминучих втрат. Зменшення енергії постійно компенсується джерелом, від якого деяка порція енергії за кожний період подається в коливальну систему. Отже, постійні за амплітудою коливання можливі тільки в тому випадку, коли кількість енергії U_вх, яка поступає за якийсь період, дорівнює енергії U_вит, яка витрачається в системі за той же самий час (рис. 8.7). Ця умова балансу енергії і є умовою існування сталих автоколивань при різанні. Значення амплітуди А_ст, що відповідає рівнянню U_вх = U_вит, є сталим, тобто будь-яке випадкове відхилення системи від цієї амплітуди приведе до її повернення в положення енергетичної рівноваги. Дійсно, зменшення амплітуди А до значення меншого, ніж А_уст, дає U_вх > U_вит, що приведе до збільшення амплітуди. В випадку А > А_ст будемо мати U_вх < U_вит, що супроводжується зменшенням амплітуди.

Рисунок 8.7 – Умова існування сталих коливань

При обробці сталей по мірі збільшення швидкості різання амплітуда збільшується, досягаючи максимуму, після чого починає зменшуватись. Таким чином, існує швидкість, при якій амплітуда коливань максимальна.

Збільшення товщини зрізу зменшує амплітуду коливань, збільшення ширини веде до різкого її збільшення.

По мірі зменшення позитивного значення переднього кута і збільшення його негативного значення амплітуда різко зростає.

Головний кут в плані впливає на амплітуду слабо. Його вплив непрямий через ширину і товщину зрізу.

Задній кут при великому значенні на амплітуду впливає незначно. При зменшенні α за межі 3° амплітуда зменшується.

Збільшення радіусу округлення перехідної кромки збільшує амплітуду.

Методи боротьби з коливаннями:

· підвищення жорсткості системи ВПІД за рахунок використання люнетів, зменшення проміжків, раціонального компонування верстата;

· використання віброгасників;

· вибір раціональних геометричних параметрів інструменту;

· вибір оптимальних режимів різання;

· виконання фасок на задній поверхні, які гасять вібрації.