Лабораторный практикум по дисциплине «Процессы формообразования и инструменты». часть I (стр. 4 )

4. Запрещается производить измерение заготовки в процессе ее обработки.

5. Пуск станка и работа на нем разрешается только лаборантам, обслуживающим станок или преподавателю ведущему занятие.

4.6. Методика проведения эксперимента и обработки результатов

В качестве оборудования для проведения работы используются токарный станок, проходной резец из твердого сплава ВК8, инструментальный микроскоп и заготовки из различных материалов.

Последовательность выполнения работы следующая:

1. Материал заготовки, инструмента и режимы резания задаются в виде индивидуального задания преподавателем.

2. Установить деталь в патроне станка и закрепить ее.

3. Установить на станке режимы резания. Диаметр детали необходимо замерить. Установку чисел оборотов производить в присутствии лаборанта. Закрепить в резцедержатель резец.

4. Для проведения стойкостных исследований используем метод однофакторного эксперимента. Все факторы процесса резания поддерживаются постоянными, а последовательно изменяется скорость резания и при каждом ее значении изнашивают инструмент.

5. Произвести обточку деталей до наступления износа =h=0.1...0.2 мм. Для этого через 1-2 минуты прекратить резание, снять резец и замерить износ на инструментальном микроскопе по схеме, приведенной на рис. 4.6, если не достиг 0.1 мм. то необходимо продолжить процесс резания до достижении износа =0.1...0.2 мм. Занести в таблицу первое значение износа инструмента и время работы инструмента.

6. Произвести дальнейшее точение детали до достижении износа = 0.2...0.3 мм. Занести второе значение износа и время в таблицу.

7. Второе значение скорости принять равным V= 100 м/мин, подсчитать число оборотов n и установить их на станке.

Рис. 4.6. Схема замера линейного износа на инструментальном микроскопе: 1 - окуляр микроскопа, 2 - резец, 3 - измерительная шкала, 4 - изношенная часть резца

8. Произвести обработку заготовки на этой скорости и снять два показателя износа по задней грани =0,1 мм и = 0,2...0,3 мм и записать их в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Результаты измерения износа

№ опыта	Марка обрабатываемого материла	Диаметр заготовки	Скорость резания в м/мин	Износ по задней грани	Время износа в мин	Величина	Примечание

9. По данным эксперимента строят кривые износа = f(T).

Устанавливая критерий износа = 0,8 мм от оси ординат из точки проводят прямую, параллельную оси абсцисс и для каждой кривой определяют стойкость инструмента соответствующую = 0,8мм -Т1.Т2.ТЗ.

Для ускорения проведения стойкостных испытаний воспользуемся тем, что кривые износа = f(T) при обработке твердосплавным инструментом, начиная с некоторого его значения h, представляют из себя пропорциональную зависимость от времени резания (рис. 4.7).

Поэтому достаточно получить две точки на кривой = f(T) и т. д. и провести через них прямую линию до пересечения с линией, параллельной оси абсцисс, проведенной из точки = 0,8 мм и затем определить период стойкости инструмента при V3 и V2 и т. д.

Рис. 4.7. Кривые износа резца из твердого сплава при обработке конструкционных сталей

10. Построить график зависимости = f(V) для заданного диапазона скоростей в двойной логарифмической шкале.

В двойной логарифмической шкале участок функциональной зависимости T=f(V) представляет из себя прямую линию. Этот участок монотонной зависимости удобно аппроксимировать степенной функцией:

, при ,

(4.2)

где - постоянная, характеризующая обрабатываемый и инструментальный материалы, режимы резания. СОЖ.

Для определения постоянной на прямой T = f(V) (рис. 4.8) берем точку Х, определяем для нее скорость и стойкость, вычисляем ее по формуле:

	(4.3)
Рис. 4.8. Связь между стойкостью резца и скоростью резания

4.7. Содержание отчета

1. Наименование, цель и задачи лабораторной работы.

2. Материально-техническое оснащение.

3. Построенные графики зависимости (кривые износа) = f(T) для двух марок сталей.

4. Построить график зависимости T = f(V) в двойной логарифмической шкале (для двух марок сталей).

5. Рассчитать значение показателя m и постоянной С1.

6. Сделать выводы о влиянии скорости резания и марки сталей на величину стойкости инструмента.

4.8. Контрольные вопросы

1. По каким поверхностям резца происходит износ?

2. Что служит мерой изношенности инструмента?

3. Каков критерий износа при обработке стали, чугуна?

4. Что называется стойкостью инструмента? От каких факторов зависит стойкость?

5. Дать характеристику кривой износа.

6. Какая существует связь между скоростью резания и стойкостью инструмента?

7. В диапазоне каких скоростей происходит адгезионный износ?

8. В диапазоне каких скоростей происходит диффузионный износ?

9. Как влияет материал детали на стойкость инструмента?

5. Лабораторная работа № 5

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛ РЕЗАНИЯ

5.1. Цель работы

Целью работы является изучение и экспериментальная проверка законо­мерностей изменения сил резания при точении в зависимости от элементов режима резания.

Настоящая работа предусматривает:

1) освоение методики экспериментального определения составляющих силы резания при точении;

2) ознакомление с оборудованием и приборами, применяемыми при измерении составляющих силы резания;

3) приобретение навыков проведения эксперимента;

4) графоаналитическую обработку экспериментальных данных; расчет сил резания по справочникам;

5) оформление отчета;

6) сравнение результатов экспериментального определения сил резания с их значениями, полученными при расчетах;

7) анализ закономерностей изменения сил резания в зависимости от элементов режима резания.

5.2. Теоретическая часть

Срезаемый слой давит на резец с силой резания Р, являющейся геометрической суммой нормальных сил и сил трения, действующих на его передней и задней поверхностях. В практических расчетах расходуемой на резание мощности, расчетах на прочность и жесткость инструмент и отдельных деталей и узлов станка силу резания Р раскладывают на составляющие, направления действия которых совпадают с главным движением и движением подачи.

При токарной обработке в условиях несвободного резания равнодействующая сила Р раскладывается на три взаимно-перпендикулярные составляющие силы (рис. 5.1), действующие на резец:

- Рz - касательная сила, сила касательная к поверхности резания и совпадающая с направлением главного движения. Р является главной составляющей силы Р, ее часто называют просто силой резания, т. к. она весьма незначительно отличается по величине от равнодействующей силы Р;

- Рх - осевая сила или сила подачи, действующая параллельно оси заготовки в направлении, противоположном движению подачи,

- Ру - радиальная сила, направленная перпендикулярно оси заготовки.

На составляющие Рz, Рх, Ру силы резания влияют и обрабатываемый материал, и элементы режима резания, и геометрические параметры инструмента, его износ, смазочно-охлаждающие жидкости и др.

Рис. 5.1. Сила резания при точении и ее составляющие

Рассмотрим влияние элементов режима резания на составляющие силы резания Зависимость составляющих силы резания от глубины резания, подачи и скорости резания можно выразить степенными уравнениями:

	(5.1)
	(5.2)
	(5.3)

где Срz, Срy, Срx - постоянные коэффициенты, зависящие от условий обработки; хр, zр, yр показатели степени, характеризующие интенсивность влияния переменных (t, s, V) на составляющие силы резания.

Чем больше глубина резания и подача, тем больше площадь поперечного сечения среза и объем деформируемого металла, тем, следовательно, больше сопротивление металла стружкообразованию, и процесс резания будет протекать с большими силами Pz, Px, Ру.

Однако глубина резания больше влияет на силу резания, чем подача. Различная интенсивность влияния глубины резания и подачи на силы резания вызвана их неодинаковым действием на степень деформации срезаемого слоя.

Изменение ширины срезаемого слоя не сказывается на изменении степени его деформации (коэффициент усадки стружки остается постоянным). Увеличение же толщины срезаемого слоя снижает величину коэффициента усадки стружки, т. е. уменьшает степень деформации срезаемого слоя. Главная составляющая силы резания Pz пропорциональна той степени деформации, которую получил срезаемый слой при превращении его в стружку. При увеличении ширины срезаемого слоя, вследствие увеличения площади сечения среза, сила Pz должна увеличиться во столько же раз, во сколько возросла ширина h, т. к. при этом степень деформации срезаемого слоя не изменяется. Поэтому и показатель степени хр при ширине h срезаемого слоя близок к единице. Увеличение толщины а срезаемого слоя также увеличивает его площадь, но при этом степень деформации слоя уменьшается и рост силы Pz отстает от роста толщины срезаемого слоя. Вследствие этого показатель степени ур при толщине срезаемого слоя а не может быть равным единице, а всегда несколько меньше ее. Поскольку физические и технологические размеры срезаемого слоя связаны друг с другом только через главный угол в плане ( ), то влияние t и s на силу Pz остается таким же, как влияние bи a, т. е. показатели степени в формуле (5.1) при глубине хрс = 1, а при подаче урс = 0,75.

Более сильное влияние на силу Pz ширины срезаемого слоя, чем толщины, позволяет сделать вывод: для уменьшения главной составляющей силы резания при заданной площади сечения срезаемого слоя во всех случаях необходимо стремиться работать с возможно меньшим отношением и b/а, увеличивая толщину среза за счет уменьшения ширины.

Изменение скорости резания влияет на составляющие силы резания так, как оно влияет на изменение коэффициента усадки стружки. При резании материалов, не склонных к наростообразованию, коэффициент усадки монотонно убывает при увеличении скорости резания. Так же ведут себя и составляющие силы резания, уменьшающиеся при увеличении V вначале быстро, а затем более медленно. При резании материалов, склонных к наростообразованию, кривая Pz = f(V) так же, как и кривая К1 = f(V), немонотонна (рис. 5.2), причем обе кривые совпадают по фазам. Начиная от V1 до V2, при которых высота нароста растет, сила Рz уменьшается, достигая минимума при максимально развитом наросте (за счет благоприятного изменения геометрии резца (рис. 5.3) и уменьшения пластической деформации срезаемого слоя. При скоростях резания от V2 до V3 , при которых высота нароста уменьшается (Нн ® 0, следовательно, gн ® g), сила Pz вновь возрастает. При скоростях резания, больших скорости V3, соответствующей исчезновению нароста, сила Pz при увеличении скорости резания в дальнейшем непрерывно уменьшается за счет уменьшения сопротивления срезаемого слоя пластической деформации и уменьшения сил трения.

Скорости резания, с которыми работают при точении твердосплавными резцами, выше, чем скорость V3. Поэтому участок кривой сила-скорость для V > V3 можно описать частной зависимостью , показатель степени в которой по экспериментальным данным zpz = 0,35...0,1. При высоких скоростях резания процессы стружкообразования и трения на поверхностях инструмента стабилизируются и скорость резания практически перестает влиять на составляющие силы резания, показатель степени zpz ® 0.

Рис. 5.2. Схема влияния скорости резания на высоту нароста Н, коэффициент усадки стружки	Рис. 5.3. Изменение геометрии резца за счет наростообразования

5. 3. Методика проведения эксперимента и обработки результатов

Оборудование и аппаратура

Эксперименты по определению сил резания выполняются на токарно-винторезном станке 16К20. Вместо резцедержателя на станке установлен динамометр с закрепленным в нем резцом.

Существует большое количество различных конструкций динамометров. По принципу действия они разделяются на гидравлические, механические и электрические. Наиболее современными являются электрические динамометры, так как они малоинерционны, чувствительны и компактны. Благодаря этому электрические динамометры обеспечивают высокую точность измерения и ими можно определять как большие, так и малые значения сил резания.

Электрические динамометры состоят из трех основных частей: датчиков, воспринимающих нагрузку, органов связи, соединяющих датчики, и приемников. Датчики преобразуют упругие деформации или малые пере­мещения в электрическую энергию. Применяются датчики различного типа: индуктивные, пьезоэлектрические, проволочные, емкостные и др.

Одним из распространенных приборов для измерения сил резания является универсальный динамометр ВНИИ, с помощью которого можно измерять силы резания при точении, фрезеровании, плоском шлифовании, а также осевую силу и крутящий момент при сверлении. Комплект прибора состоит из динамометра-датчика УДМ-600, усилителя ТА-5, приборного щита с микроамперметрами М266 и осциллографа Н-700. Схема соединения этих устройств показана на рис. 5.4. По показаниям микроамперметров, установленных на приборном щите, определяют среднюю величину сил резания. Мгновенные значения сил резания в диапазоне частот от 0 до 500 Гц можно измерять с погрешностью не свыше 10%, регистрируя показания динамометра на осциллографе.

Рис. 5.4. Схема соединения устройств, входящих в комплект динамометра

Динамометр состоит из корпуса 1 и державки 2, выполненной в виде квад­ратной плиты с круглым фланцем на верхней части (рис. 5.5а), который предназначен для закрепления сменных приспособлений: резцедержателя при точении, круглого стола при сверлении, тисков при фрезеровании и шлифовании. Державка установлена в корпусе на 16 опорах (рис. 5.5б). Оси первых восьми опор расположены вертикально, а оси остальных восьми опор - горизонтально.

Под действием силы Pz деформируются вертикальные опоры, а под действием сил Ру и Рх - горизонтальные.

Каждая опора состоит из двух ножек и тонкостенной втулки (рис. 5.5в). Площади сечений втулки и ножек опор равновелики и выбраны так, чтобы материал опор при нагрузке работал в области упругих деформаций. На втулки опор наклеены проволочные датчики сопротивления с номинальным сопротивлением 100 Ом.

В работе опоры динамометра упруго деформируются, в результате чего в датчике возникает электрический ток малой величины, который поступает на вход электронного усилителя, усиливается и передается на параллельно соединенные микроамперметр и вибратор осциллографа, с помощью которых регистрируются показания динамометра.

Рис. 5.5. Универсальный динамометр

Для проверки стабильности чувствительности динамометр периодически (перед каждой серией опытов) подвергается тарированию.

Тарирование следует производить на тарировочном стенде в следующей последовательности:

1) установить динамометр на тарировочный стенд;

2) подготовить динамометр к работе согласно инструкции;

3) нагрузить динамометр эталонной нагрузкой отдельно по каждой измеряемой составляющей силы резания (рис. 5.6а) и зафиксировать показания динамометра по этой же составляющей;

В пределах диапазона измерения динамометра дают 3 ... 4 различных значения эталонной нагрузки. По данным тарирования строят тарировочные графики (рис. 5.6б).

а) б)

Рис. 5.6. Схема тарировки динамометра УДМ600: а - схема нагружения; б - тарировочный график; 1 - нагрузка; 2 - разгрузка

Тарировочные графики динамометра строят в следующих координатах: по горизонтали откладывают показания динамометра в единицах отсчетного прибора А мкА, а по горизонтали - величину Р/т, т. е. величину действующей силы Р, поделенную на значение коэффициента усиления m по измеряемой составляющей силы резания. Под коэффициентом усиления m понимается цифра, соответствующая положению переключателя усилителя.

Наклон прямой тарировочного графика характеризуется величиной коэффициента К.

,

(5.4)

где А - показания микроамперметра; Р - сила резания или эталонная сила; т - величина коэффициента усиления, установленная перед опытом.

Значения сил резания определяются по формуле

,

(5.5)

где А - показания микроамперметра, т - величину коэффициента усиления, К - коэффициент тарировочного графика.

5.4. Охрана труда и техника безопасности

Источниками повышенной опасности при работе на токарно-винторезных станках в первую очередь являются вращающиеся части и стружки. Не следует пренебрегать предохранительными устройствами, предусмотренными конструкцией станка, будь это щиток, экран, кожух или ограничения. Заготовку следует надежно закреплять в патроне или центрах станка. Вся работа на токарном станке и приборах производится учебным мастером или преподавателем, проводящим занятие. Студентам отводится роль фиксирования результатов опытов.

5.5. Порядок выполнения экспериментальной части работы

1. Изучить схему и конструкцию динамометра УДМ600 и ознакомиться с процессом измерения сил при точении.

2. Изучить инструкцию по технике безопасности при работе на токарных станках.

3. Составить план эксперимента, занести его в табл. 5.1.

4. Собрать схему (см. рис. 5.4) измерения сил резания на станке 16К20. Провести испытание схемы пробным резанием.

5. Произвести резание заготовки с различными значениями глубины резания при постоянных значениях скорости резания и подачи. Измерить составляющие сил резания Р, в мкА, соответствующие заданным значениям глубины резания.

6. При постоянных скорости и глубине резания измерить составляющие Р-сил резания, соответствующие различным значениям подачи.

7. При постоянных значениях глубины резания и подачи измерить составляющие Pz Ру Рх сил резания, соответствующие различным значениям скорости резания. Режимы резания для каждой серии опытов задаются преподавателем.

8. Результаты измерений составляющих Pz, Ру, Рх сил резания для всех трех серий опытов занести в табл. 5.1.

9. По тарировочному графику (рис 5.6б) или по формуле (5.5) эти результаты в мкА перевести в значения сил резания в Н.

Таблица 5.1.

Результаты измерения силы резания

№ опыта	Режимы резания	Показания прибора, мкА	Сила резания Pz, Н
	t, мм	s, мм/об	V, м/мин
Зависимость Pz=f(t)
1 2 3	t1 t2 t3	s=const	V=const
Зависимость Pz=f(s)
4 5 6	t=const	s1 s2 s3	V=const
Зависимость Pz=f(V)
7 8 9	t=const	s=const	V1 V2 V3

10. По полученным значениям сил резания построить графики зависимости Pz = f(t), Pz = f(s) и Pz = f(V).

11. Провести анализ влияния режимов резания на составляющие сил резания.

5.6. Содержание отчета

1. Цель работы.

2. Схемы расположения сил резания.

3. Таблица с результатами измерения сил резания.

4. Графики зависимости сил резания от режимов резания.

5. Привести анализ влияния элементов режима резания на силы резания.

5.7. Контрольные вопросы

1. Перечислить составляющие силы резания.

2. Назовите факторы, влияющие на силы резания.

3. Поясните характер влияния t, s, V на составляющие сил резания.

4. Устройство и принцип действия динамометра УДМ600.

5. Поясните графики Рz, y,x=f(t, s, V).

6. Лабораторная работа № 6

Кинематика резания при сверлении

6.1. Цель работы

Целью работы является:

1. Изучение конструктивных и геометрических элементов спирального сверла.