Меню

Как определить мощность резанья



Сущность процесса резания материалов, сила резания. Мощность и скорость резания. Понятие обрабатываемости

Обработка материалов резанием – это процесс срезания режущим инструментом с поверхности заготовки слоя в виде стружки для получения необходимой геометрической формы, точности размеров, взаиморасположения и шероховатости поверхностей детали

Резание металлов – сложный процесс взаимодействия режущего инструмента и заготовки, сопровождающийся определенными физическими явлениями. Упрощенно процесс резания можно представить в виде следующей схемы. В начальный момент процесса резания движущийся резец под действием силы Р вдавливается в металл, в срезаемом слое возникают упругие деформации. При дальнейшем движении резца упругие деформации, накапливаясь по абсолютной величине, переходят в пластические. В прирезцовом срезаемом слое материала заготовки возникает сложное упругонапряженное состояние. В плоскости, перпендикулярной траектории движения резца, возникают нормальные напряжения, а в плоскости, совпадающей с траекторией движения резца, — касательные напряжения. Наибольшие касательные напряжения действуют у вершины резца , уменьшаясь до нуля по мере удаления от нее. Нормальные напряжения вначале действуют как растягивающие, а затем быстро уменьшаются и, переходя через нулевое значение, превращаются в напряжения сжатия.

Под действием нормальных и касательных напряжений срезаемый слой пластически деформируется. Рост пластической деформации приводит к сдвиговым деформациям, т.е. к смещению частей кристаллов относительно друг друга. Это происходит, когда возникающие напряжения превосходят предел прочности обрабатываемого материала. Далее процесс повторяется и образуется следующий элемент стружки и т.д.

Срезанный и превращенный в стружку слой материала дополнительно деформируется вследствие трения стружки о переднюю поверхность инструмента.

Для хрупких материалов пластическая деформация практически отсутствует и угол близок к нулю, а при резании деталей из пластичных материалов значение угла доходит до 30 град. У передней поверхности резца слои стружки искривляются и располагаются почти параллельно ей.

Следовательно, резание может быть представлено как процесс последовательного упругого и пластического деформирования срезаемого слоя металла, а затем его разрушения.

При обработке резанием металл оказывает сопротивление режущему инструменту. Это сопротивление преодолевается силой резания, приложенной к передней поверхности инструмента. Сила резания направлена перпендикулярна передней поверхности резца. Сила резания затрачивается на отрыв элемента стружки от основной массы металла и его деформацию, а также на преодоление трения стружки о переднюю поверхность резца и задней поверхности резца о поверхность резания.

Силу резания R принято раскладывать на составляющие силы — тангенциальную Pz , радиальную Py и осевую Px.

При точении, растачивании, отрезании, прорезании пазов и фасонном точении тангенциальную составляющую, H, рассчитывают по формуле

Сp; xp; yp; np — эмпирические коэффициент и показатели степени, приведённые в табл;

t — глубина резания (при отрезании, прорезании и фасонном точении — длина лезвия резца), мм;

Kp = KMp·Kjp·Kgp·Klp·Krp — поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия резания. Численные значения этих коэффициентов приведены в табл. 13 и 16.

Мощность резания. Работа резания, совершаемая в одну секунду, называется мощностью резания.

В технике мощность выражается в киловаттах

Мощность резания, кВт, рассчитывают по формуле

С учётом потерь, мощность привода, кВт, определится

где h — к.п.д. станка, (принимается равным 0,85).

Скорость резания V – это расстояние, пройденное точкой режущей кромки инструмента относительно заготовки в направлении главного движения в единицу времени. Скорость резания имеет размерность м/мин или м/сек.

Читайте также:  Можно ли поставить резистор меньшей мощности

При точении скорость резания равна:

где Dзаг – наибольший диаметр обрабатываемой поверхности заготовки, мм; n – частота вращения заготовки в минуту.

Под обрабатываемостью материалов в широком смысле этого слова понимают способность материалов подвергаться резанию по ряду технологических показателей. К ним относятся допускаемая скорость, возникающие в процессе резания силы, шероховатость обработанной поверхности, тип стружки и условия ее отвода из зоны резания и т.п. Таким образом, обрабатываемость является важнейшим технологическим свойством всех конструкционных материалов.

Поскольку производительность и себестоимость обработки зависят главным образом от допускаемой скорости резания, то для любого вида и характера обработки основным показателем обрабатываемости является скорость резания, величина которой определяется изнашивающим действием, оказываемым обрабатываемым материалом на контактные поверхности инструмента.

Существуют различные методы определения обрабатываемости. В основе «классического» метода лежит нахождение зависимости V =f(Т).Если сравнивают обрабатываемость двух материалов А и Б, то для них при одинаковых условиях обработки экспериментально находят связь между периодом стойкости и скоростью резания. При немонотонной зависимостиV =f(Т) находят отношение скоростей резанияVAиVБ, допускаемых материалами А и Б при определенном значении периода стойкости инструмента, являющееся коэффициентом обрабатываемости при выбранном периоде стойкости. Если зависимостьV =f(Т) монотонна и ее можно аппроксимировать степенной функцией, то находят две зависимости

V = CA / T m А и V = CБ/ Tm Б.

Задавшись периодом стойкости Т= 60 мин, определяют соответствующие ему скорости резанияV60AиV60Б .Коэффициент обрабатываемости

Классический метод является наиболее точным и объективно отражающим влияние обрабатываемого материала на изнашивание инструмента. Но он очень трудоемок и связан с большим расходом обрабатываемого материала и инструмента. Поэтому разработан ряд ускоренных методов, на которых, однако, мы останавливаться не будем, так как они подробно рассматриваются в учебной литературе.

Источник

Силы резания при точении и мощность, затрачиваемая на резание

date image2015-04-17
views image14055

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Срезая стружку, резец преодолевает сопротивление обрабатываемого металла резанию и силы трения стружки о переднюю поверхность инструмента и задней поверхности инструмента о заготовку.

Равнодействующая сила резания R – равнодействующая сил, действующих на резец, со стороны заготовки. Условно считают, что точка приложения R находится на рабочей части главного режущего лезвия. В процессе обработки величина, направление и точка приложения равнодействующей изменяются, поэтому для практических расчетов используют не равнодействующую, а ее составляющие Px, Py и Pz, действующие по трем взаимно-перпендикулярным направлениям – осям X, Y и Z. Ось X – линия центров станка, т.е. она совпадает с осью вращения заготовки и параллельна направлению продольной подачи S.; ось Z лежит в плоскости резания, она параллельна направлению главного движения; ось Y перпендикулярна осям X и Z.

Рис.4.13. Силы, действующие на резец со стороны заготовки при резании.

Рz – вертикальная (касательная) составляющая силы резания. По силе Pz определяют крутящий момент на шпинделе станка, мощность расходуемую на резание, производят динамический расчет коробки скоростей. Иногда Pz называют главной составляющей силы резания или просто силой резания. Составляющая Pz определяет изгибающий момент Мх, действующий на стержень резца.

Py – радиальная составляющая силы резания. По силе Py определяют изгиб заготовки в плоскости XY.

Px – осевая составляющая силы резания (сила подачи). По силе Px рассчитывают механизмы подач станка и момент Mx, изгибающий стержень резца в плоскости XY.

Читайте также:  Что такое мощность 10квт

На практике определяют лишь составляющую Pz (по эмпирическим формулам), а составляющие Py и Px берут в долях от Pz.

Соотношение Pz : Px : Py зависит от геометрии режущей части резца, режима резания, износа резца, физико-механических свойств обрабатываемого материала и условий обработки. Например, при точении острым проходным резцом (γ = 15 о ; φ = 45 о ; λ = 0 о ) Py = (0,3-0,5)Pz, Px = (0,15-0,3) Pz.

При возрастании φ сила Py понижается, поэтому легко деформируемые длинные детали обрабатывают резцами с большими углами φ близкими к 90 о .

При возрастании продольной подачи S отношение Px/Pz также возрастает.

Эффективная мощность Ne – мощность, расходуемая на процесс деформирования и срезания с заготовки слоя материала.

При точении цилиндрической поверхности на токарно-винторезном станке эффективная мощность вычисляется по следующей формуле:

где V – скорость резания, м/мин; n – частота вращения заготовки, об/мин; S – продольная подача, мм/об; [Pz] и [Px] = Н.

На практике вторым слагаемым в вышеприведённой формуле пренебрегают, так как , и эффективную мощность определяют по упрощенной формуле:

Мощность потребного электродвигателя станка определится как

где η – к.п.д. станка, учитывающий потери мощности в узлах трения станка (подшипниках, зубчатых передачах и т.п.) при её передаче от электродвигателя до шпинделя станка. Обычно η ≈ 0,7-0,8.

Крутящий момент резания – момент, необходимый для преодоления сопротивления вращению обрабатываемой заготовки.

Вычисляется по формуле:

где Dзаг – диаметр заготовки, мм.

Для того, чтобы процесс резания был возможен, крутящий момент на шпинделе Мшп, развиваемый станком при определённом числе оборотов шпинделя, должен быть не меньше момента сопротивления Мкр:

Источник

Силы резания, мощность резания, прочностные расчеты

Равнодействующая R представляет собой геометрическую сумму трех

_ _ _ _ ______________

составляющих: R = Pz + Py + Px, модуль | R | = √ P 2 z + P 2 y + P 2 x или

Так как главная составляющая Рz отличается от равнодействующей R всего на 10%, при расчетах используют только значение Рz, такая погрешность удовлетворяет силовые расчеты и уменьшает их объём.

При наружном точении и растачивании значение Рz, в килограммах определяется по формуле:

Рz = Срt x S y V z кг., (5)

где Ср – коэффициент, учитывающий свойства обрабатываемого материала и условия обработки определяется по справочным таблицам. t – глубина резания, назначается технологом из допустимых справочных данных. S – подача, назначается технологом из допустимых справочных данных. При изменении условий обработки в формулу вводятся поправочные коэффициенты. Х,У,Z показатели степени, являющиеся тангенсами угла наклона прямых графиков зависимости силы резания от глубины резания, подачи и скорости резания определяются из справочных таблиц.

Для создания необходимых усилий резания требуется станок, который сможет создать такие условия, то есть все его детали и двигатель выдержат предполагаемую нагрузку. Промышленность выпускает станки различной мощности, и чтобы определить, на каком станке можно обработать заготовку заданными режимами определяют мощность, которая образуется в зоне резания от заданных условий обработки по формуле: Ne = кВт, (6)

Эффективная мощность (мощность в зоне резания) где Pz сила резания, кгс; V скорость резания, м/мин.

Для определения мощности электродвигателя станка с учетом его к.п.д. используют формулу:

ηст— к.п.д. станка (0,75).yη

Для определения мощности, потребляемой электродвигателем станка из

сети, используют формулу:

— к.п.д. электродвигателя (0,97).

В резании принимают участие и резец, и двигатель, и деталь, и механизмы станка. Во время больших перегрузок один из элементов системы СПИД может не выдержать нагрузку, поэтому расчет ведут по наиболее слабому звену. Станки подбирают по требуемой мощности, детали станков рассчитываются и проверяются на заводах-изготовителях, поэтому слабым звеном могут быть заготовка (изделие) или инструмент. Изделие проверяют на жесткость, то есть определяют какую силу резания, выдержит заготовка до допустимого для неё прогиба. В зависимости от способа закрепления заготовки её прогиб от одинаковой силы резания может быть больше или меньше, поэтому одна и та же заготовка может выдержать большую или меньшую допустимую силу резания в зависимости от способа закрепления.

Читайте также:  Как повысить мощность автомобильного усилителя

Допустимую силу резания определяют по формуле:

κж – коэффициент жесткости, учитывает способ закрепления детали

κ = 3 – деталь закреплена в патроне консольно

κ=48 – деталь закреплена в двух центрах

κ=110 – деталь закреплена в патроне и в центре задней бабки

ƒ – допустимый прогиб (не более 0,4 мм)

Е – модуль упругости ≈ 2∙10 4 , кг/мм 2

J – момент сопротивления ≈ 0,04 d 4 , мм 4

L – расстояние между точками крепления и опасным сечением.

Резец проверяют по прочности на изгиб, так как резец для работы закрепляется в резцедержателе и четверть или третья часть резца выступает за опорную поверхность резцедержателя, а на вершину резца действует сила резания, поэтому резец испытывает деформацию изгиба. Резец должен выдерживать изгибающий момент от сил резания. Для проверки резца определяют допустимую силу, которую он выдержит на изгиб, и эта сила должна быть больше действующей силы резания или равна ей. Допустимую силу определяют из равенства изгибающих моментов — момента действующего на резец и момента, который может выдержать резец:

изг] – допустимое напряжение на изгиб державки резца прямоугольного сечения

ℓ – плечо (вылет резца) – расстояние от вершины резца до опорной поверхности резцедержателя ≤1,5 Н; Н – высота державки резца.

w – момент сопротивления; w = , где (11)

В – ширина державки, Н – высота державки.

Результаты проверки должны удовлетворять условию Рz ≤ Pz доп, где

Рz — действующая сила резания;

Pz доп – сила, которую выдержит резец.

1. Горбунов Б.И. Обработка металлов резанием. – М.: Машиностроение, 1981. 287 с., ил. 26…29.

6. Технология конструкционных материалов / А. М. Дальский, И. А. Арутюнова, Т. М. Барсукова и др. Под общ. ред. А. М. Дальского. М.: Машиностроение, 1985.—448 с., ил. с.446…470.

1. Как располагаются составляющие силы резания в пространстве?

2. От чего зависит направление и величина силы резания?

3. Для чего нужно измерять силу Рz?

4. Какие параметры определяют мощность резания?

5. Какие элементы системы СПИД подвергают проверочным расчетам?

6. Что означают слова – «влияние элемента режима резания на главную составляющую силы резания»?

7. Почему силу Рz называют главной составляющей силы резания?

Тема 5: Физические основы процесса резания

Цель:Ознакомить студентов с процессами, происходящими в металле в процессе отделения стружки.

1. Деформация металла.

2. Упрочнение металла.

3. Нарост металла.

4. Теплота в зоне резания.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник