Параметры сопротивления поверхности твёрдых тел

Коэффициенты сил трения и сопротивления, возникающих при давлении и перемещения резца. Проекции координатных осей для расчетов силы резания. Влияние глубины металлообработки на ее мощность. Возникновение самовозбуждающихся колебаний и автоколебаний.

Рубрика Физика и энергетика
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 20.01.2014
Размер файла 146,8 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Силы, действующие на резец

Для того, чтобы происходило резание, к резцу должна быть приложена некоторая сила Pz, действующая в направлении главного движения (рис. 1). Эта сила должна преодолеть сопротивление металла разрушению (образованию стружки). Это сопротивление может быть выражено силами, действующими на резец со стороны обрабатываемой заготовки.

Рис. 1. - Схема сил, действующих на резец:

Так как в процессе резания происходят упругие и пластические деформации, то со стороны срезаемого слоя нормально к передней поверхности резца действуют силы упругой Руп и пластической Рпл деформаций. Со стороны обработанной поверхности нормально к задней поверхности резца действуют силы и при наличии нормальных сил давления и относительного перемещения резца и стружки, а также резца и заготовки по передней и задней поверхностям резца возникают и действуют силы трения Т и Т?. Силы трения:

Где:

м и м? - средние коэффициенты трения соответственно по передней и задней поверхностям.

Сумма проекций сил сопротивления Рпл, Руп, Р?пл, Р?уп, Т и Т? на горизонтальную плоскость преодолевается силой Pz, на вертикальную плоскость - силой Py.

Данная схема правильно отображает действие сил сопротивления материала резанию и объясняет ряд явлений, сопутствующих процессу резания.

Однако в связи с трудностью подсчета и измерения сил, действующих на резец со стороны срезаемого слоя и обработанной поверхности, приведенная схема для практических расчетов не применяется.

2. Сила резания и ее составляющие

Система сил, действующих при точении, может быть приведена к одной равнодействующей силе R (рис. 2), называемой силой резания.

Точка приложения этой силы находится на рабочей части режущей кромки. В общем случае сила резания не расположена в главной секущей плоскости, а составляет с ней некоторый угол.

При изменении обрабатываемого материала, геометрических параметров резца и режима резания сила резания R изменяет не только свою величину, но и направление относительно детали и резца.

Поэтому при расчетах силу резания R раскладывают на три координатные оси Z, Y, X, получая проекции Pz, Py и Px.

Рис. 2. - Разложение равнодействующей силы R на составляющие Рz, Py, Px:

Сила Pz - окружная сила или главная составляющая силы резания - действует в плоскости резания в направлении главного движения и определяет нагрузку на станок и резец. Величина Pz определяет крутящий момент Мкр, по которому ведется расчет зубчатых колес и валов коробки скоростей станка.

Сила Py - радиальная составляющая, приложенная перпендикулярно оси заготовки. Эта составляющая определяет силу отжима резца от заготовки и прогиб заготовки, обусловливающий точность изготовления детали. Величина Py необходима для расчета станины и суппорта станка.

Сила Px - осевая составляющая, действующая вдоль оси заготовки параллельно направлению подачи. Эта составляющая определяет нагрузку механизма подачи станка. Величина Px является исходной для расчета звеньев механизма подачи станка. Три указанные составляющие силы взаимно перпендикулярны, поэтому величина и направление равнодействующей силы определяются как диагональ параллелепипеда:

Соотношение величин составляющих сил Pz, Py, Px не остается постоянным и зависит от геометрических параметров рабочей части резца, элементов режимов резания, износа резца, обрабатываемого материала, условий резания.

В некоторых случаях обработки одной из двух составляющих (Px или Py) может не быть. Например, при отрезке прутка отрезным резцом с режущей кромкой, параллельной оси:

Сила Pz действует во всех случаях, поэтому ее и называют главной составляющей силы резания.

3. Мощность, затрачиваемая на резание

Для того, чтобы подсчитать мощность, затрачиваемую на резание, необходимо сложить мощности на преодоление каждой силы сопротивления Pz, Py, Px:

Поскольку перемещения жестко закрепленного резца в направлении силы Py не происходит, мощность, обусловленная действием этой составляющей, может быть приравнена нулю:

Где коэффициенты выражают перевод единиц измерения:

- 60 - мин. в сек.;

- 1000 - мм. в м.;

- 1020 - н/м/сек в кВт.

Численное значение второго члена правой части уравнения мало и составляет 1-2% от значения первого члена, поэтому мощность, затрачиваемую на резание, практически определяют как создаваемую одной силой Pz:

Принимая во внимание КПД станка з, расчетная мощность электродвигателя составит:

Для осуществления процесса резания на заданном станке необходимо, чтобы мощность электродвигателя данного станка Nст была больше (или, в крайнем случае, равна) расчетной мощности: Nст ? Nрасч.

4. Влияние условий резания на силы резания

Влияние различных факторов на силы резания очень сложно. Поэтому чаще всего в инженерных расчетах пользуются эмпирическими зависимостями сил от условий резания. После проведения ряда экспериментов, в ходе которых определяются силовые зависимости от каждого из интересующих переменных параметров, устанавливается обобщенная зависимость в виде:

Где:

Pi - соответствующая составляющая силы резания;

Срі - постоянный коэффициент, отражающий влияние условий обработки, поддерживаемых постоянными в ходе эксперимента;

x, y, z - показатели степени, характеризующие интенсивность влияния соответствующего элемента режима резания на Pi составляющую;

Kq - коэффициенты, учитывающие влияние свойств обрабатываемого материала, геометрию инструмента, СОЖ, износа и других факторов, не учитываемых коэффициентом Срі.

Влияние глубины резания и подачи на силу резания сказывается через изменение сечения срезаемого слоя. Увеличение силы резания происходит пропорционально увеличению глубины резания (ширины срезаемого слоя) и несколько отстает от увеличения подачи (толщины срезаемого слоя).

Рис. 3. - Изменение толщины и ширины среза с изменением глубины резания и подачи:

При увеличении ширины среза (рис. 3, б) происходит пропорциональное увеличение площади среза, что при сохранении постоянного коэффициента усадки стружки требует пропорционального увеличения силы, вызывающей деформацию.

При увеличении толщины среза (рис. 3, в) происходит пропорциональное увеличение площади среза. Однако с увеличением нагрузки на единицу длины режущей кромки увеличивается температура в зоне резания, что приводит к снижению силы трения, коэффициента усадки стружки и сопротивления обрабатываемого материала сдвигу. Кроме того, деформация по толщине среза распределена неравномерно, поэтому увеличение толщины среза приводит к уменьшению относительной толщины слоя с максимальными деформациями. Поэтому в данном случае сила, требуемая на деформацию срезаемого слоя, увеличивается не пропорционально увеличению толщины среза, а меньше.

Влияние скорости резания на силу резания качественно подобно влиянию скорости на коэффициент усадки стружки.

Это влияние определяется склонностью обрабатываемого материала к нароста образованию и снижением силы трения и сопротивления деформированию материала с ростом температуры, сопровождающим увеличение скорости резания.

Влияние свойств обрабатываемого материала. Свойства материала в зоне резания из-за высоких температур, степени деформации и давлений значительно отличаются от физико-механических свойств в нормальных условиях. Поэтому точных однозначных зависимостей между силой резания, твердостью и прочностными характеристиками материалов не имеется. Тем не менее, установлено, что силы резания растут с увеличением твердости, прочности, пластичности и вязкости обрабатываемого материала.

Влияние свойств инструментального материала на величину силы резания вызвано изменением сил трения (коэффициентов трения) на контактных поверхностях. В этой связи с целью снижения трения на контактные поверхности инструмента наносят покрытия карбидов и нитридов тугоплавких металлов. Покрытия позволяют снизить силы резания и уменьшить интенсивность износа инструментов. Влияние геометрии инструмента на силу резания. Передний угол влияет на силу резания через изменение условий деформации. С увеличением переднего угла (уменьшением угла резания) увеличивается угол сдвига, уменьшается коэффициент усадки стружки, а следовательно, и сила резания. Влияние углов в плане и радиуса при вершине на силу резания обусловлено соответствующим изменением толщины и ширины срезаемого слоя и изменением коэффициента усадки стружки.

Влияние СОЖ. Смазочно-охлаждающие жидкости оказывают влияние не только на понижение температуры резания, но и на уменьшение трения, облегчения процесса стружкообразования, а следовательно, и на снижение силы резания.

Влияние износа на силу резания. В зависимости от характера и степени износа изменение сил может происходить в различных направлениях. Например, износ резцов по задней поверхности сопровождается увеличением силы резания. При преобладающем износе по передней поверхности сила резания может и снижаться.

Таким образом, силы, действующие в процессе резания, необходимо знать для правильного расчета и конструирования режущего инструмента, станков и приспособлений, для расчета жесткости системы СПИД и мощности, затрачиваемой на резание. Знание этих сил нужно и для правильной эксплуатации станка, инструмента и приспособлений.

5. Вибрации в процессе резания

При определенных условиях процесс резания теряет устойчивость. Потеря устойчивости характеризуется возникновением вибраций - вредных периодических колебательных движений. Колебания инструмента относительно заготовки (или, наоборот, заготовки относительно инструмента) вызывают периодическое изменение толщины срезаемого слоя и сил резания, величины и характера нагрузок на станок (нагрузки возрастают в 10 и более раз).

При вибрациях ухудшается качество обработанной поверхности, значительно снижается стойкость инструмента (особенно твердосплавного и керамического), возникает шум, повышается утомляемость. При возникновении вибраций приходится уменьшать режимы резания, вследствие чего снижается производительность и не полностью используется мощность станка. При резании труднообрабатываемых материалов (жаропрочных, титановых и нержавеющих сталей и сплавов) возникновение вибраций является одним из главных препятствий повышения эффективности процесса резания и качества обработки.

При всех известных видах обработки наблюдается два вида колебаний: вынужденные, когда причиной колебаний является периодически действующая возмущающая сила, и автоколебания (колебания, самовозбуждающиеся в процессе стружкообразования).

Вынужденные колебания могут быть вызваны следующими причинами:

- прерывистый характер процесса резания;

- неравномерность припуска, оставленного на обработку;

- дисбаланс вращающихся частей станка, детали и инструмента;

- дефекты в механизмах станка (в зубчатых и ременных передачах, гидросистеме и т. п.);

- передача колебаний станку от других работающих станков или машин, находящихся поблизости.

Устранение вынужденных колебаний не встречает принципиальных трудностей, т. к., при устранении обнаруженного источника колебаний вибрации прекращаются.

Самовозбуждающиеся колебания или автоколебания возникают при отсутствии видимых внешних причин. К ним относятся такие, у которых переменная сила, поддерживающая колебательный процесс, создается и управляется самими колебаниями. При устранении колебаний исчезает и сила, возбуждающая и регулирующая колебания. Относительно природы первичного источника возбуждения автоколебаний при резании единой точки зрения до настоящего времени нет. Опытом наиболее подтверждается гипотеза Н.И. Ташлицкого о запаздывании изменения силы резания при изменении толщины срезаемого слоя вследствие сближения и удаления инструмента и детали в процессе резания.

Наблюдения показали, что в зависимости от условий работы возбужденные колебания детали и инструмента могут быть низкочастотными (50-300 Гц) или высокочастотными (800-3000 Гц), возникают они одновременно или независимо друг от друга. Как правило, низкочастотные колебания имеет деталь, а высокочастотные - инструмент. Низкочастотные колебания создают грубую волнистость обработанной поверхности, а высокочастотные колебания - мелкую "рябь".

Причинами возникновения автоколебаний при резании могут быть:

- непостоянство силы трения сходящей стружки о резец и резца о заготовку;

- непостоянство нароста, приводящее к изменению в процессе резания угла резания и площади поперечного сечения среза;

- неравномерное упрочнение срезаемого слоя по его толщине;

- запаздывание сил резания при перемещениях инструмента.

6. Влияние условий резания на параметры вибраций

Исследованиями установлено, что существует "критическая зона" скоростей резания, в пределах которой усиливаются автоколебания. Ширина "критической зоны" зависит от жесткости системы, ширины и толщины срезаемого слоя, геометрии инструмента и свойств обрабатываемого материала.

Экспериментальные исследования вибраций показали, что частота колебаний не зависит ни от режима резания, ни от геометрии инструмента, а определяется жесткостью и массой системы СПИД, возрастая при увеличении жесткости и уменьшении массы. В то же время амплитуда колебаний в отличие от частоты зависит не только от массы и жесткости колебательной системы, но и от рода обрабатываемого материала, геометрических параметров инструмента и режима резания. Постоянство частоты и переменность амплитуды колебаний при изменении условий резания свидетельствуют об автоколебательной природе вибраций.

Влияние элементов режима резания на амплитуду автоколебаний. Амплитуда автоколебаний зависит как от размеров срезаемого слоя, так и от скорости резания. При увеличении скорости резания вибрации сначала возрастают, а после достижения определенного значения скорости начинают уменьшаться. Чем больше подача, тем меньше величина скорости резания, начиная с которой вибрации уменьшаются.

При увеличении глубины резания (ширины срезаемого слоя) амплитуда автоколебаний увеличивается. Влияние подачи на вибрации меньшее, чем скорости и глубины резания. С увеличением подачи (толщина срезаемого слоя) вибрации уменьшаются.

Влияние обрабатываемого материала на амплитуду автоколебаний. При обработке сталей, особенно вязких, вибрации сильнее, чем при обработке чугунов.

При увеличении твердости и предела прочности обрабатываемого материала вибрации уменьшаются.

Влияние геометрических параметров инструмента на амплитуду автоколебаний. Правильный выбор геометрии инструмента, особенно главного угла в плане ц, является наиболее простым способом уменьшения вибраций. Например, увеличение угла ц в 3 раза (с 30° до 90°) позволяет в ряде случаев повысить предельную глубину резания в 8 раз. Поскольку с увеличением главного угла в плане уменьшается ширина срезаемого слоя и увеличивается его толщина, то амплитуда колебаний уменьшается.

Сильное влияние на величину вибраций оказывает передний угол г, при уменьшении которого и переходе в область отрицательных значений амплитуда колебаний резко возрастает. Чем меньше передний угол, тем больше зона скоростей резания, при которых возникают вибрации.

7. Методы повышения устойчивости процесса резания

Повышение жесткости колебательной системы СПИД. При увеличении жесткости повышается собственная частота колебаний системы и поэтому снижается вероятность возникновения вибраций. Жесткость системы может быть повышена применением коротких и жестких инструментов, люнетов, жестких (но не массивных) приспособлений для крепления инструмента и заготовки, уменьшением биения шпинделя и люфтов суппорта, а также применением наиболее рациональных схем обработки.

Уменьшение массы колебательных систем. Уменьшение массы колебательных систем заготовки (заготовка, шпиндель, пиноль и др.) и инструмента (инструмент, резцедержатель, суппорт и др.) повышает собственную частоту колебаний системы и снижает вибрации. Особенно эффективно уменьшение массы для системы заготовки. Для снижения массы применяют менее массивные (но достаточно жесткие) патроны, минимальные вылеты пиноли и инструмента.

Повышение демпфирующей способности колебательной системы СПИД. Увеличить демпфирующую способность узлов колебательной системы можно различными путями:

- применением демпфирующих прокладок;

- изготовлением корпусов инструментов из материалов с большим декрементом затухания (например, резцов с державками из чугуна);

- введением в колебательную систему специальных приборов - виброгасителей, препятствующих возникновению вибраций.

Действие виброгасителей основано на повышении сил сопротивления в колебательной системе. Рациональная геометрия инструмента. Выбор геометрических параметров инструмента проводят не только в зависимости от физико-механических свойств обрабатываемого материала, но также и в зависимости от жесткости системы СПИД. Снижение вибраций за счет геометрических параметров инструмента не является универсальным методом. Например, увеличение главного угла в плане, хотя и вызывает уменьшение вибраций, но вместе с тем увеличивается интенсивность износа режущего инструмента.

Не всегда целесообразно применение и большого переднего угла (малого угла резания), большого вспомогательного угла в плане и малого радиуса при вершине в плане. трение металлообработка автоколебание

При черновой и получистовой обработке устранение низкочастотных вибраций заготовки может быть достигнуто путем специальной заточки у резца отрицательной фаски (0,1…0,3 мм.) вдоль главной режущей кромки с образованием большого отрицательного переднего угла: ф = -(80 ч 85)?.

Все указанные выше способы и средства гашения автоколебательных вибраций имеют определенную область применения. Поэтому предварительно необходимо определить тип вибраций, выявить доминирующую колебательную систему, частоту и амплитуду вибраций. В целом желательно использовать такие средства устранения или уменьшения вибраций, которые не снижали бы производительности обработки.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Баллистика движения материальной точки в случае нелинейной зависимости силы сопротивления от скорости. Зависимости коэффициента лобового сопротивления от числа Рейнольдса для шара и тонкого круглого диска. Расчет траектории движения и силы сопротивления.

    статья [534,5 K], добавлен 12.04.2015

  • Сущность закона определения максимальной силы трения покоя. Зависимость модуля силы трения скольжения от модуля относительной скорости тел. Уменьшение силы трения скольжения тела с помощью смазки. Явление уменьшения силы трения при появлении скольжения.

    презентация [265,9 K], добавлен 19.12.2013

  • Силы, возникающие между соприкасающимися телами при их относительном движении. Определение величины и направления силы трения скольжения, закон Амонтона—Кулона. Виды трения в механизмах и машинах. Сцепление с поверхностью как обеспечение перемещения.

    презентация [820,2 K], добавлен 16.12.2014

  • Анализ аксиоматики динамики. Понятие инерциальных систем отсчета. Область применимости механики Ньютона. Понятие взаимодействий и сил. Фундаментальные взаимодействия в природе. Силы трения, сопротивления и тяжести. Особенности движения в поле силы.

    презентация [2,9 M], добавлен 08.10.2013

  • Гипотезы сопротивления материалов, схематизация сил. Эпюры внутренних силовых факторов, особенности. Три типа задач сопротивления материалов. Деформированное состояние в точке тела. Расчёт на прочность бруса с ломаной осью. Устойчивость сжатых стержней.

    курс лекций [4,1 M], добавлен 04.05.2012

  • Причина возникновения силы трения и ее примеры: движение оси колеса, шарик, катящийся по горизонтальному полу. Формулы расчета силы трения в физике. Роль силы трения в жизнедеятельности на Земле: осуществление ходьбы, вращение ведущих колес экипажа.

    презентация [90,8 K], добавлен 16.01.2011

  • Понятие автоколебаний как незатухающих колебаний, которые происходят в замкнутой системе при наличии обратной связи и внешнего источника постоянной энергии. Примеры автоколебаний в естественных природных процессах. Механические примеры автоколебаний.

    презентация [1,7 M], добавлен 10.09.2013

  • Определения и классификация колебаний. Способы описания гармонических колебаний. Кинематические и динамические характеристики. Определение параметров гармонических колебаний по начальным условиям сопротивления. Энергия и сложение гармонических колебаний.

    презентация [801,8 K], добавлен 09.02.2017

  • Закон движения груза для сил тяжести и сопротивления. Определение скорости и ускорения, траектории точки по заданным уравнениям ее движения. Координатные проекции моментов сил и дифференциальные уравнения движения и реакции механизма шарового шарнира.

    контрольная работа [257,2 K], добавлен 23.11.2009

  • Методика и особенности проверки зависимости периода колебаний от емкости и определения индуктивности катушки, а также сопротивления катушки от периода колебаний. Анализ и оценка взаимосвязи логарифмического декремента затухания от сопротивления контура.

    курсовая работа [101,6 K], добавлен 21.09.2010

  • Составление баланса мощностей. Напряжение на зажимах цепи. Схема соединения элементов цепи. Реактивные сопротивления участков цепи. Параметры катушки индуктивности. Мощность, потребляемая трансформатором. Токи, протекающие по обмоткам трансформатора.

    контрольная работа [140,8 K], добавлен 28.02.2014

  • История возникновения силы трения - процесса взаимодействия тел при их относительном движении (смещении) либо при движении тела в газообразной или жидкой среде. Возникновение сил трения скольжения и покоя на стыке соприкасающихся тел, способы уменьшения.

    реферат [1,2 M], добавлен 30.07.2015

  • Гравитационные, электромагнитные и ядерные силы. Взаимодействие элементарных частиц. Понятие силы тяжести и тяготения. Определение силы упругости и основные виды деформации. Особенности сил трения и силы покоя. Проявления трения в природе и в технике.

    презентация [204,4 K], добавлен 24.01.2012

  • Сопротивление от трения в буксах или подшипниках полуосей троллейбусов. Нарушение симметрии распределения деформаций по поверхности колеса и рельса. Сопротивление движению от воздействия воздушной среды. Формулы для определения удельного сопротивления.

    лекция [359,7 K], добавлен 14.08.2013

  • Основные сведения о термометрах сопротивления и металлах, применяемых для их изготовления. Автоматические компенсационные приборы для работы с малоомными термометрами сопротивления. Общие сведения об автоматических уравновешенных мостах. Логометры.

    реферат [513,9 K], добавлен 27.02.2009

  • Метод комплексных амплитуд. Напряжение на активном сопротивлении. Применение комплексных величин для расчётов цепей переменного тока. Отношение комплексной амплитуды напряжения к амплитуде силы тока. Определение комплексного сопротивления участка цепи.

    реферат [280,7 K], добавлен 20.03.2016

  • Физический аспект образования сил тяги и торможения поезда. Форма и величина опорной поверхности, в которой колесо опирается на рельс. Ориентация опорной поверхности в форме эллипса, ее размеры. Классификация сил сопротивления движению, его составляющие.

    презентация [213,0 K], добавлен 14.08.2013

  • Определение зависимости сопротивления сети от скорости потока, расчет сопротивления для определенного значения. Принцип работы и внутреннее устройство насосной установки, определение расхода воды в зависимости от перепада давления на дифманометре.

    курсовая работа [75,8 K], добавлен 21.02.2009

  • Определение свойств объекта, подлежащего исследованию. Изменение сопротивления медного проводника. Процессы распространения тепловой энергии. Идентификация типа дифференциального уравнения. Входной и выходной параметры. Размерность входного возмущения.

    курсовая работа [190,5 K], добавлен 13.03.2014

  • Понятие и физическое обоснование сухого трения, условия его возникновения, разновидности: скольжения и качения. Сущность соответствующих законов, сформулированных Кулоном. Вибродиагностика параметров сухого некулонова трения. Модель Барриджа и Кнопова.

    доклад [231,7 K], добавлен 15.10.2014

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.