Комплексные способы эффективной обработки резанием - Ермаков Ю.М.
ISBN 5-217-03160-3
Скачать (прямая ссылка):
Ayjx=Ftwl(abw),
где abw - объем слоя металла, срезаемого за единицу времени: минуту, секунду.
Удельная работа принята за энергетический критерий, который называют удельной энергоемкостью процесса резания [32] или удельной энергией резания. Критерий удельной энергоемкости процесса резания в отличие от разрешающей способности, позволил сопоставить энергозатраты различных по физической сущности способов обработки. Наименьшие энергозатраты у способов пластического деформирования - прокатки, штамповки, прессования. В обработке резанием^ наибольшие энергозатраты при абразивной обработке, они почти на два порядка выше, чем при лезвийной. Энергозатраты физических и химических способов обработки на три порядка выше, чем при лезвийной обработке (см. рис. 1.8).
7. Наиболее общим показателем, отражающим многофакторность процесса формообразования, является сила резания, непосредственно связанная со стойкостью инструмента (см. рис. 2.6) и энергетической напряженностью процесса резания. Удельная сила резания, Н/мм2, как конечный результат преобразований удельной работы резания, является истинным выражением сущности энергетического критерия
p = FI(ab). (2.13)
Впервые показатель удельной силы резания был введен Ф. Тэйлором как давление резания ks [31] и уточнялся в дальнейшем для различных сечений среза Фишером, Никольсоном, Шлезингером, Фридрихом: ks = /?о + сI (ab), где PqWc- постоянные. Чем меньше толщина среза, тем больше удельная сила и работа резания, причем в степенной зависимости, что подтверждается экспериментальными данными по силам резания с пересчетом на удельную по площади среза силу (рис. 2.9).
КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕЗАНИЯ
45
Несмотря на огромную разницу в удельных энергозатратах, все известные способы имеют свои целесообразные области применения. Наименее энергоемким способом при кажущейся выгоде не удается вытеснить способы с колоссальными затратами энергии.
Расхождения в оценке критериев оптимизации объясняются отсутствием ясно выраженной взаимосвязи между удельной энергией резания и стойкостью инструмента, хотя, казалось бы, чем выше скорость, тем меньше удельная энергия резания и тем лучше протекает процесс обработки. Ведь удельная энергия резания, так же как и сила резания, с ростом скорости в обычном диапазоне скоростей имеет тенденцию к снижению, несмотря на отдельные всплески (см. рис. 2.6).
Уменьшение удельной энергии резания не может од-
i\
\
f \ 1
Aw j и У W \*
>
4000
3600
3200
2800
0,03 0,06 O1OS 0,12 о,пм
Рис. 2.9. Зависимости касательной составляющей силы резания Ft и удельной силы резанияptOT толщины среза:
1 - V = 1,5 м/с; 2-у = 2 м/с; 3 - v = 2,5 м/с, условия обработки см. рис. 2.5
нозначно характеризовать эффективность процесса, так как неопределенной остается стойкость инструмента. На практике возможен такой случай, когда удельные энергозатраты минимальны, а стойкость инструмента близка к нулю. Установление связи между силовой и стойкостной зависимостями (см. п. 2.3) позволило определить универсальный критерий оценки эффективности резания. Таким критерием является удельная по объему срезаемого металла в единицу времени сила резания, Н/мм3, при скорости резания, соответствующей оптимальной размерной стойкости инструмента:
Pv1=F1IV9
(2.14)
46
ЗАВИСИМОСТИ СПОСОБОВ ОБРАБОТКИ РЕЗАНИЕМ
где V = ab\i - объемная производительность (V/ - скорость резания, соответствующая экономической линейной стойкости Tj). Сравнение удельной силы резания по площади (2.13) с удельной силой резания по объему срезаемого металла (2.14) показывает их соотношение через скорость резания:
Pv1 = W(V/T)-
Используя известное выражение для силы резания
Ft=CFaybxvkl 9 (2.15)
получим при X = 1 значение удельной по объемной производительности силы резания
Py1= Cpa'-'v?'-'. (2.16)
Исключив постоянную CF для заданной пары заготовка-инструмент, получим оператор удельной разрешающей силы
/V=^1V?'''., (2.17)
С помощью оператора оценивают способ обработки по минимальной энергии резания при экономичной стойкости, он пригоден для различных способов механической обработки вследствие реальных значений показателей степеней для различных толщин среза и скоростей. Значения показателя у и удельной разрешающей силы резания pv для заготовок из среднеуглеродистых сталей приведены в табл. 2.3.
В общем случае для конструкционных сталей при а < 0,1 мм зависимость д> от толщины среза имеет вид у = 0,3 + 4а.
2.3. Значения показателя степени д;
Ic
и удельной силы резания руирн CpW1'' = 1
Параметр Толщина а срезаемого слоя, мм
0,001 ... 0,01 Св. 0,01 ... 0,05 Св. 0,05 ... 0,1 Св. 0,1 ... 0,5
У Pv= сГ\ Н/мм3 0,3 ... 0,35 125 ... 20 0,4 ... 0,55 16...4 0,56 ... 0,7 4...2 0,75 ... 0,8 1,8 ... 1,15
КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕЗАНИЯ
47
Показатель степени к( скорости резания устанавливают экспериментально: при точении заготовок из стали 45 и стали 60 со скоростью V = 2,2 ... 4,0 м/с, kt = -0,42; при круглом шлифовании v = 25 ... 35 м/с, ki = -(0,2 ... 0,3) (по Е.И. Маслову); при высокоскоростном круглом шлифовании 60 < V < 120 м/с, kt = -0,8 (по Л.Н. Филимонову).
