Фрезерование

Особенности процесса фрезерования:

1) изменение толщины среза при движении зуба вдоль дуги контакта с заготовкой;

2) изменение сил резания при повороте фрезы;

3) переменная усадка стружки;

4) переменная форма стружки;

5) колебания температур на рабочих поверхностях зуба;

6) периодичность контакта зубьев с заготовкой, зависящая от количества зубьев, шага между ними и скорости резания.

Для математического описания законов распространения теплоты при фрезеровании, расчета температур контактных поверхностей инструмента необходимо схематизировать процесс обработки, участвующие в нем тел, установить характер распределения источников и стоков теплоты, действующих в зоне резания. В этом случае, как и при точении, фреза отодвигается от изделия и стружки.

Рис. Схематизация тепловых потоков на длине контакта зубьев фрезы с заготовкой.

Согласно А.Н. Резникову в каждом из положений зуба, определяемом углами μ1, μ2, μ3, показаны следующие источники теплообразования:

а) теплота деформации - источник q д,

б) теплота трения стружки о переднюю поверхность зуба – источник qтп,

в) теплота трения зуба об изделие – источник qтз.

Интенсивность источника q3 принимается неизменной во времени, так как в первом приближении изменением силы трения Fтр при повороте зуба можно пренебречь.

В каждом из рассматриваемых положений фрезы конкретная форма стружки заменяется комбинацией из частей с постоянным сечением. Это практически не влияет на результаты расчета, так как источники qтп и qд быстродвижущиеся, и теплота впереди них не

распространяется.

При отыскании закономерностей для контактных температур стружки в каком-либо положении μ зуба можно не учитывать форму предыдущих участков. В первом приближении это позволяет при описании температурных зависимостей, относящихся к данному участку стружки, рассматривать ее как стержень постоянного сечения, на который действуют два источника интенсивностью qтпi и qдi.

На заготовке пренебрегаем криволинейной формой поверхности резания и рассматриваем ее, как полуограниченное тело, так как размеры источников теплоты qд и qдз малы по сравнению с длиной дуги контакта.

Зуб фрезы – плоский бесконечный клин, который работает при непрерывно меняющейся величине ιп, что приводит к более длительному воздействию тепла на участки, расположенные ближе к кромке.

При расчете температуры контактных площадок со стороны зуба необходимо

а) определить средние температуры на поверхностях зуба, возникающие под действием источника, интенсивность которого распределена неравномерно, а длина ιп непрерывно меняется;

б) определить средние температуры на этих же поверхностях, возникающие под действием равномерно распределенного источника постоянной длины.

Процесс нагрева режущего клина краток и теплообмен не успевает установиться.

Рис. Схема для определения длины контакта стружки с передней поверхностью инструмента в зависимости от угла поворота зуба при фрезеровании

При фрезеровании, при прохождении зубьями зоны контакта меняются сечение среза и, соответственно, площади контакта стружки с передней поверхностью зуба.

a_z = s_z · Sin μ, μ = 0…τ.

a – толщина среза;

μ – угол поворота зуба.

При работе, например, цилиндрической фрезы конкретная форма стружки может быть заменена ступенчатым стержнем. Это не вносит существенного изменения в расчеты, поскольку имеем быстродвижущийся источник, т.е. теплота впереди лезвия не распространяется.

Для стружки применяется полуограниченное пространство, учитывается положение зуба (толщина среза) и усадка стружки. Зуб принимается бесконечным клином. Зона максимальных температур, в отличие от резца, расположена ближе к режущей кромке.

В некоторых случаях рассматривается вариант, где источник теплоты переменный во времени, а сам процесс нагрева является нестационарным.

Изделие, несмотря на криволинейную форму поверхности резания, целесообразно рассматривать как полуограниченное тело, поскольку размеры источников теплоты q_д, q_тз по сравнению с длиной дуги контакта невелики.

Окружная Р_z и нормальная P_N силы резания также зависят от угла поворота зуба:

P_z (μ) = c_p B s_z^y Sin μ; s_z^· Sin μ = а,

P_N (μ) = m(μ)· P_z(μ).

Коэффициент m определяет соотношение между силами Р_z и Р_N. Силы на задней поверхности F_тр и N_з принимаются, в первом приближении, независимыми от угла поворота зуба. Коэффициенты усадки стружки в зависимости от угла поворота изменяются в пределах ζ = 2…6, большие значения соответствуют меньшим углам поворота зуба.

Средние значения температур на контактных площадках зуба фрезы при повороте на угол μ возможно рассчитать по следующим формулам:

Θ_{п ср} = (q_п · ℓ_п / λ_р)· M₁ + (q_з · ℓ_з / λ_р) · N₂ ;

Θ_{з ср} = (q_п · ℓ_п / λ_р) · N₁ + (q_з · ℓ_з / λ_р)· M₂ .

Функции М и N рассчитываются на ЭВМ и зависят от угла поворота μ.

Порции теплоты, периодически поступающие в зуб фрезы, нагревают его, и он к концу холостого хода и началу рабочего имеет температуру, отличающуюся от температуры окружающей среды. На это влияют конструкция фрезы, ее размеры, шаг между зубьями, формы канавок, тип стружки, применение СОЖ и другие факторы.

Фрезерование (А.М.Даниелян):

Влияние на температуру резания физико-механических свойств обрабатываемого металла.

Влияние свойств обрабатываемого материала на температуру резания предопределятся тем, как они влияют на силу резания и на условия теплоотвода (теплопроводность материалов).

Наблюдается тенденция к увеличению температуры резания с повышением твердости, прочности и пластичности материала. Кроме того, необходимо учитывать микроструктуру материала. Например, для сталей температура резания выше при обработке зернистого перлита, чем при пластинчатом перлите. Структурные изменения материалов наблюдаются только в тончайших контактных слоях, толщина которых измеряется микронами.

Дата добавления: 2015-07-26