Использование колебаний для улучшения условий резания.
Выше отмечалось, что наложение на инструмент регламентированныхвынужденных колебаний в определенных случаях позволяет увеличить производительность обработки. Это, прежде всего, касается резания жаропрочных и титановых сплавов в условиях наложения ультразвуковых колебаний (f=18-20 кГц). При этом тангенциальные колебания способствуют уменьшению степени деформации и размеров зоны деформации, уменьшают наростообразование, шероховатость обработанной поверхности и составляющей силы резания. При определенных значениях амплитуды колебаний наблюдается увеличение стойкости режущего инструмента по сравнению с безвибрационным резанием.
Другим путем использования регламентированных вынужденных колебаний является наложение на инструмент низкочастотных колебаний с целью обеспечения удовлетворительного стружкодробления в условиях образования сливной стружки при обработке вязких материалов. Эти колебания создаются различного рода гидравлическими, механическими и электромагнитными вибраторами. Как правило, колебания сообщаются инструменту в направлении подачи, т.к. в этом случае они не оказывают влияния на точность и шероховатость обработанной поверхности. Для того чтобы стружколомание было устойчивым, необходима определенная связь между частотой n вращения заготовки и частотой f вынужденных колебаний инструмента. Амплитуда колебаний А от частоты вращения и частоты колебаний не зависит, а выбирается в зависимости от величины подачи s. Оптимальными соотношениями между этими параметрами являются
f/n=1,5 и А/s =0,6-0,9
Колебания инструмента при виброрезании приводят к некоторому снижению его стойкости. Кроме того, необходимо иметь на станке вибратор, что усложняет конструкцию станка. Поэтому виброрезание применяется только в тех случаях, когда другими способами обеспечить надежное дробление стружки не удается.
Исследования надежности стружкодробления показали, что стружка при точении с воздействием осевых колебаний надежно дробится при всех частотах, отличающихся от частоты вращения детали на 5-10 % и более.
Одним из путей повышения производительности и качества операций окончательной обработки является замена шлифования лезвийной обработкой (точение, растачивание) сверхтвердым инструментальным материалом (композит 01). При скорости резания 80-85 м/мин, подаче 0,04-0,05 мм/об и глубине резания 0,08-1 мм использование ультразвуковых колебаний позволяет обеспечить стойкость 120-180 мин (при критерии затупления 0,1мм), что в несколько раз превышает стойкость твердосплавного инструмента. При чистовой обработке закаленных сталей композитом 01 на оптимальных режимах обеспечивается шероховатость обработанной поверхности Ra = 0,63 мкм. При обработке с воздействием ультразвуковых колебаний шероховатость поверхности снижается примерно до Ra = 0,32-0,16 мкм, т.е. обеспечивается такая же шероховатость поверхности, как и при шлифовании. Вместе с тем этот метод улучшает качество поверхности. Обычно после обработки резанием в поверхностном слое образуются остаточные напряжения сжатия, величина которых зависит от скорости резания и переднего угла, инструмента. Введение в зону резания ультразвуковых колебаний уменьшает величину остаточных напряжений и глубину их залегания в поверхностном слое детали. Кроме того, благодаря уменьшению силы резания снижаются деформации системы СПИД и увеличивается точность обработки.
Воздействие вибрационного движения извне с помощью систем программного управления может привести к существенному повышению устойчивости системы СПИД, например, при токарной обработке нежесткой детали. Подобные системы уже находят применение впромышленности. Например, на Московском инструментальном заводе при обточке протяжек на станках с ПУ используется система гашения вибраций путем изменения подачи по треугольному или синусоидальному закону. При этом скорость изменения подачи находится в пределах 100-3000 мм/мин/с, а амплитуда силы определяется в зависимости от массы и собственной частоты доминирующей колебательной системы. Устойчивость системы к возникновению автоколебаний повышается в 2-3 раза. Кроме того, введение осциллирующего точения в кинематику процесса резания позволяет управлять процессом образования стружки и ее отводом из зоны резания. Периодическое изменение толщины среза в процессе осцилляции подачи обеспечивает надежное дробление стружки. Величина уменьшения толщины срезаемого слоя, обеспечивающая устойчивое дробление, зависит от физико-механических свойств обрабатываемого материала, параметров режима резания и находится в пределах от 0,5 до 0,9 исходной. Большие значения относятся кпроцессу дробления широких стружек. Таким образом, применение осцилирующего движения подачи позволяет повысить производительность обработки за счет значительного увеличения толщины слоя, снимаемого за один проход. В этом случае вибрация не возникает. Рост производительности достигается также за счет того, что становится возможным эффективно обрабатывать детали малой жесткости.
При воздействии вибрации значительно усиливается положительное воздействие смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) на процесс резания. Это положительное воздействие обусловлено, прежде всего, надежным периодическим омыванием режущего клина инструмента, происходящим во время его выхода из обрабатываемого материала. Вибрация, особенно ультразвуковая, при распылении СОЖ резко увеличивает интенсивность ее смазывающего, охлаждающего и диспергирующего действия. Это особо важно при сверлении отверстий, когда доступ СОЖ к режущим кромкам затруднен. Резание с осевой вибрацией характеризуется образованием дробленой стружки, которая мало препятствует проникновению СОЖ к вершине сверла и легко отводится из зоны резания. В зону резания могут поступать более крупные частицы СОЖ по сравнению со сверлением без вибрации, что позволяет применять специальные СОЖ, обладающие сильным физико-механическим действием.
Ультразвуковые осевые колебания широко используются при нарезании резьб малого диаметра метчиками. При этом крутящий момент уменьшается на 25-35 %, увеличивается стойкость метчиков и снижается вероятность их поломки.
Абразивная обработка с воздействием вибрации значительно улучшает технологические показатели. Это объясняется повышением равномерности загрузки отдельных абразивных зерен, лучшим доступом СОЖ и удалением продуктов обработки. Повышение интенсивности съема металла при абразивной обработке с воздействием вибраций объясняется постоянной сменой рабочих граней, скоростей и углов резания, а также увеличением плотности сетки следов абразивных зерен на обрабатываемой поверхности. Все это ведет к снижению действующих сил и температур, а, следовательно, повышению производительности обработки и качества поверхности. При этом ликвидируются структурные изменения в поверхностном слое детали, не образуются микротрещины, уменьшается степень упрочнения (наклеп).
Таким образом, знание природы вибраций при резании, их взаимосвязи с основными технологическими параметрами процесса, и умение правильно использовать их положительные эффекты позволяют в конечном итоге повысить выходные характеристики процесса обработки - производительность, точность, качество изделий.
Дата добавления: 2017-11-21; просмотров: 1815;