Влияние качества поверхности на работоспособность деталей машин

ckquote>

      Наиболее широко применяемыми СОТС являются смазочно-охлаждающие  жидкости (СОЖ). Применение СОЖ при  резании металлов увеличивает стойкость  режущего инструмента, улучшает качество обработанной поверхности и снижает  силу резания. В настоящее время  применение технологических сред считают  одним из основных способов улучшения  процессов резания труднообрабатываемых материалов. Следует отметить, что  эффективность применения технологических  сред определяется их физико-химическим составом и способом подачи в зону резания.

      Применение СОЖ при  обработке труднообрабатываемых материалов позволяет значительно повысить их обрабатываемость. Применяемые в  настоящее время в машиностроении смазывающе-охлаждающие жидкости, газовые  среды и твердые смазки обладают рядом характерных воздействий  на обрабатываемый материал и обрабатывающий его инструмент, определяющих их эффективность  и область применения. Среди основных выделяют следующие воздействия:

      1. Охлаждающее действие. Как уже говорилось, нержавеющие  и жаропрочные материалы обладают  низкой теплопроводностью и большая  часть тепла, образующегося в  зоне резания, передается инструменту,  снижая его стойкость. Подводимая  в зону резания СОЖ забирает  на себя значительную часть  образующегося тепла, сокращая  тем самым отвод тепла в  инструмент и повышая его стойкость  в несколько раз.

      2. Смазывающее действие. Это действие проявляется в  том, что СОЖ, попадая в зону  контакта, образует на контактных  поверхностях адсорбционный смазочный  слой. Этот слой приводит к  снижению интенсивности схватывания  трущихся поверхностей (т. е. к  снижению коэффициента трения), вследствие  их разъединения, обусловленного  расклинивающим давлением жидкости, и износа контактирующих поверхностей.

      3. Смывающее действие. Это действие определяется способностью  применяемой СОЖ ускорить процесс  удаления образующейся стружки  из зоны резания. Эффективность  этого воздействия определяется  видом СОЖ, величиной ее расхода  и давления, а также размерами  и формой стружки.

      4. Диспергирующее (разрушающее) действие. Оно проявляется в том, что применение при обработке некоторых СОЖ облегчает процесс разрушения обрабатываемого материала в месте контакта его с режущими кромками инструмента, а, следовательно, способствует уменьшению работы и сил резания по сравнению с обработкой всухую[4].

 

2.4 Назначение режимов  резания

 

      Таблицы режимов резания  при сверлении заготовок из различных  труднообрабатываемых материалов составлены по зависимостям, установленным в  наиболее целесообразных диапазонах скоростей  резания, для сверл из быстрорежущей  стали Р6М5К5 и для сверл из твердых  сплавов. Рекомендуемые подачи при  сверлении, скорости резания, осевые силы, крутящие моменты и эффективные мощности приведены в таблицах [5].

      Сверление с вибрациями заготовок из труднообрабатываемых сплавов применяют при обработке  отверстий диаметром 4-20мм и глубиной 5-20 диаметров. Для этого рассчитаны режимы резания с вибрацией.

      Сверление с внутренним подводом СОЖ рекомендуется применять  для обработки отверстий глубиной до 15 диаметров сверла в заготовках из теплостойких сталей (группы I), хромистых  коррозионностойких сталей (группы II) и хромоникелевых коррозионностойких сталей (группы III). При сверлении  с внутренним подводом СОЖ обеспечивается снижение температуры резания, надежный отвод стружки, повышение производительности обработки до 2 раз по сравнению  с охлаждением сверл поливом[5].

 

3 Выбор технических  ограничений и  параметров оптимизации  для математической  модели

 

      Хотя имеется много  работ, посвященных вопросам применения СОТС при обработке резанием, вопросы, связанные с использованием их при  обработке труднообрабатываемых материалов, исследованы недостаточно.

      Имеющиеся работы по оптимизации  не охватывают область обработки  специальных марок нержавеющих, жаропрочных и высокопрочных  сталей и сплавов. Существующие рекомендации по выбору рациональных параметров обработки  этих материалов содержат ограниченные сведения о влиянии функциональных свойств СОТС на режимы резания. Недостаточно информации и по оценке достижимого  уровня повышения производительности при применении различных СОТС, что  затрудняет обоснование их выбора в  различных условиях обработки.

      Поэтому возникает вопрос создания математической модели расчета режимов резания труднообрабатываемых материалов с учетом температуры резания и влияния СОТС.

      Очевидно, что при обработке  труднообрабатываемых сталей и сплавов  одним из первых технических ограничений  для оптимизации и регулирования  процесса обработки надо использовать температуру в зоне резания.

 

      Ограничение 1. Допустимая температура резания.

      где t — глубина резания, мм;

      S — подача, мм/об;

      V — скорость резания,  м/мин;

      C_λ — константа, учитывающая условия резания;

      x_λ, y_λ, z_λ — показатели степени.

 

      Ограничение 2. Режущие возможности инструмента.

      Устанавливает взаимосвязь  между скоростью резания, обусловленной принятой стойкостью инструмента, глубиной резания, подачей, с одной стороны, и скоростью резания, определяемой кинематикой станка, с другой стороны.

      где C_v — постоянный коэффициент, характеризующий нормативные условия обработки;

      D — диметр инструмента, мм;

      K_v — общий поправочный коэффициент на скорость резания;

      T — принятая стойкость инструмента, мин;

      m — показатель относительной стойкости;

      q — показатель степени при D.

 

      Ограничение 3,4,5,6. По кинематике станка (наименьшая и наибольшая допустимые скорости и подачи станка).

  

      Ограничение 7. Мощность электродвигателя привода главного движения станка.

      Устанавливает взаимосвязь  между эффективной мощностью, затрачиваемой  на процесс резания, и мощностью  электропривода главного движения станка.

      Учитывают, что крутящий момент вследствие возникающих усилий резания должен быть меньше крутящего  момента, развиваемого станком по мощности установленного на нем электродвигателя, то есть

      где С_m — постоянный коэффициент, учитывающий влияние на усилие резания обрабатываемого материала и других условий обработки;

      К_р — общий поправочный коэффициент, учитывающий условия обработки;

      q, y — показатели степеней соответственно при D, S;

      N_ст — мощность электродвигателя главного привода станка, кВт;

      ? — коэффициент полезного действия передачи от электродвигателя главного привода до инструмента.

      Преобразуя неравенство, получаем

  

      Ограничение 8. Заданная производительность станка.

      Производительность станка определяется из выражения

      где R — теоретическая производительность станка, шт/ч.;

      К_з — коэффициент загрузки станка;

      r_R — число деталей, одновременно обрабатываемых на одной позиции.

      Продолжительность цикла  работы станка Т_ц = 1/Q , или

      Время цикла определяется по формуле

      где Т_о — основное технологическое время, мин;

      Т_в.н — вспомогательное не перекрываемое время, мин.

      Основное технологическое  время определяется по формуле

      где L — длина рабочего хода инструмента.

      Учитывая, что время  цикла работы станка должно быть больше времени цикла, определяемого суммой (Т₀+Т_в.н) получаем следующее неравенство

 
  

      Ограничение 9. Прочность механизма подач станка.

      Усилие подачи Р_о, действующее на инструмент, не должно превышать усилие подачи cтанка P_под.ст..

 
  

      Ограничение 10. Прочность режущего инструмента.

  

      Ограничение11. Жесткость режущего инструмента.

      Критерием оптимальности  целесообразно принять основное технологическое время (или величину, обратную nS):

 
nS — max

      Выбранные технические  ограничения, отражающие с определенной точностью физический процесс резания  в совокупности с критерием оптимальности, позволяют построить математическую модель процесса резания. Однако решение  задачи по оптимизации режимов резания  с использованием степенных зависимостей для технических ограничений  представляет определенную трудность.

      Одним из первых подходов к параметрической оптимизации  технологических процессов является метод линейного программирования. В основе этого метода лежит построение математической модели, включающей совокупность технических ограничений и упрощенный вид оценочной функции, приведенных  к линейному виду логарифмированием. Для решения этой задачи могут  быть использованы методы перебора, симплексный  и др., а также графический, наглядно представляющий математическую модель процесса резания[6].

      Для использования метода линейного программирования производится линеаризации оценочной функции  и ограничений путем логарифмирования и приведения к виду:

a_1iln(n) + a_2iln(S) = b_i 

      Т.е. получаем математическую модель процесса резания, выраженную системой линейных неравенств, которые ограничивают область допустимых значений n и S.

      Графическая интерпретация  системы технических ограничений  представлена рисунком 3.1. В этом случае каждое техническое ограничение  представляется граничной прямой, которая  определяет полуплоскость, где возможно существование решений системы  неравенств. Номера прямых соответствуют  номерам выбранных ограничений. Граничные прямые, пересекаясь, образуют многоугольник решений, внутри которого любая точка удовлетворяет всем без исключения неравенствам.