Относительный износ (мкм/км) резцов при чистовом точении

Материал режущего инстру­мента	Углеро­дистая сталь	Легиро­ванная сталь	Серый чугун	Чугун, НВ 375-400
Т60К6	0,7-4	0,7-4	___	_
Т30К4	3-4	4-6	—	—
Т15К6	5-7	9-10	—	—
Т5К10		12-13	—	—
ВК9	—		—	—
ВК8	—	17-25	13-14	—
ВК6	—	—		—
ВК4	— .	25-30	—	—
ВКЗ	—	9-10
ВК2	-	-	4-26

Примечание.Данные получены при следую­щих условиях: сталь углеродистая, ов = 500-^600 МПа при скоростях резания 100 — 400 м/мин; сталь легированная, ств = 920-Н100 МПа при скоростях резания 100 — 200 м/мин; серый чугун, НВ 187 — 207 при скоростях резания 50— 150 м/мин; данные для закаленного чугуна с НВ 375 — 400 относятся к тон­кому растачиванию.

На размерный износ влияют материал ре­жущего инструмента, конструкция, геометрия и состояние лезвия, режимы обработки, жест­кость системы и другие факторы. Например, зависимость радиального (размерного) износа от времени работы Т (мин), скорости резания v (м/мин) для обработки деталей из стали 45 резцом с пластиной из твердого сплава Т15К6 может быть выражена формулой

Однако в достаточной степени обобщен­ных зависимостей размерного износа инстру­мента от указанных факторов пока нет. По­этому часто, определяя размерный износ для обрабатываемой партии деталей, исходят из ориентировочных значений относительного из­носа или задаются допустимым для данного вида обработки размерным износом инстру­мента (табл. 29).

Влияние температурных деформаций на точ­ность обработки. Теплота, образующаяся при резании, трении сопряженных деталей станков, а также внешнее тепловое воздействие приво­дят к упругой деформации технологической системы, появлению погрешностей обработки

1А_Т.

Теплота в процессе резания образуется в результате внутреннего трения между части­

29. Допустимый размерный износ (мкм) инстру­мента при обработке партии заготовок Выдерживае­мый размер, мм Обработка черно­вая чисто­вая тонкая одно­кратная До 30 30-80 Св. 30 до 80 45-120 « 80 » 180 60-150 « 180 » 360 75-200 « 360 » 500 90-250

цами обрабатываемого материала в процессе деформации (б_деф), внешнего трения стружки о переднюю поверхность резца (бп.тр) ^и по­верхности резания, обработанной поверхности о задние поверхности резца (Q_{3 хр}), отрыва стружки, диспергирования (бдисп)'

Q ~ Qдеф "I" Qn. тр Q.3. тр бдисп-

Так как механическая работа почти по­лностью переходит в теплоту,

Е Е

где Q — количество теплоты; R — работа реза­ния (R = P_zv); v — скорость резания; Е — меха­нический эквивалент теплоты.

Распределение теплоты резания между стружкой, деталью, инструментом зависит от метода, условий обработки, материала обра­батываемой детали и инструмента. Так, при обработке точением материалов с высокой те­плопроводностью (углеродистые стали) рас­пределение теплоты таково: в стружку 60 — 90%; в инструмент 3 — 5%. При такой же обработке материалов с низкой теплопровод­ностью (жаропрочные, титановые сплавы) 35 — 45% всей теплоты резания переносится в деталь, 20 — 40 % — в резец.

Наибольшее количество теплоты переходит в деталь при шлифовании (до 60 — 85 %) и свер­лении (до 60%).

Для обработки деталей на станках характе­рен одновременный перенос теплоты тепло­проводностью, конвекцией и излучением (сложный теплообмен). Изучение сложного те­плообмена встречает известные трудности, ко­торые на практике до сих пор удовлетвори­тельно не решены. При исследовании устана­вливают температурное поле (совокупность значений температуры 0 в данный момент времени т для всех точек изучаемого про­
странства) 0 =/(х, у, z, т), где х, у, z — коорди­наты точки. Температурное поле является случайным для данного станка. Если темпера­тура тела есть функция координат и времени, то температурное поле, будет нестационарным,

/ае \

т. е. зависящим, от времени — Ф 0 . Такое

V дт )

поле соответствует неустановившемуся тепло­вому режиму теплопроводности, характерному для детали и станка в начальный период ра­боты. Однако через некоторый промежуток времени происходит стабилизация теплообме­на — температура точек станка есть функция только координат точек и не изменяется с те- /50 \

чением времени —- = 0 ; температурное по-

\дт J

ле станка будет стационарным.

Средние значения деформаций, связанных со стационарными процессами, могут быть уч­тены при построении процесса и тем самым будет повышена точность обработки.

Расчет температурных полей сложных объектов обычно упрощают. Разработана при­ближенная методика определения темпера­турных деформаций деталей станков. Однако надежные данные по температурным полям, деформациям станков можно получить при экспериментальном исследовании. Только в простейших случаях, например при равно­мерном нагреве простой детали, можно вычис­лить изменение размера детали: AL=aLA0_fl, где L— размер детали; a — коэффициент ли­нейного расширения материала детали; А0_Д - изменение температуры детали. Так, при шлифовании деталей с охлаждением 0_Д = = (0_Ж + 1,5) + 1, где 0_Ж — температура охла­ждающей жидкости.

Обычно при обработке вследствие неравно­мерного нагрева происходит изменение разме­ров, формы и расположения поверхностей. Так, температура в различных точках станка различается на 10 — 60 °С, и это вызывает сме­щение и перекос оси шпинделя относительно оси детали.

Температура и температурные деформации станка в значительной степени определяются конструкцией узлов, фактическими зазорами и натягами в подшипниках, методом подачи и объемом смазочного материала.

При испытании станков на точность прове­ряют стабильность взаимного расположения рабочих органов под тепловой нагрузкой. Для круглошлифовальных станков линейное сме­щение оси шпинделя шлифовального круга от­носительно оси передней и задней бабок в ре­зультате нагрева на холостом ходу в течение 60 мин допускается 32 — 63 мкм соответствен­но для станков с наибольшим устанавли­ваемым диаметром 100 — 800 мм, а угловое смещение 4 мкм на длине 100 мм. Указанные отклонения относятся к станкам класса П. Для станков классов В и А отклонения меньше в 1,6 и 2,5 раза соответственно.

Температурные деформации вызывают не только смещение узлов станка, но и изменение жесткости станков. Так, после нагрева бесцен- трово-шлифовальных станков жесткость узлов увеличилась в 1,5 раза, отклонение формы — в 1,5 раза.

Температурные деформации могут быть существенно уменьшены:

1) обеспечением постоянства температур­ного поля в зоне установки станка: поддержа­нием в цехе определенного температурного режима (табл. 30), установкой прецизионных станков в специальных термоконстантных по­мещениях;

2) уменьшением неравномерного нагрева станков в результате: а) вынесения внутренних источников теплоты (электродвигателей, ги­дроприводов) за пределы станка; б) примене­ния систем для поддержания определенной температуры смазочного масла; СОЖ; в) ис­кусственного нагрева отдельных частей стан­ка;

3) уменьшением влияния температурных деформаций путем выбора материалов дета­лей и оптимальных Направлений (не совпадаю­щих с направлением выдерживаемого размера) температурных деформаций, применения устройств для компенсации температурных смещений;

4) эксплуатационными мероприятиями: правильной установкой станков, своевре­менным регулированием подшипниковых уз­лов, обработкой точных деталей после дости­жения станком стационарного теплового со­стояния (после длительного останова, на холо­стом ходу в течение 20 — 30 мин).

При простейших расчетах учитывают удли­нение резца при установившемся тепловом состоянии:

/vK₇

где С — постоянная (при t ^ 1,5 мм; s ^ 0,2 мм/об; v = 100 200 м/мин С = 4,5); L_p - вылет резца; F — площадь поперечного сечения рез-

ца, мм'

t_Q

К_т=-------- коэффициент, учитываю­щие

щий охлаждение резца из-за перерывов в ра­боте.

Температура резания при токарной обра­ботке может быть вычислена по следующим приближенным соотношениям:

для деталей из стали (ст_в = 770 МПа; 5 = = 22%)

0 = 166,5t>°'⁴r⁰'¹⁰⁵s⁰'²;

для деталей из чугуна

0 = 13Sv^0,36t°'⁰⁹s^0,133.

При шлифовании различают температуру: мгновенную 0_М, развивающуюся непосред­ственно в зоне микрорезания шлифующим зерном и являющуюся высокой (от 1000 °С до температуры плавления обрабатываемого ма­териала) и кратковременной; контактную 0_К (среднюю в зоне шлифования) в зоне контакта круга с деталью (~ 200 — 1100 °С); среднюю 0_С на поверхности шлифуемой детали (~20 — 350 °С).

30. Температурный режим в механических цехах Назначение термоконстантных участков Класс точно­сти станка, на котором произво­дится обработка Допустимые отклонения 5 (°С) температур от 20 °С при размере обрабатываемых поверхностей, мм Финишная обработка деталей типа валов и втулок и точных отверстий в шпиндель­ных коробках с целью получения заданной посадки для узлов, определяющих высокую точность изготовления В А, С D = 100 D = 500 D = 1000 + 1,5 + 1,0 + 1,0 ±0,5 + 1,0 ±0,5 Финишная обработка делительных зуб­чатых колес и дисков для получения заданного угла наклона профиля В А, С D = 100 D = 500 - + 1,5 ±1,0 + 1,0 ±0,5 - Финишная обработка ходовых винтов для получения заданных отклонений по шагу В А, С L = 1000 L = 2000 L = 4000 + 1,5 ±1,0 + 1,0 ±0,5 + 0,5 ±0,25 Нанесение делений на линейных штри­ховых мерах (металлических и стеклян­ных) для получения заданного размера В А, С L = 500 L = 1000 L = 2000 + 1,0 ±0,25 + 0,5 ±0,1 * + 0,25 ±0,05*

* Работа выполняется на полуавтоматических делительных машинах, установленных в специальных кабинах. Оператор в процессе деления в кабине не присутствует.

Местная температура при трении может достигать 250—1000 °С. Средняя температура в коробках скоростей и других подобных уз­лах 65 —80°С.

Полную погрешность обработки, связанную с температурными деформациями, обычно определить не удается. Для операций с жест­кими допусками на обработку приблизительно принимают

LA_r = 0,l + 0,4A_s,

причем для обработки лезвийным инструмен­том

£А_Т = 0,1 -г- 0,15А_Ь

при шлифовании £А_Т составляет до 30 — 40% суммарной погрешности Aj\

Методы оценки надежности технологических систем по параметрам качества изготовляемой продукции (ГОСТ 27.202 — 83) включают и ме­тоды оценки показателей надежности техноло­гических операций и процессов, а также средств технологического оснащения по точ­ности. Контроль точности технологических си­стем проводят по альтернативному (при раз­работке технологических процессов на этапе технологической подготовки производства и при управлении технологическими процесса­ми) или количественному (при определении пе­риодичности подналадок технологического оборудования, выбора методов и планов ста­тистического регулирования технологических процессов и операций и т. д.) признаку.

При контроле по количественному призна­ку определяют значения показателей точности, основными из которых являются:

коэффициент точности (по контролируемо­му параметру X)

К_т =со/Г,

где со — поле рассеяния (или размах R) значе­ний контролируемого параметра за устано­вленную наработку технологической системы, определяемое с доверительной вероятностью у по выражению со = / (у) S, здесь / (у) — коэф­фициент, зависящий от закона распределения параметра X и значения у; S — среднее квадра- тическое отклонение параметра X; Т— допуск параметра X.

Размах R определяют как разность макси­мального и минимального значений параме­тра в объединенной выборке, состоящей из се­рии мгновенных выборок со « R = Х_тах — Х_тт.

Коэффициент мгновенного рассеяния (по контролируемому параметру)

K_p(t)=w(t)/T,

где со (Г) — поле рассеяния параметра в момент времени t.

Коэффициент смещения (контролируемого параметра)

K_c = A(t)/T,

где A (t) — среднее значение отклонения пара­метра относительно середины поля допуска в момент времени t:

A(t) = |*(t)-*o|.

здесь J? (f) —среднее значение параметра; Х₀ — значение параметра, соответствующее се­редине поля допуска (при симметричном поле допуска значение Х₀ совпадает с номи­нальным значением Х_ном)-

Коэффициент запаса точности (по контро­лируемому параметру)

K₃ = O,5-K_c(t)-0,5K_p(t). Для обеспечения надежности технологиче­ской системы по параметрам точности необхо­димо в любой момент времени (в пределах установленной наработки) выполнить усло­вие К_Т^К_Т о < 1; К₃ (t) > 0, где К_{т 0} — нормативное (предельное, технически обоснованное) значение К_т.

В условиях единичного и мелкосерийного производства, когда число одноименных дета­лей не позволяет применить указанные выше коэффициенты, контроль точности технологи­ческой системы можно выполнить по альтер­нативному признаку, используя метод приве­денных отклонений (по справочному приложе­нию к ГОСТ 27.202-83). В одну выборку включают детали, характеризующиеся кон­структивным подобием и общностью техноло­гического процесса обработки.

Точность технологической операции счи­тается удовлетворительной при выполнении одного из следующих условий:

0^ Д„р/ =------ jr— < U

i

_ t <Г a _ 2 (А_д j — A₀ J

I ^ A_np i -

i

— при расчете приведенных отклонений разме­ра соответственно относительно нижнего Д_нг-, верхнего Д_ш предельных отклонений и коор­динаты середины поля допуска Д_0/; 0 ^ Д_пр/ =

= —-— ^ 1 — при расчете приведенных от-

клонений для параметров формы и располо­жения для всех деталей i = 1 ч- и, объеди­ненных В Выборку. ЗдеСЬ Дц; и Дф _д / — действительные отклонения размера и формы (расположения) г-й детали; T_t и Тф i — допуск размера и формы (расположения) г-й детали.

В одну выборку включают по нескольку эк­земпляров разных деталей. Проверку условий проводят по каждому значению Д_прг.

Показатели надежности технологических систем кроме рассмотренных показателей точ­ности включают показатели выполнения зада­ний по качеству (параметрам качества продук­ции), по технологической дисциплине и ком­плексные показатели.

Оценку выполнения заданий по параме­трам качества изготовляемой продукции прово­дят для технологических процессов (операций), влияющих на качество продукции, и по ко­торым получены неудовлетворительные ре­зультаты оценок по точности и технологиче­ской дисциплине. При оценке используют показатели вероятности выполнения задания по одному или нескольким (п) параметрам ка­чества изготовленной в момент времени t про­дукции Р_ь ..., „ (0 = Р ^ Xi(t) < X_Bi} при i = 1, ..., п.

Комплексные показатели оценки надежно­сти технологических систем по параметрам ка­чества изготовляемой продукции включают показатели надежности технологических си­стем по критериям дефектности, возвратов продукции, брака. Вероятность соблюдения норматива проверяют (обычно регистра­ционным методом) по указанным показате­лям.