RU2600608C1 - Способ механической обработки резанием осесимметричных деталей - Google Patents
Способ механической обработки резанием осесимметричных деталей Download PDFInfo
- Publication number
- RU2600608C1 RU2600608C1 RU2015114946/02A RU2015114946A RU2600608C1 RU 2600608 C1 RU2600608 C1 RU 2600608C1 RU 2015114946/02 A RU2015114946/02 A RU 2015114946/02A RU 2015114946 A RU2015114946 A RU 2015114946A RU 2600608 C1 RU2600608 C1 RU 2600608C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cutting
- machining
- residual stresses
- layers
- formation
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23B—TURNING; BORING
- B23B1/00—Methods for turning or working essentially requiring the use of turning-machines; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Turning (AREA)
- Milling Processes (AREA)
Abstract
Способ предназначен для механической обработки осесимметричных деталей и включает воздействие под усилием режущего инструмента на вращающуюся деталь. Предельную скорость резания определяют по приведенной формуле в зависимости от критического значения разности температуры поверхностного и центрального слоев обрабатываемой детали, приводящей к появлению термопластических деформаций в поверхностных слоях детали и образованию остаточных напряжений, подачи резца за один оборот изделия и глубины резания. Достигается определение предельных режимов механической обработки резанием из условий предотвращения образования остаточных напряжений, определяющих точность и качество поверхностного слоя обрабатываемых деталей.
Description
Изобретение относится к технологии машиностроения, в частности к обработке материалов резанием, и предназначено для механической обработки осесимметричных деталей.
Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ механической обработки материалов, включающий закрепление заготовки в шпинделе токарного станка, воздействие технологического инструмента (резца) на вращающуюся заготовку с механическим удалением слоя материала с поверхности заготовки (см. Трембач Е.Н., Мелентьев Г.А., Схиртладзе А.Г., Борискин В.П., Пульбере А.И. / Резание материалов: учебник. Старый Оскол, ТНТ, 2009, с. 36).
Механическая обработка в основном является завершающим этапом производства деталей, при котором формируется точность детали и качество ее поверхности.
При механической обработке основными технологическими параметрами являются скорость резания v, измеряемая в м/мин; подача резца за один оборот заготовки s в мм/об; t глубина резания в мм.
Недостатком известного способа, принятого за прототип, является то, что он не дает зависимостей, связывающих технологические параметры процесса резания. Другим недостатком известного способа является то, что он не определяет температурных условий на контакте инструмент - деталь, приводящих к появлению остаточных напряжений в поверхностных слоях детали. Остаточные напряжения при этом влияют на качество детали при последующей эксплуатации и возможное изменение геометрических размеров за счет релаксации остаточных напряжений при эксплуатации.
Признаки прототипа, совпадающие с признаками заявляемого решения - воздействие под усилием режущего инструмента на вращающуюся деталь.
Задачей изобретения является определение предельных режимов механической обработки резанием из условий предотвращения образования остаточных напряжений, определяющих точность и качество поверхностного слоя обрабатываемых деталей.
Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе механической обработки резанием осесимметричных деталей из стали 40ХН, включающем воздействие под усилием режущего инструмента на вращающуюся деталь, согласно изобретению определяют критическое значение разности температуры поверхностного и центрального слоев обрабатываемой детали, приводящей к появлению термопластических деформаций в поверхностных слоях детали и образованию остаточных напряжений ΔТкр, с учетом которой определяют предельную скорость резания νпр по формуле:
где: а, b, с, d - эмпирические коэффициенты процесса резания, равные а - 148,8, b - 0,4, с - 0,24, d - 0,1;
s - подача резца за один оборот изделия, мм/об;
t - глубина резания, мм.
Признаки предлагаемого способа, отличительные от прототипа, - определение предельной скорости резания в зависимости от технологических параметров процесса. Благодаря этому повышается точность и качество поверхностного слоя обрабатываемых деталей.
Механическая обработка детали резанием сопровождается интенсивным выделением тепла в точке контакта резца и обрабатываемой детали. При значительном разогреве в детали возникают термические напряжения, которые носят упругий характер. Однако при определенных градиентах температур возможно появление термопластических деформаций, которые при последующем охлаждении приводят к возникновению остаточных напряжений в поверхностном обрабатываемом слое. Наличие остаточных напряжений является нежелательным, поскольку их величина и знак (растяжение или сжатие) определяют точность и качество поверхности обработанной детали.
Остаточные напряжения после изготовления деталей могут привести к изменению геометрических размеров, за счет релаксации остаточных напряжений. Остаточные напряжения могут привести к короблению и нарушению точности изделия, что особенно важно при производстве высокоточных деталей. Наличие остаточных растягивающих напряжений может приводить к появлению микротрещин с последующим ростом до макротрещин и разрушением деталей.
Для оценки термоупругого состояния осесимметричного тела под действием разности температур поверхностного и центрального слоев детали и возможного появления пластических деформаций решается задача термоупругости для осесимметричного цилиндрического тела.
Термоупругому состоянию заготовки соответствуют следующие выражения для напряжений (см. Тимошенко С.П., Гудьер Дж. Теория упругости. М.: Наука, 1975, с. 451).
где σr, σθ, σz, - напряжения в радиальном, окружном и осевом направлении соответственно;
α - коэффициент линейного температурного расширения материала заготовки;
E - модуль упругости материала изделия;
ν - коэффициент Пуассона;
R - радиус изделия;
T (r) - температурная функция;
r - радиальная координата.
Контактный разогрев при механической обработке локализуется в тонком поверхностном слое, поэтому полагаем, что распределение температуры по сечению изделия описывается экспоненциальной зависимостью вида:
где β - эмпирический показатель.
Обозначив температуру поверхности изделия через Tk, из условия Tr=R=Tk найдем показатель β и получим температурную функцию, соответствующую контактному разогреву изделия в процессе механической обработки в следующем виде:
Зависимость (3) положена в основу последующих расчетов термоупругих напряжений, возникающих в изделии за счет контактного разогрева. Подставляя зависимость (3) в соотношения (1), после интегрирования и преобразования имеем:
Численный анализ соотношений (4) говорит о том, что наибольшие температурные напряжения возникают в поверхностных слоях детали , где и можно ожидать появление остаточных напряжений. При этом выражения (4) примут вид:
Последнее из соотношений (5) следует из закона Гука для осесимметричного напряженного состояния при и εz=0.
Возможному появлению остаточных напряжений в поверхностных слоях изделия предшествует переход обрабатываемого металла в пластическое состояние. Для оценки этого перехода используем критерий удельной энергии формоизменения (условие Губера-Мизеса):
где σi - интенсивность напряжений, МПа;
σT - предел текучести обрабатываемого материала, МПа.
Условие пластичности (6) для поверхностных слоев упрощается и принимает вид:
Уравнение (7) позволяет по известному значению σT для обрабатываемого материала определить σθ и из уравнения (5) найти критическое значение ΔTкр, и значение , превышение которого приведет в последующем к появлению остаточных напряжений.
Из литературы известна зависимость разности температуры между поверхностью и центральной частью обрабатываемой заготовки ΔT, зависящая от основных технологических параметров процесса резания, которая может быть выражена в общем виде как
где ν скорость резания м/мин;
t - глубина резания, мм;
s - подача за один оборот, мм/об;
a, b, c, d - эмпирические коэффициенты.
Прологарифмировав выражение (8), получим
из которого определяются предельные скорости резания как основного технологического параметра, определяющего производительность процесса механической обработки
Пример конкретной реализации
Подвергнем обработке резанием заготовку диаметром 50 мм из стали 40ХН при температуре цеха 20°С. Для заданной стали уравнение (8) имеет следующий вид (см. Даниелян А.М. Тепловой баланс при резании металлов. М.: издательство АН СССР, 1955)
из которого следует
Для заданной стали уравнение (10) примет вид
Для данной стали 40ХН при температуре цеха 20°С σT=7,85·102 МПа, из решения уравнения (5) получим ΔТкр=412,2°С.
Для t=4 мм и s=0,2 мм/об получим значение предельной скорости резания νпр=12,55 м/мин.
Использование заявляемого способа позволяет определить предельные режимы механической обработки резанием, исключающие образование остаточных напряжений с учетом технологических параметров.
Claims (1)
- Способ механической обработки резанием осесимметричных деталей из стали 40ХН, включающий воздействие под усилием режущего инструмента на вращающуюся деталь, отличающийся тем, что определяют критическое значение разности температуры поверхностного и центрального слоев обрабатываемой детали, приводящей к появлению термопластических деформаций в поверхностных слоях детали и образованию остаточных напряжений ΔТкр, с учетом которой определяют предельную скорость резания νпр по формуле:
где: а, b, с, d - эмпирические коэффициенты процесса резания, равные а - 148,8, b - 0,4, с - 0,24, d - 0,1;
s - подача резца за один оборот изделия, мм/об;
t - глубина резания, мм.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015114946/02A RU2600608C1 (ru) | 2015-04-21 | 2015-04-21 | Способ механической обработки резанием осесимметричных деталей |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015114946/02A RU2600608C1 (ru) | 2015-04-21 | 2015-04-21 | Способ механической обработки резанием осесимметричных деталей |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2600608C1 true RU2600608C1 (ru) | 2016-10-27 |
Family
ID=57216367
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015114946/02A RU2600608C1 (ru) | 2015-04-21 | 2015-04-21 | Способ механической обработки резанием осесимметричных деталей |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2600608C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2659555C1 (ru) * | 2017-09-18 | 2018-07-02 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Способ обработки резанием осесимметричных деталей |
RU2742759C1 (ru) * | 2020-07-20 | 2021-02-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Способ механической обработки резанием осесимметричных деталей |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU679319A1 (ru) * | 1978-02-15 | 1979-08-18 | Институт Проблем Надежности И Долговечности Машин Ан Белорусской Сср | Способ обработки нежестких заготовок |
SU1458083A1 (ru) * | 1987-02-10 | 1989-02-15 | Ленинградский институт инженеров железнодорожного транспорта им.акад.В.Н.Образцова | Способ определени оптимальной скорости резани |
-
2015
- 2015-04-21 RU RU2015114946/02A patent/RU2600608C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU679319A1 (ru) * | 1978-02-15 | 1979-08-18 | Институт Проблем Надежности И Долговечности Машин Ан Белорусской Сср | Способ обработки нежестких заготовок |
SU1458083A1 (ru) * | 1987-02-10 | 1989-02-15 | Ленинградский институт инженеров железнодорожного транспорта им.акад.В.Н.Образцова | Способ определени оптимальной скорости резани |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ТРЕМБАЧ Н.Е. и др. "Резание металлов", Старый Оскол, ТНТ, 2009, с.36. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2659555C1 (ru) * | 2017-09-18 | 2018-07-02 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Способ обработки резанием осесимметричных деталей |
RU2742759C1 (ru) * | 2020-07-20 | 2021-02-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Способ механической обработки резанием осесимметричных деталей |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Hou et al. | Influence of cutting speed on cutting force, flank temperature, and tool wear in end milling of Ti-6Al-4V alloy | |
Roy et al. | Ultrasonically assisted machining of titanium alloys | |
D’addona et al. | Analysis of surface roughness in hard turning using wiper insert geometry | |
Duan et al. | Finite element simulation and experiment of chip formation process during high speed machining of AISI 1045 hardened steel | |
CN107175475A (zh) | 一种长薄壁筒形零件的加工方法 | |
RU2600608C1 (ru) | Способ механической обработки резанием осесимметричных деталей | |
RU2659555C1 (ru) | Способ обработки резанием осесимметричных деталей | |
Kumar et al. | Investigation of tool wear and optimization of process parameters in turning of EN8 and EN 36 steels | |
JP2018153907A (ja) | 研削加工シミュレーション装置及び方法 | |
RU2742759C1 (ru) | Способ механической обработки резанием осесимметричных деталей | |
Duan et al. | Finite element simulation and experiment of chip formation process during high speed machining of AISI 1045 hardened steel | |
Maračeková et al. | Effect of clamping pressure on parts inaccuracy in turning | |
JPH03149180A (ja) | 複写機ドラム用薄肉アルミニウム管の製造方法 | |
Kirsanov et al. | Machinability of calcium steel in deep hole drilling with small diameters gun drills | |
Chinchanikar et al. | Experimental investigationson chip formation and plowing cutting forces during hard turning | |
Alam et al. | Surface texture investigation in high speed flat end milling of Ti-6Al-4V | |
Bilek et al. | Stress analysis of the rotating circular saw blade | |
Osička et al. | Influence of cutting tool overhangs at machining of hardened steels | |
CN105773094A (zh) | 一种滚剪刀片隔套的制作工艺 | |
RU2518213C2 (ru) | Способ изготовления прямозубого цилиндрического зубчатого колеса | |
Krajewska-Śpiewak et al. | A method for determination of the minimal thickness of the cutting layer during precision machining performed with the indexable cutting tools | |
Dyakonov et al. | Experimental research of cutting forces during microgrinding | |
Otko et al. | Identification and analysis of residual stresses in the axisymmetric workpiece existing before and after machining | |
Polák et al. | Effect of type of cutting tips on cutting forces in turning | |
Labuda | The influence of cutting parameters on cutting forces and surface roughness |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200422 |