tecwy speczanie, nowe 23-11, Obróbka skrawaniem
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
5.BADANIE WSPÓŁCZYNNIKA SPĘCZANIA WIÓRA
5.1.Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest ustalenie zależności jakościowych i ilościowych dotyczących współ-
czynnika spęczania Λ
h
i położenia umownej płaszczyzny ścinania. Ponadto zapoznanie się z
metodyka wyznaczania współczynnika spęczania wióra oraz badanie wpływu parametrów
skrawania na ten współczynnik.
5.2.Wstęp
5.2.1.Obszar tworzenia wióra
K
wiór
P
ostrze
linia
skrawania
O
Rys. 5.1 Obszar tworzenia wióra przy skrawaniu swobodnym (ortogonalnym)
Trudności w przedstawieniu rzeczywistego, trójwymiarowego procesu odkształcenia pla-
stycznego w strefie skrawania powoduje, że do jego analizy rozpatruje się przypadek dwu-
wymiarowego (płaskiego) odkształcenia plastycznego, który występuje przy tzw. skrawaniu
prostokątnym (ortogonalnym) swobodnym. Na rys. 5.1 przestawiono zarys obszaru tworzenia
wióra w dowolnym przekroju prostopadłym do krawędzi skrawającej. Obszar ten jest ograni-
czony:
1.
początkową granicą odkształcenia plastycznego (linia OP),
2.
zewnętrzną granicą odkształcenia plastycznego (linia PK),
3.
końcową granicą odkształcenia plastycznego (linia KO).
5-1
W teorii skrawania metali używane są zamiennie trzy wielkości charakteryzujące proces od-
kształcenia plastycznego w strefie tworzenia wióra [1, 2, 4]:
1.
względne odkształcenie postaciowe (nie omawiane w tym ćwiczeniu),
2.
spęczanie wióra,
3.
kąt ścinania (kąt poślizgu, kąt odrywania).
5.2.2.Stopień odkształcenia plastycznego warstwy skrawanej
h
ch
l
ch
a
ch
l
h
D
b
D
Rys. 5.2
Wymiary warstwy skrawanej i wióra przy skrawaniu swobodnym (ortogonalnym)
Odkształcenie plastyczne w czasie przekształcenia elementu warstwy skrawanej (o wymia-
rach:
l
,
h
D
i
b
D
) w wiór powoduję zmianę odpowiednich wymiarów (na wymiary:
l
ch
,
h
ch
i
b
ch
). Zakładając brak zmiany gęstości materiału w procesie skrawania objętość materiału nie
ulega zmianie (rys. 5.2):
VV
ch
=
D
(5.1)
h
ch
b
ch
l
ch
= h
D
b
D
l
(5.2)
h
ch
/h
D
b
ch
/b
D
= l/l
ch
(5.3)
5-2
Λ
h
Λ
b
=
Λ
l
(5.4)
gdzie:
Λ
h
= h
ch
/h
D
- współczynnik zgrubienia wióra,
Λ
b
= b
c h
/b
D
- współczynnik rozszerzenia wióra,
Λ
l
= l/l
ch
- współczynnik skrócenia wióra.
h
D
- grubość nominalna warstwy skrawanej, definiowana (PN-92/M-01002/03) jako stosunek
przekroju poprzecznego wióra i szerokości nominalnej warstwy skrawanej:
h
= (5.5)
A
b
D
D
D
Współczynnik zgrubienia wióra Λ
h
(spęczania poprzecznego) nazywany jest
współczynni-
kiem spęczania wióra
(PN-92/M-01002/04).
UWAGA
: Dotychczas jako współczynnik spęczania wióra (oznaczenie dotych-
czasowe k
sp
) określano współczynnik skrócenia wióra (
Λ
l
= l/l
ch
):
k
sp
= l/l
ch
=
Λ
l
(5.6)
k
sp
= l/l
ch
= h
ch
/h
D
b
ch
/b
D
(5.7)
Tak więc dotychczasowy współczynnik spęczania wióra mógł być określony jako
stosunek pól poprzecznego przekroju wióra A
ch
i przekroju warstwy skra-
wanej A
D
:
Λ
l
=k
sp
= A
ch
/A
D
(5.8)
Analizując w literaturze dane dotyczące współczynnika spęczania należy zwrócić
uwagę, czy dotyczą one współczynnika skrócenia wióra.
Badania współczynników spęczania wykazują, że w praktyce przy względnie dużych warto-
ściach
b
D
/h
D
i w szczególności przy skrawaniu nieswobodnym
b
ch
/b
D
≈
1
stąd też możemy
przyjąć:
Λ
h
=
Λ
l
(5.9)
Niemniej należy zdawać sobie sprawę z przyjętych uproszczeń i dla badań podstawowych
należy wyznaczać
Λ
h
,
Λ
b
i
Λ
l
.
Współczynnik spęczania wióra jest zwykle większy od jedności i tylko dla niektórych
materiałów obrabianych (np. stopów tytanu, stal hartowana) i warunków skrawania Λ
h
≤
1
[5].
Uważa się, że spęczanie wióra jako miara odkształcenia może być przyjęta wyłącznie dla do-
datnich kątów natarcia [3]. Znając współczynnik spęczania wióra (dla przypadku Λ
h
≥
1
)
5-3
można określić szybkość spływu wióra
v
ch
po ostrzu, która jest mniejsza od szybkości skra-
wania
v
C
zgodnie ze wzorem:
v
ch
= v
C
/
Λ
h
(5.10)
Współczynnik spęczania Λ
h
jest tzw. fizycznym wskaźnikiem skrawalności materiału okre-
ślającym podatność materiału do odkształceń plastycznych w danych warunkach skrawania
[1, 2, 4] i
uważany jest za charakterystykę przybliżoną
[3]. Współczynnik spęczania Λ
h
=
1
nie musi oznaczać automatycznie braku odkształcenia w strefie tworzenia wióra. Zależy on
od materiału obrabianego, geometrii ostrza, parametrów skrawania, chłodzenia i wielu innych
czynników.
Λ
h
1
3
2
m
min
Rys. 5.3
Typowy przebieg zależności współczynnika spęczenia Λ
h
od prędkości skrawania v
c
przy obróbce stali
Typowy przebieg zmian Λ
h
podczas toczenia stali w zależności od szybkości skrawa-
nia
v
C
przedstawiono na rys. 5.3 [2]. W zakresie
1-2
wartość współczynnika spęczania
zmniejsza się co jest tłumaczone powstaniem narostu, który powoduje zwiększenie rzeczywi-
stego kąta natarcia ostrza. Powoduje to zmniejszenie odkształceń plastycznych wióra. W za-
kresie
2-3
narost zanika, zwiększa się tarcie pomiędzy wiórem a powierzchnią natarcia ostrza.
Powyżej szybkości
3
wartość współczynnika
Λ
h
zmniejsza się (spowodowane jest to zmniej-
szaniem współczynnika tarcia). Zmiany współczynnika spęczenia wióra podczas skrawania
określonych materiałów są podobne do zmian:
•
siły i mocy skrawania,
•
współczynników tarcia,
5-4
•
chropowatości powierzchni obrobionej,
•
zgniotu,
•
naprężeń w warstwie wierzchniej.
5.3.Wyznaczenie współczynnika spęczenia wióra
Współczynnik spęczenia wióra można wyznaczyć zarówno w przypadku skrawania swobod-
nego jak i nieswobodnego. Aby wyznaczyć współczynnik dla skrawania swobodnego należy
przygotować odpowiednie specjalne próbki (np. dla toczenia wzdłużnego będzie to rura) oraz
narzędzia - nie będzie to omawiane gdyż nie jest to tematem ćwiczenia. W ćwiczeniu współ-
czynnik spęczenia wyznaczany będzie dla skrawania nieswobodnego w przypadku toczenia.
Wzory przytoczone poniżej dotyczą obu przypadków skrawania.
5.3.1.Wyznaczenie współczynnika spęczenia przez pomiar przekroju po-
przecznego wióra
Zgodnie z definicja współczynnika spęczenia możemy wyznaczyć go jako stosunek przekroju
poprzecznego wióra
h
ch
i szerokości nominalnej warstwy skrawanej
h
D
. Szerokości nominal-
nej warstwy skrawanej określamy ze wzoru (5.5). Natomiast przekrój poprzeczny wióra okre-
ślamy po zatopieniu wióra w masie i wykonaniu zgładu metalograficznego. Metoda ta jest
stosowana tylko w badaniach podstawowych.
5.3.2.Wyznaczenie współczynnika spęczenia przez pomiar długości wióra
Zgodnie ze wzorem (5.9) i przyjętymi uproszczeniami współczynnik spęczenia można wy-
znaczyć jako stosunek długości warstwy skrawanej która przekształciła się w wiór i długości
wióra:
5-5
[ Pobierz całość w formacie PDF ]