Расчет нормативов допустимых сбросов в системе резания в условиях попутного тангенциального точения, страница 2

Интересно отметить, что предел текучести упрочненного материала возрастает на  величину от 43 МПа в начале цикла «резание» до 75 МПа в конце, что и вызывает увеличение касательных напряжений в УПС.

В зоне вторичных деформаций на передней поверхности также наблюдаются пластические деформации, хотя и значительно меньшей величины, вызванные перемещением стружки по передней поверхности, что соответствует современным представлениям в области резания металлов.  Однако их распределение значительно отличается от общепринятых и, следовательно, требуется дополнительное совершенствование вычислительной процедуры. Однако даже уже полученные результаты позволяют оценить распределения эквивалентных напряжений в РЧИ. Как видно наиболее нагруженной является передняя поверхность инструмента. В рассматриваемом случае максимальные напряжения достигают 900 МПа (сжимающие), что для сплава ВК8 не является критической величиной, и, следовательно, не может вызвать его разрушение. Однако при обработке стали с более высокими величинами предела текучести вероятно инструмент будет более нагружен, что проявится в изменении поля эквивалентных напряжений.


1.2  Расчет температурных полей

Рассмотрим изменение ТС в системе резания в течении цикла «резание»  на примере случая обработки стали ШХ15 инструментом с неперетачиваемой твердосплавной пластиной ВК8.

Теплофизические и механические свойства обрабатываемого и инструментального материалов приведены в таблицах Д.1 и Д.3. Размеры заготовки представлены на рисунке 5.2. Режим обработки: частота вращения шпинделя  об/мин, что соответствует скорости резания м/с; подача мм/об; величина снимаемого припуска мм. Геометрия инструмента: °; °; °. Обработка выполнялась без применения СОТС.

Экспериментально определены силы резания  и , а также коэффициент укорочения стружки. Законы изменения сил резания за цикл обработки описаны полиномом 6 степени, а коэффициента укорочения стружки - 4 степени. Коэффициенты этих полиномов приведены в таблице 6.3.

Таблица 6.3 - Коэффициенты интерполяционного полинома

Величина

, H

-47.24

1612.0

-1016.0

289.4

-42.01

2.974

0.0813

, H

-1.713

1633.0

-1192.0

396.7

-68.71

5.987

-0.2079

2.265

-1.038

0.4453

-0.0697

0.0042

-

-

При заданных условиях обработки время одного оборота составляет 0,060 с, цикл обработки – 8,3 оборота, а полное время цикла 0,5 с.

КЭ модель инструмента состоит из 522 узлов и 474 элементов. Максимальное число узлов и КЭ заготовки соответственно равно 558 и 483 для КЭ модели в конце первого оборота. Расчет температурного поля был выполнен в течение цикла обработки с шагом интегрирования 0,0002 (подобран методом проб и ошибок), что потребовало 2500 шагов (по 20 с на 1 шаг; т.е. всего 13.8 часов машинного времени работы ЭВМ c процессором IDT-C6 200).

На рисунке 6.8  приведены результаты расчета температурных полей,  а в таблице 6.4 изменение максимальных и средних температур в системе резания в течение цикла «резание». Хорошо видно, что  температура резания изменяется с изменением толщины среза, т.е. с увеличением толщины среза увеличивается и температура. Сравнение полученного закона изменения температуры резания с результатами расчета методом источников (рисунок 6.7) показывает довольно неплохое совпадение результатов, из чего можно сделать вывод о работоспособности методики.

Рисунок 6.7 - Сравнение закона изменения температур, вычисленных методом источников и  методом конечных элементов

Интересно отметить, что влияние источников теплоты изменяется в течение цикла обработки, что, по-видимому, вызвано трансформацией углов. Так увеличение заднего угла в течение цикла обработки приводит к смещению максимума контактной температуры с задней поверхности на примерно середину передней поверхности.

Таблица 6.4 - Изменение максимальной контактной температуры и температуры резания в течение цикла резание

t, с

n, об

qmax, °C

qср, °C

0

0

20

20

0,009

0,15

242

145

0,012

0,2

297

250

0,03

0,5

728

415

0,06

1

820

629

0,09

1,5

968

700

0,12

2

981

757

0,18

3

930

733

0,24

4

820

740

0,3

5

765

626

0,36

6

539

420

0,42

7

370

313

0,48

8

195

180


 


                             

n=0.15 об                                              n=0.5 об                                       n=1.0 об

    

n=2.0 об                                                n=3.0 об                                       n=8.0 об

Рисунок 6.8 - Изменение температурного поля 0.1×q, °С


Максимум температуры наблюдается на середине передней поверхности примерно в конце третьего оборота в цикле «резание». При этом прогревается только очень тонкий слой на передней поверхности инструмента, что, несомненно, отрицательно влияет на его прочность и стойкость.

Важно отметить, что малая длительность цикла обработки не позволяется теплоте накапливаться в инструменте, что объясняет довольно низкую температуру в конце цикла «резание».

1.3  Выводы

Приведенные примеры наглядно доказывают работоспособность методик расчета параметров напряженно деформированного состояния и температурных полей. Представленные результаты довольно хорошо согласуются с современными представлениями в теории резания металлов, однако, к сожалению, больше качественно, чем количественно. Основные расхождения связаны с решением контактной задачи как на передней так и на задней поверхности. Принятое допущение о кулоновском трении на контактных поверхностях не позволило получить корректного решения задачи. Это не позволяет применить методику расчета параметров НДС для количественного анализа происходящих процессов. В тоже время представленная методика является достаточно удобным и мощным инструментом для качественного анализа процесса ТТ  и позволяет выявить основные закономерности протекания процессов деформирования и упрочнения, что также является важной задачей.

Методика расчета температурных полей в системе резания более совершенна и дает результаты довольно неплохо согласующиеся с практикой. В тоже время она требует дополнительной широкой экспериментальной проверки.

Анализ приведенных результатов расчета позволил теоретически подтвердить наблюдаемые на практике явления. Так, например, хорошо известно, что материал, обработанной с помощью ТТ поверхности сильно упрочнен. Это и было наглядно показано на диаграммах изменения предела текучести в течение цикла обработки. Более того, практика показывает, что инструмент выходит из строя главным образом в результате термических нагрузок, механизм образования которых хорошо виден из рассчитанных температурных полей.