tecwy_speczanie.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

wiór

ostrze

linia

skrawania

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

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):

(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:

= (5.5)

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

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

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: