yandex rtb 1
ГоловнаЗворотній зв'язок
yande share
Главная->Різні конспекти лекцій->Содержание->3.5.4 Похибки від температурних деформацій елементів

Технологія машинобудування

3.5.4 Похибки від температурних деформацій елементів

Т-системи

 

Джерела тепла у Т–системі.

      У процесі механічної обробки заготовок виділяється значна кількість теплової енергії, основними джерелами якої у Т-системі є:

   - зона різання;

   - агрегати;

   - пари тертя;

   - навколишнє середовище.

      У зоні різання тепло виділяється внаслідок пластичних деформацій, що супроводжують процес різання.

      Для більшості способів обробки (за різними літературними даними) тепло розподіляють таким чином:

     10-15% - в інструмент;

     до 10% - у заготовку (при свердлінні до 50%);

до 5% - у навколишнє середовище;

50-80% - у стружку.

До агрегатів, що виділяють теплову енергію у Т–систему, відносять електродвигуни, насоси, масляні резервуари та ін. Для зменшення впливу їх тепловіддачі в конструкціях верстатів ці елементи намагаються розміщувати за межами станин.

Пари тертя. Найбільше виділення тепла у парах тертя викликають пари тертя ковзання, а також швидкохідні елементи: шпинделі, коробки швидкостей та подач.

Під навколишнім середовищем треба розуміти наявність джерел тепла, що не належать Т–системі, наприклад, сонячна енергія, що проникає через вікна, системи опалення приміщень тощо.

Для зменшення впливу тепловиділення навколишнього середовища вживають таких заходів:

1) установлення кондиціонерів (це в основному термоконстантні цехи);

2) застосування сонцезахисних козирків, світлофільтрів;

3) установлення обладнання на термоізолювальних фундаментах;

4) розміщення виробничих приміщень на певному рівні, нижче рівня земної поверхні (10 і більше метрів).

 

Теплові стани Т - системи

 

У процесі робочого дня обладнання знаходиться у різних теплових станах (дивись рисунок 3.47).

 

Рисунок 3.47 – Теплові стани Т-системи

 

Ці режими мають такі значення: t1 – розігрів Т-системи; t2 – стаціонарний стан, що відповідає настанню рівноваги теплоти, яка виникає у Т–системі і розподіляється між її елементами

(стаціонарний режим); t3 – охолодження системи.

Звичайно t3 » 4t1. Режими t1 та t3 вважають нестаціонарними.

Виготовлення продукції переважно відбувається у періоди t1 та t2. Стаціонарний режим (найбільш продовжений у часі роботи обладнання), у свою чергу, може бути ритмічним (дивись рисунок 3.48а) та аритмічним (дивись рисунок 3.48б). При цьому температура Т-системи підвищується під час обробки і зменшується під час зупинок для замінення заготовки або змінення установа.

 

 

 

 

 

 

 

 

                        а)                                                       б)

 

Рисунок 3.48 – Ритмічний (а) та аритмічний (б) теплові режими Т-системи

 

При ритмічному режимі час обробки заготовки (нагрівання) t2»t4»t6 ... приблизно однаковий, тому що і час замінення її (охолодження) t1»t3»t5… теж приблизно рівний. З технологічної точки зору такий режим відповідає правильній побудові структури операції (обсяг робіт на установах однаковий).

Якщо обсяг робіт на установах різний, то час розігріву Т-системи t2 ≠ t4 ≠ t6 (час обробки) теж не однаковий, що навіть при приблизно рівних періодах змінення установів t1»t3»t5  (час змінення заготовки) приводить до її нерівномірного температурного режиму.

З технологічної точки зору такий режим роботи Т–системи відповідає випадкам, коли обсяги обробки заготовки на двох установах істотно відрізняються (неправильна побудова структури операції).

Приклад такої операції наведений на рисунку 3.49.

Установ А–обробка поверхонь 1,2;

установ Б–обробка поверхонь 3,4,5

 

Рисунок 3.49 – Розподіл обробки поверхонь за установами

 

Для запобігання аритмічним режимам рекомендується при проектуванні структури багатоустановних технологічних операцій розподіляти обсяги обробки рівномірно на кожному з них.

Для підвищення точності обробки іноді виконують попередній розігрів верстата шляхом обробки неточних заготовок або навіть на холостому ході, тим самим видаляючи з роботи період t1.

 

Теплові деформації верстатів, пристроїв, інструментів, заготовок

 

З багатьох елементів Т–системи теплові деформації найбільш відчутні для верстата, пристрою, інструмента і заготовки.

Наприклад, розігрівання коробки швидкостей верстата викликає подовження шпинделя, що призводить до зміни положення його торця (А) у системі координат верстата (дивись рисунок 3.50).

За даними [1] нагрівання шпинделя довжиною 800мм лише на 100С призводить до його подовження на 0,1мм, що порівняно з допусками 10-11-го квалітетів для розмірів до 80мм.

Величину лінійної температурної деформації ΔL можна визначити за відомою із загальної фізики формулою

 

                                   ΔL = L·α (t ок  - t оп),                                (3.18)

 

де α – коефіцієнт лінійного розширення матеріалу;

 t ок  - t оп - кінцева та початкова температури виробу відповідно.

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3.50 – До розрахунку лінійної деформації шпинделя

 

Для зменшення температурних деформацій шпинделя упорним доцільно робити підшипник у передній опорі С, зменшуючи таким чином розрахунковий розмір L до розміру L1.

Нагрівання верстата викликає деформацію (скривлення) станин (дивись рисунок 3.51), що збільшує їх геометричні похибки і приводить до додаткових похибок у процесі механічної обробки заготовок.

 

Рисунок 3.51 – Температурні деформації станин верстатів

 

Зазначені температурні деформації можна зменшити установленням теплових екранів у зоні різання, а також за рахунок введення примусового охолодження.

Тепло, що надходить у пристрої, змінює положення їх встановлювальних елементів, а отже, і положення заготовки відносно різального інструмента.

Наприклад, заготовка вала для фрезерування шпонкового паза встановлена у пристрої на призмах (дивись рисунок 3.52).

Рисунок 3.52 – До виникнення теплових деформацій пристрою

 

      Ліва призма знаходиться безпосередньо під зоною різання і тому до неї надходить значно більша кількість тепла Q1 > Q2, ніж до правої призми. Це викликає відхилення від паралельності осі заготовки, від площини руху фрези (похибка розміру глибини паза).

Враховуючи, що у пристрої, як правило, надходить невелика кількість виділюваного тепла, то їх тепловими деформаціями практично можна знехтувати. Однак при точній обробці необхідно враховувати і температурні деформації пристрою.

Значна кількість тепла надходить і в різальний інструмент, викликаючи його температурну деформацію.

Для мірного різального інструмента (свердла, розвертки, протяжки, шпонкові фрези тощо) величину температурної деформації можна підрахувати за формулою 3.18, знаючи їх робочу температуру.

Як правило, зміни форм і розмірів мірних різальних інструментів безпосередньо переходять на розмір оброблюваної заготовки.

Для немірного інструмента (різців, фрез та ін.) величину деформації можна компенсувати за рахунок їх підналагодження.

Зокрема, для різця температурну деформацію можна визначити за формулою проф. Соколовського А.П.[1]:

 

ΔL = C σу (t´S)0,75 ,

 

де    C – коефіцієнт пропорційності, С = 4,...,4,5;

t – глибина різання; S – подача; V – швидкість різання;

L – виліт різця; F – площа  поперечного перетину різця.

Очевидно, що чим більше F, тим менше ΔL.

Певна кількість тепла надходить у заготовку, що викликає її деформацію після охолодження.

На рисунку 3.53 [1,2] наведена схема розподілу температурного поля при обробці заготовки у центрах (рисунок 3.53 а) та її форма після охолодження (рисунок 3.53 б).

 

 

Рисунок 3.53 – Температурне поле заготовки

 

У цьому випадку циліндрична заготовка нагрівається температурним полем, що повільно переміщується від правого до лівого її торця.

Спочатку, коли заготовка холодна, її нагрівання незначне. При подальшій обробці теплові деформації зростають ї залишаються на певному рівні (стабільний період). При наближенні обробки до лівого торця має місце значне підвищення температури заготовки за рахунок відбиття теплового потоку від нього.

У результаті після охолодження заготовка набуває ступінчастої форми, дійсні розміри якої можуть виходити за межи допуску.

Для зменшення впливу температурних деформацій елементів

Т-системи на точність обробки технолог повинен призначати раціональні режими обробки, правильно формувати структуру операції, передбачати використання охолоджувальних рідин тощо.

Наприклад, при токарній обробці з підвищенням швидкості різання з 30 м/хв до 150 м/хв та постійній подачі 0,44 мм/об час теплової дії на заготовку зменшується, що призводить до зменшення температури її нагрівання з 240С до 110С [2].

 

 

29