Плазменный нагрев - заготовка
Cтраница 1
Плазменный нагрев заготовок, как показывает анализ, снижает опасность сколов режущего инструмента по сравнению с другими видами нагрева. [1]
Анализ экспериментальных данных ( рис. 59 и 60) свидетельствует о сложном характере влияния плазменного нагрева заготовок на остаточные напряжения. Наиболее существенно это проявляется при скоростях резания ниже 30 м / мин, когда плазменный нагрев приводит к появлению остаточных напряжений сжатия. Величина этих напряжений зависит от удельной энергии теплового источника и сечения среза. С уменьшением сечения среза вероятность появления напряжений сжатия на обработанной поверхности заготовки повышается. [3]
Мощность привода главного движения существующих станков в большинстве случаев оказывается достаточной, чтобы обеспечить переход от обычного резания к обработке плазменным нагревом заготовок. Более того, в некоторых случаях снижение сил резания при плазменном нагреве обрабатываемого материала по сравнению с силами резания при обычной технологии позволяет применять станки с меньшей мощностью привода. Так, например, точение конических броней дробилок из стали 110Г13Л при обычном процессе было возможно только на карусельном станке 1557 с мощностью привода 125 кВт, хотя наибольший диаметр заготовки ( 2200 мм) позволял использовать станок с планшайбой меньшего размера. [4]
 |
Зависимость микротвердости Н от глубины поверхностного слоя заготовок из стали 25ХНЗМФА ( / 18 мм. 52 5 мм / об. v - 15 м / мин. [5] |
Металлографические исследования слоев, прилежащих к обработанной поверхности металла, показывают, что при рациональных режимах резания и нагрева процесс ПМО сталей ( в том числе и термообработанных) не только существенно повышает производительность операций, но и позволяет, как правило, получить заданное качество поверхностного слоя деталей. Более сложно обрабатываются при плазменном нагреве заготовки из легированных высокопрочных и жаростойких чугунов, имеющие низкую теплопроводность и высокую хрупкость. Исследования показали, что высокопроизводительная ПМО отожженных хромистых и жаростойкого чугунов вполне осуществима, если плазменный нагрев проводить более равномерно и не столь интенсивно, как при обработке заготовок из сталей. При обработке заготовок с наплавками в наплавленном слое могут возникать новые и развиваться ранее имевшиеся трещины [14], однако техническими условиями на изготовление таких деталей допускается ( в известных пределах) растрескивание наплавленного слоя или предусматривается последующее шлифование, устраняющее поверхностные дефекты. [6]
Экономическая оценка эффективности ПМО резанием является важным способом определения целесообразности применения этого процесса в конкретных производственных условиях. Переход от обычных методов обработки к резанию с плазменным нагревом заготовок вызывает изменения в трудоемкости операций, технологической оснастке, режущем инструменте, оборудовании и организации рабочих мест, производственных площадях, расходе энергии, газа и воды, словом, вносит существенные изменения в ряд статей расходов, связанных с выполнением заданной программы выпуска изделий. Естественным условием, определяющим целесообразность применения ПМО, является снижение суммарных затрат на производство годовой программы деталей ( или машин в целом) по сравнению с затратами в условиях, когда плазменный нагрев при обработке заготовок не применяется. Экономические расчеты на практике необходимо проводить для решения одной или нескольких задач: предварительная оценка целесообразности применения ПМО в данных конкретных условиях производства; определение ожидаемого экономического эффекта от применения ПМО; определение фактического экономического эффекта от применения этого процесса в производстве. Рассмотрим последовательно некоторые общие соображения, лежащие в основе решения этих задач. [7]
В большинстве случаев ПМО применяют для чернового обтачивания и подрезки заготовок на токарных и карусельных станках, хотя в отдельных случаях этот способ применяют при получисто-вой обработке заготовок. При форсировании режимов резания в связи с плазменным нагревом повышение производительности на предприятиях достигается прежде всего за счет увеличения сечения среза, а затем - скорости, что соответствует основным законам оптимального резания. Необходимо обратить внимание на то, что в ряде случаев применение высокопроизводительного процесса резания с плазменным нагревом заготовок сдерживается отсутствием технологических процессов и оснастки для обработки ступенчатых деталей, галтелей и торцов. Необходимо создать средства механизации и автоматизации вспомогательных работ для ПМО поскольку в некоторых случаях высокий эффект, достигаемый по основному времени, нивелируется снижением производительности за счет наладки и других вспомогательных операций. При внедрении ПМО на производстве все более настойчиво ставится вопрос о создании станков, специально приспособленных для этого процесса. Станки с встроенными элементами для ПМО повысят эффективность нового процесса и сократят сроки его освоения производством. [8]
Период стойкости инструмента при ПМО зависит от вида режущего материала и элементов режима резания. Большое значение имеет также режим нагрева обрабатываемого материала. Как правило, до некоторого предела температура нагрева металла 0Н повышает период стойкости Т инструмента, а далее, с увеличением 8Н, период стойкости инструмента снижается. Кривые 2 и 3 - зависимость работоспособности инструмента из ВК8 при точении с плазменным нагревом заготовок из стали 12Х18Н10Т от Эн. При ПМО заготовок из стали 12Х18Н10Т повышение температуры нагрева вначале содействует росту, а затем снижению работоспособности резца. Зависимость между стойкостью инструмента и температурой нагрева 0н - экстремальная, поскольку при постоянном значении и и некоторых других параметров путь vT пропорционален периоду стойкости инструмента, а температура 6Н однозначно связана с силой тока. [10]
 |
Износ твердосплавного резца по задней поверхности при ПМО с / али ПОПЗЛ ( / 6 мм. 5 2 04 мм / об.. v 15 м / мин. / 180 А. / 140 В. [11] |
При этом замечено, что минимальному изнашиванию подвергаются участки, соответствующие месту расположения канавки выплавления на поверхности резания. По-видимому, здесь имеют место меньшие удельные нагрузки, приходящиеся на контактные поверхности. Следовательно, меняя положение центра пятна нагрева, можно в некоторой степени управлять изнашиванием инструмента, что при обработке заготовок с коркой открывает дополнительные возможности повышения периода стойкости инструмента. Характер процесса изнашивания и работоспособность инструмента зависит от условий обработки, режимов резания и нагрева, свойств инструментального и обрабатываемого материалов. Исследования по прерывистой обработке точением с плазменным нагревом заготовок из стали ЗОХ2Н2М на карусельном станке, выполненные в ЛПИ, показали, что в процессе работы на поверхности твердосплавной пластины образуются микротрещины, развивающиеся перпендикулярно главной режущей кромке резца на ее активном участке. Когда глубина рспространения трещин достигает критической для конкретных силовой и тепловой нагрузок величины, происходит разрушение режущего элемента, сопровождаемое скалыванием значительного объема твердого сплава. Для уменьшения термических напряжений, возникающих в твердом сплаве, особенно при прерывистом резании ( например, при строгании), целесообразно подогревать инструмент при вспомогательном ходе. В ЛПИ разработана конструкция резца для прерывистого точения, с плазменным нагревом по внутренним каналам которого попеременно циркулирует горячий и холодный воздух. Для получения чередующихся потоков горячего и холодного воздуха использованы вихревая трубка, реализующая эффект Ранка, и специальное золотниковое устройство. [12]
Процесс ПМО сопровождается повышенным шумом, поскольку к обычному спектру звуков, вызванных работой металлорежущего станка, добавляется шум аэродинамического происхождения, вызванный работой плазмотрона. Исследования, проведенные ВНИИОТ и ВНИИЭСО, позволили установить зависимость звукового давления от различных факторов процесса. По оси ординат отложены уровни звукового давления по шкале А, Дб, а по осям абсцисс - сила тока в цепи плазмотрона /, длина соплового канала I, длина дуги h и расход плазмообразующего газа G. Измерения проводили при работающем плазмотроне ПВР-402, сохраняя в отдельных сериях опытов постоянство остальных параметров процесса. Наибольшее влияние на уровень звукового давления оказывает расход плазмообразующего газа. Особенностью шума аэродинамического происхождения является широкий спектр с размещением максимальной энергии в области высоких частот. На рис. 103 приведены предельные спектры шума при точении с плазменным нагревом заготовок на карусельном станке в условиях обычного ( кривая 2) и пониженного ( кривая 3) расхода плазмообразующего газа по сравнению с предельно допускаемым спектром ( кривая 1) по ГОСТ 12.1.009 - 76, Таким образом, необходимо создавать плазмотроны с минимальным расходом плазмообразующего газа. С другой стороны, необходимо-все защитные устройства, используемые при ПМО, покрывать звукопоглощающей облицовкой. Такой же облицовкой должны быть снабжены ограждения, отделяющие участки с плазменным оборудованием от остального цеха. [13]
 |
Зависимость сил резания Рг и Pz при обычном резании и сил P Z, Р р Р я. [14] |
Наиболее интенсивное снижение сил Pz и PY наблюдается при обработке хрупких металлов и материалов, сильно наклепывающихся при обычном резании. Для сравнения на этом же рисунке приведены графики изменения сил Pz и РТ при обычном точении, построенные путем экстраполяции полученных ранее формул на область режимов, при которых выполнялось ПМО. Из рис. 39 следуют два вывода. Во-первых, в условиях ПМО в некотором диапазоне скоростей резания силы P z и P Y имеют экстремальное значение, тогда как при обычном резании в этом диапазоне скоростей экстремум не обнаруживается. Уменьшение сил P z с уменьшением скорости резания в области невысоких значений v объясняется ростом удельной тепловой энергии, вносимой в заготовку. В связи с этим возрастает температура нагрева Он, а с нею разупрочнение материала и размеры канавки проплав-ления, что, в свою очередь, вызывает снижение сил резания. Аналогичные кривые P z и P Y получены при точении Я строгании с плазменным нагревом заготовок из других материалов. [15]
Страницы: 1