Другие журналы

научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана

НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Издатель ФГБОУ ВПО "МГТУ им. Н.Э. Баумана". Эл № ФС 77 - 48211.  ISSN 1994-0408

Установка для изучения процесса резания материалов на малых скоростях резания

# 03, март 2013
DOI: 10.7463/0313.0541420
Файл статьи: Ярославцев_2_P.pdf (544.80Кб)
авторы: профессор, д.т.н. Ярославцев В. М., Гусенко А. Ю.

УДК 621.979.06  

Россия, МГТУ им. Н.Э. Баумана

mt13@bmstu.ru

 

Экспериментальные исследования на малых скоростях резания имеют ряд методических преимуществ [1]. К ним, в частности, относятся: отсутствие влияния температурно-скоростного фактора, делающее процесс стружкообразования более простым, наглядным, лучше поддающимся изучению; минимальное действие инерционных сил, позволяющее обеспечивать высокую точность измерений при использовании простой динамометрической аппаратуры. Малая интенсивность износа инструмента, исключающая учет его влияния на результаты опытов. Создаются благоприятные условия для наблюдения за процессом стружкообразования через микроскоп и др. Малые скорости резания дают возможность выявить отдельные фазы процесса образования стружки и диспергирования отдельных ее элементов.

В МГТУ им. Н.Э. Баумана разработана лабораторная экспериментальная установка (УИПР-1) для изучения процесса резания материалов на микроскоростях. Установка позволяет с помощью микроскопа непосредственно наблюдать отдельные стадии процесса образования стружки, последовательно фиксировать их с применением  фотоаппаратуры и регистрировать действующие при этом силовые факторы. Для определения составляющих силы резания используется специально разработанное динамометрическое устройство, основанное на упруго-электрическом принципе действия.

На рис. 1, 2 представлены общий вид установки УИПР-1 и ее принципиальная схема соответственно.

 

 

Рис. 1. Общий вид установки для изучения процесса резания (УИПР-1)
1 – микроскоп ТМ 123; 2 – микрофотонасадка МНФЭ-1; 3 – тензометрическая станция 8АНЧ-7М; 4 – привод движения резания; 5 – осветительное устройство; 6 – пульт управления фотонасадкой; 7 – осциллограф Н-700

 

Установка УИПР-1 смонтирована на базе инструментального микроскопа 1 (см. рис. 1) и дополнительно включает в себя следующие основные конструктивные элементы: оптическую систему с устройством для микрофотографирования 2, тензометрическую станцию 3, механизм для осуществления процесса резания 4, осветительное устройство 5 и осциллограф 7.

 

 

Рис. 2. Схема установки УИПР-1

 

Большой инструментальный микроскоп Цейса типа ТМ-123 является основной, базовой частью установки. На нем монтируются привод движения резания, стол-салазки со стойкой для установки заготовки и ее правильной ориентации в пространстве, упруго-электрический динамометр, имеющий приспособление для закрепления режущего инструмента, и оптическая система, с помощью которой ведутся наблюдение и регистрация процесса стружкообразования.

Вместо визуального тубуса на микроскоп устанавливается фотонасадка, в состав которой входит (см. рис. 2) автоматическая микрофотонасадка МФНЭ-1, фотокамера ФКМ-1 и пульт управления микрофотонасадкой.

Пульт управления микрофотонасадкой служит для определения времени экспозиции и автоматической перемотки фотопленки на один кадр после каждого экспонирования. Автоматическое устройство регистрирует все колебания яркости света осветителя и корректирует стабильность освещения объекта съемки. Визуальное наблюдение процесса резания с помощью микроскопа и фиксирование характерных фаз механизма образования стружки обеспечивается применением бинокуляров микрофотонасадки (см. рис. 2).

На мерительном столике микроскопа  размещается дополнительный подвижный стол–салазки (см. рис. 2), в нашем случае стол от микроскопа типа ММИ-5, ходовой винт которого через муфту соединен с валом электродвигателя типа СД-64, смонтированного на специальном силовом кронштейне. На салазках жестко фиксируется стойка с закрепленным на ней кольцевым образцом исследуемого материала. При вращении вала двигателя происходит перемещение салазок и образца (заготовки) относительно инструмента, который, в свою очередь, неподвижно закрепляется на упругом кольце. Конструктивное исполнение механизма движения резания и крепления заготовки и инструмента предусматривают осуществление процесса свободного резания, когда в срезании слоя материала участвует только одна главная режущая кромка инструмента. Материал и геометрию инструмента выбирают в зависимости от вида обрабатываемого материала и задач исследования. Электродвигатель СД-64 осуществляет движение резания со скоростью 5·10-5 м/с (50 мкм/с).

Неподвижно закрепленное на микроскопе упругое кольцо и стойка, с наклеенными на них тензометрическими датчиками, в совокупности составляют тензометрическое устройство (упруго-электрический динамометр) для измерения главной (Pz) и радиальной (Py) составляющих силы резания [2-4].

Независимое конструктивное исполнение упругих элементов динамометра обеспечивает отсутствие взаимного влияния составляющих силы резания, т.е. тензометрические датчики, воспринимающие действие одной из составляющих силы резания, не реагируют на действие другой составляющей. В установке использованы тензометрические датчики марки ПКБ-10-100 с базой 10 мм и сопротивлением 100 Ом.

Применение упруго-электрического динамометра имеет ряд достоинств:

- возможность измерения величин составляющих силы резания во времени;

- выполнение измерений и регистрации нескольких составляющих усилия резания одновременно;

- высокая чувствительность  и компактность;

- линейность нагрузочной характеристики.

Необходимым условием при установке режущего инструмента в приспособлении является совмещение его вершины с центром поля зрения объектива микроскопа.

Механические деформации тензодатчиков преобразуются в электрические сигналы при помощи стандартного восьмиканального усилителя 8АНЧ-7М (см. рис. 1, 2). Устройство усилителя позволяет изменять чувствительность восприятия сигнала. Тензостанция 8АНЧ-7М и двенадцатиканальный осциллограф Н117 (рис. 1) входят в комплект тензометрической аппаратуры УИПР-1.

Осциллограф Н117 предназначен для регистрации в процессе стружкообразования изменяющихся величин деформаций упругих элементов тензосистемы и соответствующих значений составляющих силы резания. Запись осциллограмм производится на ультрафиолетовой фотобумаге УФ-67, не требующей химического проявления. В осциллографе применяются рамочные гальванометры с диапазоном регистрируемых частот до 15 кГц. Наличие в осциллографе различных скоростей движения фотоленты дает возможность получать при расшифровке наглядную картину кинетики изменения действующих при резании силовых факторов. Одновременно с записью усилий резания на фотобумагу записывается сигнал отметчика времени.

Для расшифровки осциллографических записей предварительно необходимо провести тарировку тензометрического динамометра. Для этой цели производится статическое нагружение и разгрузка измеряющей системы по направлению действия составляющих силы резания Pz и Py  контрольными разновесами с регистрацией соответствующих значений отклонения луча шлейфа. По полученным данным строится тарировочный график зависимости отклонения луча шлейфа от величины статической нагрузки.

При проведении экспериментов с применением установки УИПР-1 осуществляют предварительную подготовку кольцевого исследуемого образца, в процессе которой на образце необходимой толщины искусственно изготавливают плоскость и заходной уступ, после чего образец закрепляется на тензометрической стойке. При этом необходимо выдержать параллельность между обрабатываемой поверхностью образца и направлением движения резания (линией среза).  

 

Основные технические характеристики

 

Схема (кинематика) обработки …………. свободное резание

Скорость резания, мкм/с ………………….50

Число регистрируемых параметров ……. 2

Увеличение объекта, крат:

     при визуальном наблюдении …………13; 19; 30

     при фотографировании ……………… 30; 45; 72

Размеры кадра, мм …………………….… 24×36

 

Установку УИПР-1 в МГТУ им. Н.Э. Баумана применяли для изучения особенностей процесса резания плазменнонапыленных металлокерамических покрытий [5], что позволило установить характерные особенности стружкообразования, их взаимосвязь с силовыми факторами и режимами обработки указанных материалов.

 

Список литературы

1. Зорев Н.Н. Вопросы механики процесса резания металлов. М.: Машгиз, 1956. 368 с.

2. Раннев Г.Г., Тарасенко А.П. Методы и средства измерений. М.:  Academia, 2008. 331 с.

3. Спектор С.А. Электрические измерения физических величин: Методы измерений.  Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1987. 320 с.

4. ГОСТ 21615-76. Тензорезисторы. Методы определения характеристик. М.: Изд-во стандартов, 1976. 27 с.

5. Ярославцев В.М., Сабельников В.В., Гусенко А.Ю. Исследование процесса стружкообразования при точении плазменнонапыленных металлокерамик // Теория и практика газотермического нанесения покрытий : тез.  докл. 10-гоВсесоюзсовещ. Дмитров, 1985. С. 230-233.

 

Поделиться:
 
ПОИСК
 
elibrary crossref ulrichsweb neicon rusycon
 
ЮБИЛЕИ
ФОТОРЕПОРТАЖИ
 
СОБЫТИЯ
 
НОВОСТНАЯ ЛЕНТА



Авторы
Пресс-релизы
Библиотека
Конференции
Выставки
О проекте
Rambler's Top100
Телефон: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)
  RSS
© 2003-2022 «Наука и образование»
Перепечатка материалов журнала без согласования с редакцией запрещена
 Тел.: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)