Обсуждение результатов
При увеличении скорости резания бериллия от 80-250 м/мин, угол отклонения потока стружек и пыли от передней поверхности резца (ш) изменился в пределах от 1° до 34°, угол между направлением движения потока стружек и направлением подачи в плане (ш1) изменялся в пределах от 109° до 124°, угол раскрытия потока стружек и пыли в плане (б1) менялся от 16° до 32°, угол раскрытия потока стружки и пыли в вертикальной плоскости (б2) увеличился на 33°, от 37° до 70°.
При обработке бериллия морфология стружек с увеличением скорости резания не изменилась. Стружка состояла из элементных стружек и пылевых частиц металла.
Размеры стружек образующихся при точении бериллия колебались в пределах от 1,2 мм до 3,5 мм. Форма стружек, образующихся при различных условиях точения бериллия, различна, но разнообразие форм не велико. При токарной обработке бериллия наблюдается практически все известные формы стружек. Наиболее характерные формы стружек можно объединить в семь групп: трубчато-спиральная, полукольцевая, пластинчатая, призматическая длинная и короткая, сложная полукольцевая, сложная пластинчатая.
При увеличении подачи от 0,1 мм/об до 0,5 мм/об, угол отклонения потока стружек от передней поверхности резца (ш) менялся от 5° до 33°, угол между направлением движения потока стружек и направлением подачи в плане (ш1) изменился в пределах от 109° до 124°, угол раскрытия потока стружек в плане (б1) увеличился от 13° до 23°, угол раскрытия потока стружек в вертикальной плоскости (б2) увеличился от 40° до 72°, форма и размер стружек не изменялись.
Характер влияния величины подачи на угол раскрытия потока стружек от передней грани резца при наружном точении бериллия показан на рис. 5.
Рис. 5 - Влияние величины подачи на угол разлета потока стружек
При увеличении глубины резания от 1 до 5 мм, угол отклонения потока стружек от передней поверхности резца (ш) изменился от 0° до 23°, угол между направлением движения потока стружек и направлением подачи в плане (ш1) изменялся в пределах от 114° до 123°, угол раскрытия потока стружек в плане (б1) увеличился от 15° до 23° угол раскрытия потока стружек в вертикальной плоскости (б2) увеличился от 51° до 90°. Форма и размер стружек не менялась. Характер влияния глубины резания на угол раскрытия потока стружек от передней грани резца при точении бериллия показан на рис. 6. Методика расчета и конструирования пылестружкоприемника для токарной обработки бериллия
Результаты проведенных исследований (см. табл. 1., рис. 5 и рис. 6) показывают, что при наружном точении заготовки бериллия Ш100 мм проходным резцом (ц=90°, л=+3°, г=8°, r=0,4 мм) при скорости резания 80-250 м/мин, подаче от 0,1 мм/об до 0,5 мм/об и глубине резания от 1 мм до 3 мм поток стружки характеризуется углами ш=33°, ш1=124°, б1=13-24°, б2=37-72°.
Рис. 6 - Влияние величины глубины резания на угол разлета потока стружек
Зная углы разлета потока стружек и пыли при точении бериллия можно рассчитать высоту "h" и ширину "b" всасывающего отверстия пылестружкоприемника в зависимости от его расположения и удаления на расстояние "L" от плоскости резания хрупких материалов [3].
Важную роль играет и способ установки пылестружкоприемника (см. рис.2, рис.3 и рис.4). При расположении всасывающего сечения перпендикулярно к плоскости резания (рис.2), высота всасывающего отверстия пылестружкоприемника определяется из выражения (1).
h=L tg ш
Если всасывающее сечение, параллельно плоскости резания (рис.3), т.е. расположено под углом ш1 - 90 = ц к направлению подачи, то ширина всасывающего отверстия пылестружкоприемника определяется из формулы (2).
b=2Ltg б1/2+t/sinц,
где t/sin ц - ширина среза стружки, мм; t - глубина резания, мм.
Всасывающее сечение повернуто на угол относительно положения, рассмотренного в первом случае, т.е. оно параллельно поверхности обрабатываемой детали
b=(cos б1/2(2Ltg б1/2+t/sinц))/(cos(в+б1/2))
Величина L и схема расположения всасывающего сечения пылестружкоприемника по отношению к потоку стружек зависит от конструктивных особенностей резцедержателя и пылестружкоприемника установленного на станке. Задаваясь величиной L и выбрав схему установки (рис. 3) можно рассчитать по формулам (1-3) габариты входного отверстия пылестружкоприемника (см. табл. 2.)
На практике чаще всего при обработке хрупких материалов применяют пылестружкоприемники, всасывающее отверстие которых параллельно поверхности обрабатываемой детали, в этом случае пылестружкоприемник выполняется в виде канала в корпусе резцедержателя [2], благодаря чему габарит последнего не увеличивается.
При обработке бериллия наряду со стружкой образуются частицы пыли, размеры и масса которых настолько малы, что кинетическая энергия, сообщаемая им в процессе резания, недостаточна для попадания во всасывающее сечение без помощи воздушных потоков пылестружкоприемника. На частицу пыли действует воздушный поток, образующийся при вращении обрабатываемой детали и поток, отсасываемый пылестружкоприемником. Зная размеры всасываемого сечения и принимая скорость воздуха в нем ( u0=300 м/мин;) можно определить объем отсасываемого воздуха (Q) в единицу времени: [3]
- для случая (рис. 3)
Q=3.6*?10?^(-3) Lu_0 tgш(2Ltg б1/2+t/sinц)
- для случая (рис. 4)
Q=3.6*?10?^(-3) Lu_0 [(cos б1/2(2Ltg б1/2+t/sinц))/(cos?(в+б1/2))]
Находим объем отсасываемого воздуха для случая рис.3 по формуле 4; результаты расчета сводим в табл. 2. Для сравнения полученных результатов приводим в табл.2 данные по обработке чугуна, которые показывают, что при обработке чугуна СЧ 24-44 проходным резцом (ц=45°, л=0°, г=8°, r=0.5 мм) при скорости резания 50-150 м/мин, подаче 0,1 мм/об и глубине резания 1-3 мм поток стружек и пыли характеризуется углами ш=60°, ш1=135° и б1=25°-30° [2]. По данным проведенных исследований были рассчитаны габариты входных отверстий пылестружкоприемников в зависимости от объема отсасываемого воздуха по формулам 1-3, результаты приведены в таблице 2.
Рис.7 - Пылестружкоприемник с местом крепления на резце
Габаритные размеры входных отверстий и удаления от плоскости резания пылестружкоприемников в зависимости от режимов резания и геометрии режущего инструмента представлены в табл. 3.
На основании полученных размеров входного отверстия (30 мм x 30 мм), был изготовлен пылестружкоприемник, приведенный на рисунке 7.
Проведенные испытания пылестружкоприемника с местом крепления на резце показали, что происходит удаление всего потока стружки и пыли в процессе токарной обработки бериллия.
Пылестружкоприемник рекомендуется применять после проведения промышленных испытаний, на токарно-винторезных станках IA62, IK62 и других токарных станках, которые используются для обработки поверхностей вращения хрупких материалов выделяющих токсичную пыль.
Внедрение пневматических пылестружкоприемников в промышленных цехах при обработке бериллия позволит: улучшить санитарные условия в рабочих помещениях и в рабочей зоне станочников; уменьшись неучтенные потери металла (бериллия); увеличить чистоту оборотной стружки; устранить вспомогательное время на уборку рассыпанной стружки.
Выводы
Изучена закономерность формообразования и направления потока стружки и пыли при токарной обработке бериллия в зависимости от режимов резания и геометрии режущего инструмента: углы потока стружки и пыли при токарной обработке бериллия изменились в следующих пределах ш = 0°-34° , ш1= 109°-124° , б1=13°-32°, б2=37°-90°.
Изучена форма стружек образующихся при точении бериллия, размеры стружек изменяются в пределах от 1,2 мм до 3,5 мм.
Предложена методика расчета для конструирования пылестружкоприемника при токарной обработке бериллия.
Литература
1.Бериллий: Наука и технология [Текст] / под ред., Д. Вебстера, Т. Дж. Лондона и др., М., Металлургия, 1984г.- 624с.
2.Власов А.Ф. [Текст] / Удаление пыли и стружки от режущих инструментов, М., Машиностроение", 1982 г.-240с.
3.Рябов А.В. Ленчик В.X. [Текст] / Пылестружкоприемники для токарных станков, журнал "Станки и инструмент" № 5, 1973 г., 11-12с.
Аннотация
Изучена закономерность формообразования, направление потока, форма стружки и пылевых частиц бериллия при токарной обработке в зависимости от режимов резания и геометрии режущего инструмента. Предложена методика расчета для конструирования пылестружкоприемника, применяемого при механической обработке бериллия.
Ключевые слова: бериллий, хрупкие материалы, режимы резания, геометрия инструмента, углы потока, формообразование стружки, высокотоксичная пыль, пылестружкоприемник.
The regularities of formation, flow direction, the form of chips and dust particles of beryllium is studied at turning processing depending on the cutting conditions and the geometry of the cutting tool. Proposed method of calculation for design a device for dust and shavings suppression applied in machining beryllium.
Keywords: beryllium, fragile materials, cutting conditions, tool geometry, angles of a flow, forming chip, highly toxic dust, device for dust and shavings suppression.