Температурные деформации технологической системы

Основными источниками образования теплоты в технологической системе является механическая работа, затрачиваемая на резание, и работа, затрачиваемая на преодоление сил трения, возникающих в стыках движущихся деталей станка. К этому добавляется теплота, образующаяся в гидравлических и электрических системах и поступающая из окружающей среды.

Распределение теплоты резания между стружкой, деталью и инструментом зависит от метода обработки, условий резания, материала обрабатываемой детали и инструмента. При обработке точением материалов с высокой теплопроводностью (углеродистые стали) распределение теплоты таково: стружка - 60 – 90 %; инструмент - 2 – 5 %; 2 – 3 % остается в заготовке. При такой же обработке материалов с низкой теплопроводностью (жаропрочные, титановые сплавы) 34 – 45 % всей теплоты резания переходит в деталь, 20 – 40 % - в резец. Наибольшее количество теплоты переходит в деталь при шлифовании (до 60 – 85 % и сверлении - до 60 %).

Теплота, образующаяся от работы трения в станке, изменяет температуру его деталей и их относительное положение. Изменение температуры детали, инструмента и элементов станка приводит к упругой деформации технологической системы и появлению погрешностей размеров, формы обрабатываемой поверхности, а также погрешности взаимного положения поверхностей.

Погрешность обработки за счет температурных деформаций технологической системы обозначается ΔТ. В настоящее время делаются попытки теоретического расчета температурных погрешностей технологической системы, но пока еще эти решения не получены.

Погрешность ΔТ определяется экспериментально или используются опытно-статистические данные. Так например, для операций с жесткими допусками при обработке лезвийным инструментом ΔТ = (0,1-0,15) · δ_в, а при шлифовальной обработке – (0,3-0,4) ·δ_в.

Температурные деформации могут быть существенно уменьшены, если проводить определенные конструкторские, технологические и эксплуатационные мероприятия. Важнейшими из них являются:

- обеспечение постоянства температурного поля в зоне установки станка; поддержание в цехе определенного температурного режима, установка прецизионных станков в специальных термоконтактных помещениях;

- уменьшение неравномерного нагрева станков в результате вынесения внутренних источников тепла (электродвигателей, гидроприводов) за пределы станка;

- применение систем для поддержания определенной температуры смазочно-охлаждающей жидкости, искусственного подогрева отдельных частей станка.

- применение искусственного охлаждения. Увеличение скорости резания при обработке металлическим инструментом, благодаря чему большая доля тепла отводится в стружку. Чередование операций с большим и меньшим нагревом детали. Устранение накопленного ранее в деталях тепла, достаточной по времени выдержкой на транспортирующем устройстве или в специально предусмотренном для этой цели холодильнике. Шлифование детали кругами больших диаметров. Закрепление обрабатываемых деталей с возможностью компенсаций их линейных деформаций, например, с использованием пружинных, гидравлических или пневматических задних мостов. Одностороннее жесткое закрепление длинных деталей с тем, чтобы второй конец мог перемещаться при удлинении из-за нагрева;

- правильная настройка технологической системы с учетом величины температурных деформаций и их расположения в поле допуска;

- обработка точных деталей после достижения станком стационарного теплового состояния. Последнее связано с разогревом станка. Это мероприятие выполняется после длительного останова, работой станка на холостом ходу в течение 20-30 мин.

2.25 Деформации деталей из-за перераспределения внутренних