Исследование энергетических затрат при резании металла на примере точения

Технология машиностроения — наука о производстве машин, которая изучает технологические процессы, применяемые на машиностроительных предприятиях при изготовлении машин требуемого качества, в установленном программой количестве и при наименьшей себестоимости.

Технология машиностроения рассматривает методы разработки и построения рациональных технологических процессов, выбор способа получения заготовки, технологического оборудования, инструмента и приспособлений, назначение режимов резания и установление технически обоснованных норм времени.

Технологические процессы и операции изготовления деталей – это процессы изменения формы и свойств материала исходной заготовки с целью получения детали заданной формы, размеров, точности, шероховатости поверхностей и физико-химических свойств. Все эти процессы делятся на три принципиально различные группы.

К первой группе относятся процессы изготовления, при которых объем исходного материала сохраняется практически постоянным, то есть объем заготовки равен объему детали (литье, пластическое деформирование, термообработка).

Ко второй группе относятся процессы изготовления, при которых с заготовки удаляется часть материала, то есть объем готовой детали меньше объема заготовки (процессы резания, электроэрозионной и электрохимической обработки, и др.).

К третьей группе относятся процессы изготовления, в которых на заготовку наносится дополнительное количество материала и объем готовой детали становится больше объема исходной заготовки (процессы сварки, наплавки, нанесение покрытий: плазменных, гальванических, лакокрасочных и т.п.). Изучение технологии машиностроения играет важную роль в различных сферах и областях нашей жизни. Вот несколько причин, почему изучение этой технологии является важным:

Технология машиностроения является фундаментальной для развития и совершенствования процессов промышленного производства. Изучение этой технологии позволяет исследовать и разрабатывать инновационные производственные методы и процессы, повышая эффективность, точность и надежность производства, что способствует развитию промышленности.

Изучение технологии машиностроения необходимо для разработки и внедрения новых технологий в сферу машиностроения. Это включает в себя разработку новых материалов, создание интеллектуальных систем управления, применение автоматизации и роботизации.

Исследования в области технологии машиностроения помогает предприятиям повысить свою конкурентоспособность на рынке. Оно позволяет разрабатывать и внедрять более эффективные и инновационные производственные методы, улучшать качество продукции и сокращать время производства. Это способствует повышению производительности, снижению издержек и удовлетворению потребностей клиентов.

Поэтому исследования в области энергетических затрат при токарной обработке деталей на токарных станках весьма актуальны и важны для экономики, экологии, технологии и инноваций.

Основная гипотеза проекта – резание металла как самая энергозатратная технология.

На основании вышесказанного формулируем:

цель проекта - исследование энергетических затрат при резании металла на примере точения с использованием симулятора, установленного на мобильном телефоне;

задача проекта – произвести исследовательские опыты на симуляторе для различных марок металла при различных скоростях резания.

• Обзор технологических процессов и операции изготовления деталей и заготовок

• Литье

Литье – это процесс изготовления заготовок или деталей различной конфигурации путем заливки расплавленного металла в специальные формы. После охлаждения металл затвердевает и сохраняет форму формы, в которую был залит.

Полученное изделие называется отливкой. Литьем можно получить отливки разной формы и массой от нескольких граммов до 300 тонн, длиной от нескольких сантиметров до 20 метров. Существует множество способов литья, таких как литье в песчано-глинистые формы, в кокиль, в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, литье под давлением, центробежное литье, непрерывное литье и другие.

• Ковка

Кузнечно-прессовое производство - это область машиностроения, занимающаяся изготовлением заготовок или деталей различной конфигурации путем обработки материалов пластическим деформированием (обработки давлением), является одним из наиболее прогрессивных методов. Преимуществами этого метода являются: получение заготовки или готовой детали сложной формы с высокой

степенью точности и стабильными геометрическими параметрами за один проход инструмента; простота выполнения операций и, следовательно, низкий разряд выполняемых работ; высокий коэффициент использования материала.

• Прокатка, волочение.

прокатка, при которой металл деформируется вращающимися валами, рисунок 3;

Методы холодной штамповки металла включают в себя:

- волочение, при котором заготовку протягивают через постоянно сужающееся отверстие в инструменте (волоке), так получают проволоку;

- прессование, при котором металл выдавливается из замкнутой полости через отверстие, соответствующее сечению прессуемого профиля;

- листовая штамповка, при которой разнообразные по форме и размерам детали изготавливают деформированием из листовой заготовки в штампах;

- ковка, при которой заготовке придают требуемую форму и размеры путем пластического деформирования универсальным инструментом;

- объемная штамповка – изготовление поковок в штампах, имеющих полость, заполняемую металлом;

- накатка – образование на заготовке резьбы, рифлений или профилей непрерывным воздействием инструмента.

• Лезвийная обработка металла

Обработкой резанием (механической обработкой) называется получение новых поверхностей путем отделения слоев материала (припуска) заготовки с образованием стружки.

Удаление припуска с заготовки резанием осуществляется в процессе внедрения режущего инструмента (клина) в обрабатываемый материал при их относительном перемещении.

Резание среди других процессов размерной обработки является наиболее эффективным по производительности, удельной энергоемкости и качеству обработки. На долю резания приходится около 90% общей трудоемкости размерной обработки. Для осуществления процесса резания необходимо обеспечить относительные движения заготовки и режущего инструмента, которые называют движениями резания. К ним относят главное движение и движение подачи.

Главным движением называют движение, определяющее скорость отделения стружки. Главным движением резания обычно является вращение заготовки или инструмента.

Движение подачи в механической обработке может иметь различные варианты в зависимости от вида обработки. Вращательное, поступательное, возвратно-поступательное - это лишь некоторые из вариантов движения подачи. Кроме того, оно может быть непрерывным или прерывистым, продольным, поперечным, вертикальным, круговым и так далее.

Один из важных факторов, определяющих успешность механической обработки, - это режим резания. Скорость резания, скорость подачи и глубина резания являются основными параметрами этого режима. Скорость резания - это расстояние, которое проходит режущая кромка инструмента относительно заготовки за единицу времени в направлении главного движения. В лезвийной обработке скорость резания измеряется в метрах в минуту, а в абразивной - в метрах в секунду.

Движение подачи играет ключевую роль в процессе механической обработки. Правильный выбор и оптимальное использование движения подачи позволяют достичь высокой точности и качества изготовления

деталей. Определение режима резания, включающего скорость резания, скорость подачи и глубину резания, также является неотъемлемой частью успешной обработки. Комбинация правильного движения подачи и оптимального режима резания открывает новые возможности в области механической обработки и способствует повышению эффективности производства.

Понимание и учет основных аспектов движения подачи в процессе механической обработки является важным для достижения желаемого результата при изготовлении деталей. Непрерывное развитие и совершенствование этих аспектов способствует развитию индустрии и повышению качества производимых изделий.

Подача - это расстояние режущей кромки (лезвия) инструмента в единицу времени относительно детали в направлении движения подачи.

Различают следующие виды подачи:

- минутная подача - перемещение режущего инструмента в минуту, мм/мин;

- подача на оборот - перемещение режущего инструмента за один оборот заготовки или инструмента, мм/об;

- подача на зуб (для многозубых инструментов) - перемещение режущего инструмента за время поворота на угол, равный угловому шагу зубьев, мм/зуб;

- подача на двойной ход - перемещение режущего инструмента за один двойной ход, мм/дв.х.

Взаимосвязь различных видов подач можно представить в виде формулы

где - частота вращения заготовки или инструмента, мин-1; - число зубьев режущего инструмента.