Металлообработка: погрешности, вызываемые температурной деформацией

Ни один процесс обработки металлоизделий на станках не обходится без образования трения, в результате которого выделяется тепло, следовательно, температура в месте соприкосновения двух металлических поверхностей повышается. Температура металлообрабатывающих агрегатов, находящихся в отключенном состоянии, соответствует температуре производственного участка, то есть в среднем она составляет 20С. В ходе работ данный показатель повышается до 60С.

Последствия тепловой деформации шпинделя

Повышение температуры элементов конструкции станка способствует их расширению и искажению первоначальной геометрии. При этом изменяется расположение оси шпинделя по отношению к образующей режущей кромки. Все это приводит к погрешности металлообработки (к примеру, обточенный диаметр вала будет иметь меньшие размеры, чем указано в конструкторской документации)

Интенсивность деформаций, причина которых кроется в температурных перепадах, определяется:

• условиями эксплуатации оборудования;
• выбранными режимами резания;
• продолжительностью металлообработки;
• особенностями конструкции отдельных узлов и т.д.

Этот параметр, как правило, имеет невысокие значения, конечно, если речь не идет о высокоточной обработке металлоизделий (подробнее здесь).

При нагреве заготовки также возникают погрешности металлообработки, так как линейные и диаметральные размеры увеличиваются. В результате чистового точения или шлифования детали, которое производится сразу же после черновых работ без охлаждения заготовки, размеры получаются меньше заданных.

Если рассматривать обработку тонкостенных металлоизделий, то в ходе резания они достигают наибольших температур, а это означает, что температурные деформации, характерные для данной ситуации, негативно скажутся на данной процедуре.

Как сказывается термическое удлинение режущего инструмента на обработке металлов?

В ходе резания температура повышается не только у обрабатываемой детали, но и у режущего инструмента. Это приводит к тому, что изменяется расположение резца и его габариты, отчего погрешности в процессе резания неизбежны. Степень нагрева инструмента, как и интенсивность температурных деформаций, напрямую зависит от установленных режимов резания, геометрическими параметрами резца и его остротой, способом теплоотвода и другими критериями.

Повышая режимы резания, уменьшая поперечное сечение резца и увеличивая его вылет, возрастает интенсивность температурных деформаций.

По результатам экспериментов наибольшие значения тепловых деформации приходятся на первые часы работы оборудования. Дальше образуется тепловое равновесие, при котором деформации становятся постоянными, из-за чего практически не оказывают влияния на точность металлообработки. Температурные деформации режущего инструмента стабилизируются намного быстрее, ведь для этого требуется не больше получаса.

Фиксированием времени стабилизации температурных деформаций можно минимизировать вызываемые ими погрешности резания (особенно это касается высокоточных видов обработки). При этом следует акцентировать внимание на контроле размеров обрабатываемых поверхностей. В соответствии с полученными данными периодически корректируются настройки металлорежущего оборудования.

Проверить настройки можно, повторно выполнив замеры обработанных деталей, причем, замерять поверхности нужно при условии, что температура металлоизделия и окружающей среды одинаковы. Свести к минимуму погрешности удастся путем выбора оптимальных режимов резания и обеспечения достаточного охлаждения.