EKSPERIMENTALNO ODREIVANJE SILA I OTPORA REZANJA KOD STRUGANJA

Glavni faktori obrade -tehnoloka brzina rezanja -sila rezanja Sila rezanja je mehanika veliina kojom rezni klin alata deluje na obradak u procesu skidanja strugotine.

Intezitet i pravac sile rezanja zavisi od: -obradljivosti materijala obratka, -mehanikih svojstava i hemijskog sastava materijala obratka i materijala alata, -elemenata reima obrade, -geometrije alata, -statikih i dinamikih karakteristika maine, -ostalih tehnolokih uslova obrade.

Dinamometri Za merenje sila (ili otpora) i momenata rezanja koriste se dinamometri. To je kompletan pretvara ulaznih veliina Fi=Fi(t) u izlazne signale Si=Si(t) (i=1,n) gde je n-ukupan broj komponenti sila i momenata rezanja koje se mere.

Dinamometri mogu biti: -mehaniki -elektrini dinamometri sa elektrootpornim mernim trakama dinamometri sa induktivnim pretvaraima dinamometri sa piezoelektrinim pretvaraima

-pneumatski -hidraulini

Prema broju komponenti koje se mere dinamometri mogu biti:

-jednokomponentni -dvokomponentni -viekomponentni

Prema nameni mogu biti:

-standardni -labaratorijski -dinamiki

Merne trake

Kod dinamometara koristimo posebne pretvarake elemente koji odreenu mehaniku veliinu pretvaraju u odgovarajui elektrini signal. Elektrootporna merna traka sastoji se od otpornike ice koja je spiralno savijena i nalepljena na papirnatu ili plastinu traku.

Slika 1. Merna traka

Merna traka se lepi na povrinu nekog objekta tako da se relativna povrinska deformacija prenosi na icu ili foliju trake. Princip merenja sastoji se u korienju zavisnosti promene otpornosti i deformacija provodnika. Uravnoteenje mernih traka izvodi se pomou posebnih istrumenata, mernih mostova sa pokaznim instrumentima (voltmetrima i ampermetrima) za oitavanje mernih veliina na izlazima za povezivanje sa pisaima.

STRUGANJE

Sile rezanja kod struganja Sila rezanja kod jednosenih alata (strugarski no) moe se razloiti na tri komponente. F1-glavna sila rezanja F2-sila prodiranja F3-sila pomonog kretanja Glavna sila rezanja je kolinearna sa brzinom rezanja V kod struganja , odnosno sa brzinom rezanja kod rendisanja Vr. Sila prodiranja je normalna na obraenu povrinu, a sila pomonog kretanja F3 je kolinearna sa brzinom pomonog kretanja Vs. Sile koje imaju isti intezitet, a suprotnog su smera u odnosu na sile rezanja tj. deluju na rezni klin alata predstavljaju otpore rezanja.

Slika 2. Glavne sile rezanja

PLAN EKSPERIMENTA ZA STRUGANJE

Analitiko odreivanje komponenti sile rezanja. Materijal obratka je elik .0645. Prenik obratka D=70 mm. Broj obrta je n=335 o/min. Obrada je izvedena bez hlaenja. Alat je od tvrdog metala i ima sledee geometrijske karakteristike: - napadni ugao =45o - pomoni napadni ugao 1=10o - radijus vrha alata r=1mm - grudni ugao =10o - leni ugao =5o - faktor sabijanja strugotine =4o Polazei od jednaine za glavni otpor rezanja F1=Ck1ax1sy1kf1 i odnosa F1:F2:F3= 5:2:1 , a sa obzirom na vrednost parametara obradljivosti i popravnog koeficijenta za pomenutu geometriju alata: Ck1=1500 N/mm2 ; x1=1,0 ; y1=0,75 (tablica 9.1.2b) kF=kFMkFkF (tabela 9.1.2b) kFM=(HB/ 170)0,75=1,05 kF=1 , za =45o kF=1 , za =10o kF=1,05

-Prva serija : s= 0,15 mm/o

Glavni otpor rezanja [N] Otpor prodiranja [N] Otpor pomonog kretanja [N] F1=15000,1510,150,751,05 F1=56,943

F2=2F1/5=256,943/5 F2=22,772

F3=F1/5=56,943/5 F3=11,3886

F1=15000,310,150,751,05 F1=113,886

F2=2F1/5=2113,886/5 F2=45,554

F3=F1/5=113,886/5 F3=22,772

F1=15000,510,150,751,05 F1=189,81

F2=2F1/5=2189,81/5 F2=75,924

F3=F1/5=189,81/5 F3=37,962

-Druga serija : s= 0,195 mm/o

Glavni otpor rezanja [N] Otpor prodiranja [N] Otpor pomonog kretanja [N] F1=15000,1510,1950,751,05 F1=69,326

F2=2F1/5=269,326/5 F2=27,7304

F3=F1/5=69,326/5 F3=13,8652

F1=15000,310,1950,751,05 F1=138,652

F2=2F1/5=2138,652/5 F2=55,4608

F3=F1/5=138,652/5 F3=27,7304

F1=15000,510,1950,751,05 F1=231,087

F2=2F1/5=2231,087/5 F2=92,4348

F3=F1/5=231,087/5 F3=46,2174

-Trea serija : s= 0,26 mm/o

Glavni otpor rezanja [N] Otpor prodiranja [N] Otpor pomonog kretanja [N] F1=15000,1510,260,751,05 F1=86,0205

F2=2F1/5=286,0205/5 F2=34,4082

F3=F1/5=86,0205/5 F3=17,2041

F1=15000,310,260,751,05 F1=172,041

F2=2F1/5=2172,041/5 F2=68,8164

F3=F1/5=172,041/5 F3=34,4082

F1=15000,510,260,751,05 F1=286,735

F2=2F1/5=2286,735/5 F2=114,694

F3=F1/5=286,735/5 F3=57,347

Rezultati merenja Promenljivi

faktori broj podeokabroj

podeokastvarna vrednost

stvarna vrednost

Raunske vrednosti redni

broj a [mm]

s [mm/o] F2 [pod] F3 [pod]

F2 [daN]

F3 [daN]

F2 [daN]

F3 [daN]

1 0,15 1,2 0,45 3 1,125 2,277 1,138

2 0,30 2,1 0,95 5,25 2,375 4,554 2,277

3 0,50

0,150 2,9 1,45 7,25 3,625 7,592 3,796

4 0,15 1,45 0,5 3,625 1,25 2,773 1,386

5 0,30 2,6 1 6,5 2,5 5,546 2,773

6 0,50

0,195 3,9 1,75 9,75 4,375 9,243 4,621

7 0,15 2,1 0,6 5,25 1,5 3,440 1,720

8 0,30 3,2 1,2 8 3 6,881 3,440

9 0,50

0,260 4,6 1,9 11,5 4,75 11,469 5,734

0

2

4

6

8

10

12

14

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5a[mm]

F2[d

aN]

s=0.15 exp s=0.195 exp s=0.26 exps=0.15 s=0.195 s=0.26

0

1

2

3

4

5

6

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5a[mm]

F3[d

aN]

s=0.15 exp s=0.195 exp s=0.26 exps=0.15 s=0.195 s=0.26

0

2

4

6

8

10

12

14

0.14 0.16 0.18 0.2 0.22 0.24 0.26 0.28

s [mm/o]

F2 [d

aN]

a=0.15 exp a=0.3 exp a=0.5 expa=0.15 a=0.3 a=0.5

0

1

2

3

4

5

6

7

0.14 0.16 0.18 0.2 0.22 0.24 0.26 0.28

s [mm/o]

F3 [d

aN]

a=0.15 exp a=0.3 exp a=0.5 expa=0.15 a=0.3 a=0.5

Opis ekseperimenta:

Na strugarski no su postavljene elektrootporne merne trake koje registruju deformacije u pravcima otpora prodiranja i sile otpora pomonog kretanja. Trake su vezane u Vistonov most , a oitavanje je vreno na grafiki prikazanim dijagramima ureaja za oitavanje.

Komentar: Sa poveanjem koraka (s) i dubine rezanja (a) sila glavnog otpora rezanja (F1) se poveava eksponencijalno to se vidi iz proirene jednaine F1=Ck1ax1sy1kf1. Takoe se zakljuuje iz jednaine i dobijenih eksperimentalnih vrednosti da se otpori rezanja znaajnije poveavaju sa porastom dubine rezanja (a) nego sa korakom (s) (x1=1,0 ; y1=0,75). Razilaenje rezultata je posledica injenice da je eksperiment izvoen u realnim uslovima tj. da u izrazu nisu uzeti u obzir relativna zatupljenost alata, nepreciznost mernih instrumenata, promena temperature u zahvatu, greke pri oitavanju vrednosti, itd.

Glodanje

Pri glodanju u optem sluaju uestvuju istovremeno vie zuba glodala pa se rezultujua sila dobija slaganjem sila po zubu glodala. Sile po zubu glodala su razliite po pravcu i intezitetu u zavisnosti od poloaja zuba u zahvatu i prema trenutnoj debljini strugotine. Sila glodanja je neravnomerna zbog periodinog ulaza zuba u materijal. Na i-tom zubu se moe otpor rezanja razloiti na dve komponente : F1(i)-glavni otpor rezanja i-tog zuba koji je kolinearan sa brzinom rezanja. F2(i)-otpor prodiranja i-tog zuba koji ima radijalan pravac u odnosu na glodalo.

Slika 3.Suprotnosmerno glodanje D[mm] - prenik glodala z - broj zuba t=360o/z ugaoni korak zuba (luni korak) =arcsin{2[(a/D)-(a2/D2)]1/2} ugao zahvata iz=/t broj zuba u zahvatu (zaokruen na prvi vei ceo broj) ai=szsini 1= 2=-t i=- (i-1)t F2(i)/F1(i)=e e=0,3 - 0,35

Slika 4. Plan sila

Slika 5. Parametri strugotine

Proireni izraz za glavni otpor rezanja po zubu glasi: F1(i)=CFba(i)1-x1 [daN] Gde su : CF konstanta (tablica 9) b [mm] irina glodanja x1 arametar obradljivosti

izi sa = sin [mm] debljina strugotine i-tog zuba. Otpor prodiranja pri obimnom glodanju dobija se iz odnosa =F2(i)/F1(i) =(0,3 - 0,35) Komponente reyultujue za suprotnosmerno glodanje su:

Fx= CFbsz1-x1(q1+eq2) =

=zi

iii

xq1

11 cossin 1

Fy= CFbsz1-x1(q2-eq1) =

=zi

ii

xq1

22

1sin

Rezultujui otpor rezanja koji optereuje vratilo glodala je: ( ) ( )22221122 11 ++=+= qqsbCFFF xzFyx

Slika 6.Karakter promene optereenja sile (otpora)

i komponenata kao posledica preomenljive trenutne dubine rezanja po zubu (a(i))

PLAN EKSPERIMENTA ZA GLODANJE

Merenje je izvreno dinamometrom sa elektrootpornim mernim trakama. Obradak je postavljen na merne trake koje su povezane u Vistonov most. Ispod traka sa nalazi radni sto glodalice. Trake mehanike deformacije pretvaraju u elektrini signal, koji preko pojaivaa odlazi u A/D konvertor. Signal sa kao digitalni prenosi u raunar koji obrauje i sortira informacije u datoteku. Uslovi eksperimenta:

Materijal obradka je elik .1730 Broj obrta n = 104 o/min irina glodanja b = 10 mm Alat koji je korien u eksperimentu je vretenasto glodalo od Brzoreznog elika (B) sa sledeim geometrijskim karakteristikama: D = 32 mm prenik glodala z = 6 broj zuba Zahvat je obimno suprotnosmerno glodanje ravne povrine. Obrada se izvodi bez hlaenja.

Analitiko odreivanje komponente Fy:

Ugaoni korak glodala : t=360o/z = 360/6=60o

Ugao zahvata : D36.1432

5.032

5.02arcsin2arcsin 2

2

2

211

1 =

=

=Da

Da

D364.20321

321

2arcsin2arcsin 22

2

222

2 =

=

=Da

Da

D01.2532

5.132

5.12arcsin2arcsin 2

2

2

233

3 =

=

=Da

Da

Broj zuba u zahvatu t

zi =

23.060

36.141 == D

Di

3394.060364.20

1 == DD

i

416.060

01.251 == D

Di

Rezultati za sve serije pokazu da se u zahvatu nalazi jedan zub, a zatim nijedan. Za sve serije se usvaja iz=1. Konstanta i parametri obradljivosti (tabela 9.3.2a) : Konstanta Ck1=1430 Eksponent 1-x1=0,86 Grudni ugao 0=8o Popravni koeficijent kFv1=1,254 kFv1=1,184 kFv1=1,114 Popravni koeficijent kF=1,0 (tabela 9.3.2c) Konstanta CF1= Ck1 kFv1 kF=14301,2541=1793,22 N/mm2 CF2= Ck2 kFv2 kF=14301,1841=1693,12 N/mm2

CF3= Ck3 kFv3 kF=14301,1141=1593,02 N/mm2 Komponenta Fy otpora rezanja iznosi Fy= CFbsz1-x1(q2-eq1) Za prvu seriju : ( ) ( ) ( ) 292.036.14cos36.14sincossin 86.011111 1 === xq ( ) ( ) 0747.036.14sinsin 86.11212 1 === xq Za drugu seriju: ( ) ( ) ( ) 378.0364.20cos364.20sincossin 86.022121 1 === xq ( ) ( ) 140.0364.20sinsin 86.12222 1 === xq Za treu seriju: ( ) ( ) ( ) 432.001.25cos01.25sincossin 86.033131 1 === xq ( ) ( ) 201.001.25sinsin 86.13232 1 === xq I jo se usvaja e=0,325. Korak po zubu sz=vs/(nz)[mm/zubu] pa tako dobijamo sz(v1)=18/(1046)=0,028 [mm/zubu] sz(v2)=34/(1046)=0,054 [mm/zubu] sz(v3)=49/(1046)=0,078 [mm/zubu] Odavde slede vrednosti za Fy : Fy1=CFbsz11-x1(q2-eq1)(1)=1793,22 100,0280,86(0,0747-0,3250,292)= -1,673 daN Fy2=CFbsz21-x1(q2-eq1)(2)=1693,22 100,0540,86(0,0747-0,3250,292)= -2,779 daN Fy3=CFbsz31-x1(q2-eq1)(3)=1593,22 100,0780,86(0,0747-0,3250,292)= -3,587 daN Fy4=CFbsz41-x1(q2-eq1)(4)=1793,22 100,0280,86(0,140-0,3250,378)= 1,420 daN

Fy5=CFbsz51-x1(q2-eq1)(5)=1693,22 100,0540,86(0,140-0,3250,378)= 2,350 daN Fy6=CFbsz61-x1(q2-eq1)(6)=1593,22 100,0780,86(0,140-0,3250,378)= 3,046 daN Fy7=CFbsz71-x1(q2-eq1)(7)=1793,22 100,0280,86(0,201-0,3250,432)= 5,019 daN Fy8=CFbsz81-x1(q2-eq1)(8)=1693,22 100,0540,86(0,201-0,3250,432)= 8,334 daN Fy9=CFbsz91-x1(q2-eq1)(9)=1593,22 100,0780,86(0,201-0,3250,432)= 10,763 daN -Uporeivanje analitikih (raunskih) vrednosti komponente sile rezanja Fy sa vrednostima komponente sile rezanja Fy dobijenih eksperimentalnim putem.

Raunski Eksperimentalno Redni broj

Dubina rezanja a [mm]

Brzina pomonog kretanja

vs[mm/min]

Korak po zubu

Sz [mm/zubu]

Ugao zahvata

[O] Fy [daN] Fy [daN]

1 17 0,028 -1,673 9,9 2 33 0,054 -2,779 11,7 3

0,5 49 0,078

14,36 -3,587 13,56

4 17 0,028 1,420 14 5 33 0,054 2,350 15,5 6

1,0 49 0,078

20,364 3,046 14,2

7 17 0,028 5,019 14,6 8 33 0,054 8,334 14,6 9

1,5 49 0,078

25,01 10,763 16,85

-7

-2

3

8

13

18

0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09

sz [mm/zubu]

Fy [d

aN]

a=0.5 exp a=1 exp a= 1.5 expa=0.5 a=1 a=1.5

-7

-2

3

8

13

18

0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

a [mm]

Fy [d

aN]

sz=0.028 exp sz=0.054 exp sz= 0.078 expsz=0.028 sz=0.054 sz=0.078

Komentar: Rezultati za sve serije pokazuju da se za sve zahvate nalazi jedan zub a zatim nijedan. Zbog periodinog ulaska zuba u materijal sila glodanja je neravnomerna. Kod suprotnosmernog glodanja alat zahvata pri ulasku mali sloj materijala, pri izlasku debljina materijala ja nekoliko puta vea. Kod raunskog odreivanja sile Fy u prvoj seriji je dobijena negativna vrednost sile, to znai da alat pri ulasku u zahvat pritiska obradak. Razlika izmeu raunskih i eksperimentalnio dobijenih vrednosti je zbog: Vibracija maine (Prevelika osetljivost elektrootpornih mernih traka), greke pri oitavanju vrednosti sa dijagrama,tuposti alata, itd. Zbog korienja raunara u eksperimentu greka pribora za merenje je smanjena u odnosu na neke druge metode.