Режимы резания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тема. Режимы резания

План

1. Скорость резания, величина подачи и глубина резания

2. Форма срезаемого слоя

3. Шероховатость поверхности

4. Основное технологическое время

5. Выбор режимов резания

6. Обрабатываемость материалов резанием

резание шероховатость обработка поверхность

1. Скорость резания, величина подачи и глубина резания

Скорость резания

Можно выделить несколько трактовок данного понятия. Скорость резания (V) это:

- скорость главного движения;

- путь, пройденный точкой обрабатываемой поверхности относительно режущей кромки инструмента в единицу времени;

- путь, пройденный точкой режущего инструмента относительно главного движения заготовки или инструмента в единицу времени.

Все эти определения, по сути, означают одно и тоже.

Если главное движение вращательное (вращение шпинделя - точение, сверление, фрезерование), то скорость резания V, м/мин, определяется по формуле:

,

где D - диаметр обрабатываемой поверхности или инструмента, мм;

n - число оборотов шпинделя в минуту, об/мин;

р=3,14.

Если главное движение возвратно-поступательное, а скорость рабочего и холостого хода различны, то скорость главного движения (скорость рабочего хода V_р, м/мин) определяется по формуле:

,

где L_p - длина хода рабочего органа станка, мм;

T_p - время рабочего хода, мин.

На практике чаще всего пользуются не приведенной формулой, а следующей, более простой:

,

где L - расчетная длина хода рабочего органа станка, м;

n - число двойных ходов инструмента в минуту, дв. ход/мин;

К=1,3 - коэффициент, показывающий, во сколько раз скорость холостого хода больше скорости рабочего хода,

Для процесса шлифования скорость резания измеряется в секундах V, м/сек, и определяется по формуле:

,

где D - диаметр шлифовального круга, мм;

n - число оборотов шлифовального круга в минуту, об/мин;

р=3,14.

Чем больше скорость резания, тем быстрее будет вестись обработка, тем выше будет производительность. Но это справедливо только до известных пределов. Для каждого вида обработки имеется наивыгоднейшая, или, как ее принято называть, оптимальная скорость резания, при превышении которой производительность уже не будет расти и может даже снижаться.

На скорость резания влияют следующие факторы:

Ё стойкость инструмента;

Ё физико-механические свойства обрабатываемого материала (обрабатываемость материала);

Ё подача и глубина резания;

Ё геометрические параметры режущей части инструмента;

Ё размеры сечения державки резца;

Ё смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ);

Ё допустимый износ инструмента;

Ё температура в зоне резания.

Стойкость инструмента

Под стойкостью (или периодом стойкости) инструмента понимают время его работы между переточками (при достижении нормы износа). Измеряется в минутах.

Суммарная стойкость инструмента равна произведению скорости на количество переточек:

.

Время работы инструмента, в течение которого обеспечиваются заданные размеры и чистота поверхности, называется размерной стойкостью. При размерной стойкости норма износа инструмента ниже, чем при обычной стойкости.

Между скоростью резания и стойкостью инструмента существует следующая зависимость:

V₁ • T₁^m = V₂ • T₂^m = ... = V_n • T_n^m = const

,

где А - постоянная величина, зависимая от свойств материала заготовки и инструмента, глубины резания, подачи и других условий резания;

m - показатель относительной стойкости, зависящий от тех же параметров, что и А, а также от характера износа инструмента. Приближенные значения m:

- для быстрорежущего инструмента - 0,125;

- твердосплавного инструмента - 0,2;

- минералокерамического инструмента - 0,5.

Т - стойкость инструмента, мин.

Сложный характер этой зависимости объясняется изменениями свойств обрабатываемого материала и инструментального материала при нагреве, переходом от одного вида износа к другому, характером и интенсивностью преобладающего вида изнашивания.

Если независимой переменной считать скорость резания, то зависимость стойкости от нее Т = ѓ (V) имеет экспериментальный характер, то есть выражается кривой с минимумами и максимумами (рисунок 1).

а) б)

Рисунок 1 - Кривые зависимости Т = ѓ (V) при обработке резанием: а - сырой стали; б - закаленной стали

Зная скорость резания V₁, м/мин, и отвечающую ей стойкость Т₁, можно определить скорость резания (V) для других значений стойкости инструмента. Например, если твердосплавный инструмент работает со скоростью V₁ = 110 м/мин в течение Т₁ = 120 мин, то при стойкости Т₂ = 40 мин он должен работать с большей скоростью V₂, м/мин, а именно:



.

Если стойкость инструмента из быстрорежущей стали уменьшается с увеличением скорости резания, то стойкость твердосплавных инструментов в меньшей степени зависит от скорости резания и содержания в обрабатываемом материале легирующих элементов. Подробнее стойкость инструмента и влияние на скорость обработки легирующих элементов (обрабатываемость материала) будут рассмотрены далее. Необходимая скорость резания и соответствующая ей стойкость инструмента также определяются геометрией режущей части резца, свойствами инструментального материала. Оптимальное значение углов резца для обработки различных материалов обеспечивает наилучшие условия резания.

Инструментальный материал режущей части резца выбирается в зависимости от обрабатываемого материала. Если принять скорость резания, допускаемую каким-либо материалом режущей части резца за единицу, то скорость резания для других инструментальных материалов можно характеризовать поправочными коэффициентами К_v, приведенными в таблице 1.

Например, резец из углеродистой инструментальной стали имеет скорость резания V_ст = 20 м/мин, тогда скорость резания V_тв, м/мин, оснащенного пластинкой твердого сплава марки Т30К4 будет рассчитываться по формуле

V_тв = V_ст · К_v = 20 · 2,15 = 43.

Подробнее влияние геометрии инструмента на процесс резания будет рассмотрено в следующей теме.

Таблица 1 - Значение поправочных коэффициентов К_v

Обрабатываемый материал	Марки твердого сплава	Коэффициент Кv
Сталь	Т30К4	2,15
	Т15К6	1,54
	Т14К8	1,23
	Т5К10	1,00
Чугун	ВК2	1,20
	ВК3	1,15
	ВК6	1,00
	ВК8	0,83

Примечание: для резцов из быстрорежущей стали К_v = 0,25;

для минералокерамических резцов К_v = (1,50 ч 2,00).

Основным фактором при выборе размеров державки (стержня, тела) инструмента выступают силы резания. Чем они больше, тем больше должно быть сечение стержня, обеспечивающее виброустойчивость и прочность инструмента. Такое увеличение улучшает теплоотвод (см. «Трение, износ и стойкость инструмента»), что положительно ск5азывается на стойкости инструмента. Например, увеличение размеров державки позволяет повысить скорость резания (для быстрорезов), так как улучшается теплоотвод и повышается жесткость инструмента; для твердосплавного инструмента влияние размеров сечения стержня незначительно.

При резании в зоне контакта обрабатываемой поверхности и инструмента вследствие пластической деформации материала заготовки, трения стружки о переднюю поверхность и трения задней поверхности инструмента о заготовку значительно повышается температура, что приводит к структурным превращениям в материале заготовки и инструмента. Все это влияет на геометрическую форму и точность размеров изготавливаемой детали и инструмента.

Для уменьшения отрицательного влияния теплоты на процесс резания необходимым является применение смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ). СОЖ выбирают в зависимости от нескольких параметров: (материал заготовки и инструмента, режимы резания и т.д.). При использовании СОЖ стойкость режущего инструмента значительно возрастает, а, следовательно, увеличивается допускаемая скорость резания (см. «Охлаждение и смазка при резании»).

Условия резания определяют износостойкость материала режущей части инструмента. Поэтому его износ изменяет эти условия, влияет на его стойкость, а, следовательно, и на скорость резания. Износ инструмента корректируется его геометрическими параметрами, что будет рассмотрено в следующей теме.

Кроме вышеизложенных факторов на скорость резания также влияют величина подачи и глубина резания.

Подача

Для того, чтобы распространить процесс резания на всю поверхность обрабатываемой заготовки, инструмент должен получить движение. Скорость этого движения называют величиной подачи или просто подачей.

Подача (S) - это путь, пройденный точкой режущей кромки инструмента относительно одного полного хода главного движения.

Для станков с вращательным главным движением подача - это путь, пройденный инструментом или заготовкой за один оборот шпинделя. В данном случае различают:

Ё подачу на оборот - мм/об - путь, пройденный инструментом или заготовкой за один оборот шпинделя;

Ё минутную подачу - мм/мин - путь, пройденный инструментом или заготовкой за одну минуту.

Очевидно, что минутная подача рассчитывается по формуле

S_м = n • S,

где S - подача на оборот, мм/об;

n - число оборотов в минуту, об/мин.

Для станков с возвратно-поступательным движением подача - путь перемещения инструмента в миллиметрах за один двойной ход заготовки или инструмента, мм/дв. ход.

В зависимости от направления подача может быть:

Ё продольной,

Ё поперечной,

Ё наклонной,

Ё вертикальной,

Ё тангенциальной,

Ё круговой

и др. (рисунок 2).

Величина подачи ограничивается силами, действующими в процессе резания, которые могут привести к поломке инструмента и станка. Целесообразно работать с максимально возможной подачей. Обычно подачу назначают по данным справочной литературы и корректируют по кинематическим данным станка. При этом принимают ближайшую меньшую подачу.

При одинаковой площади поперечного сечения срезаемого слоя нагрузка на резец меньше при работе с меньшей подачей и большей глубиной резания, а нагрузка на станок (по мощности) наоборот, меньше при работе с большей подачей и меньшей глубиной резания.

Глубина резания.

Слой материала, срезаемый с обрабатываемой поверхности в стружку, называют припуском на обработку. Он срезается инструментом за один или несколько проходов, Толщина металла, срезаемая за один проход есть глубина резания t, мм, то есть это расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное перпендикулярно продольной оси заготовки.

При обработке круглых поверхностей глубина резания t, мм, определяется как:

Рисунок 2 - Глубина резания и направление подачи при различных видах обработки: а) продольное точение; б) растачивание; в) подрезание фаски (торца); г) прорезание (отрезание)

,

где D, d - диаметр заготовки до и после обработки соответственно, мм.

При обработке плоскостей числитель данной формулы будет соответствовать разности толщин заготовки до и после обработки соответственно.

Глубина резания задается на каждый рабочий ход (проход) относительно размера заготовки после предыдущего прохода (рисунок 2). Обычно для уменьшения влияния сил резания срезание величины припуска распределяют следующим образом: 60 % - при черновой обработке, от 20 до 30 % - при получистовой и от 10 до 20 % - при чистовой обработке.

В реальных условиях весь припуск на обработку стремятся снять за один проход. Поэтому глубина резания будет равна припуску на обработку.

Влияние глубины резания и подачи на скорость резания

На основании многочисленных исследования установлено, что зависимость скорости резания V, м/мин, от глубины резания t и подачи S может быть выражена следующей формулой

,

где C_V - коэффициент, зависящий от обрабатываемого и инструментального материала и условий резания;

x_v, y_v, - показатели степеней, величина которых зависит от тех же факторов, что и C_V. Значения показателей приводятся в нормативных таблицах.

Например, при точении углеродистой конструкционной стали твердосплавными резцами с подачей S > 0,3 мм/об и прямых срезов стружки (t/S > 1) эта зависимость имеет вид

.

Из формулы видно, что с увеличением глубины резания и подачи скорость резания уменьшается, но это уменьшение происходит значительно медленнее, чем увеличение t и S. Глубина резания влияет на скорость резания значительно меньше, чем подача, так как показатель при t меньше показателя при S.

Расчет режимов резания ведут в последовательности: глубина резания, подача, скорость резания.

2. Форма срезаемого слоя

Форму сечения срезаемого слоя рассмотрим на примере обтачивания цилиндрической поверхности на токарном станке (рисунок 3).

Рисунок 2.3 - Элементы сечения срезаемого слоя: а) исходное положение резца и его положение после перемещения; б) площадь срезаемого слоя при поперечной подаче; в) действительная площадь срезаемого слоя

На рисунке 3, а сплошной линией показано исходное положение резца, штрихпунктирной - положение его после перемещения на величину подачи S за оборот шпинделя (заготовки), а на рисунке 3, б - поперечное сечение срезаемого слоя. Площадь среза ABCD называется номинальной площадью среза f_н, мм².

Площадь среза f_н, мм², определяется как произведение подачи на глубину резания или толщины срезаемого слоя на его ширину:

f_н = S • t = a • b,

где а - толщина срезаемого слоя, мм;

b - ширина срезаемого слоя, мм.

Толщиной срезаемого слоя называют расстояние между двумя последовательными положениями главной режущей кромки за время одного полного оборота заготовки, измеренное в направлении, нормальном ширине срезаемого слоя (a = S • sin ц).

Шириной срезаемого слоя называют расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями заготовки, измеренное по линии (поверхности) резания (b = ).

Форма и размеры номинального сечения срезаемого слоя, как видно из представленных выше формул, зависят от подачи S, глубины резания t, углов в плане: главного ц и вспомогательного ц₁.

В процессе резания участвуют одновременно два движения (главное и подачи), поэтому траекторией движения вершины резца относительно заготовки будет винтовая линия. Начав резание в точке А, резец вновь встретится с этой образующей цилиндрической поверхности только в точке В. следовательно, не вся площадь среза f_ABCD будет срезана с заготовки, а только часть ее. Из рисунка 2.3, в видно, что действительное сечение срезаемого слоя f_BCDE отличается от номинального f_ABCD, и на обработанной поверхности останутся микронеровности, так называемые остаточные гребешки с площадью сечения

f₀ = f_н - f_д.

Таким образом, остаточное сечение площади срезаемого слоя материала образует на обрабатываемой поверхности заготовки микровпадины и микровыступы, что создает шероховатость поверхности. Этим и отличается реальная поверхность обработанной детали от идеальной геометрической.

3. Шероховатость поверхности

Долговечность и точность работы машин и приборов зависят не только от физико-механических свойств применяемого материала, точности изготовления деталей и сборки узлов, но и от шероховатости их рабочих поверхностей.

Шероховатость характеризуется микронеровностями, остающимися на поверхности детали после ее обработки. Другими словами, шероховатость представляет собой ряд чередующихся выступов и впадин сравнительно малых размеров. Чем они выше, острее и больше их шаг, тем более шероховата поверхность. С уменьшением шероховатости обработанной поверхности деталей повышаются их эксплуатационные качества.

Шероховатость может быть следом от резца или другого режущего инструмента, копией неровностей форм или штампов, может появляться в следствие вибраций, возникающих при резании, а также в результате действия других факторов.

Влияние шероховатости на работу деталей машин многообразно:

Ё шероховатость поверхности может нарушать характер сопряжения деталей за счет смятия или интенсивного износа выступов профиля;

Ё в стыковых соединения из-за значительной шероховатости снижается жесткость стыков;

Ё шероховатость поверхности валов разрушает контактирующие с ними различного рода уплотнения;

Ё неровности, являясь концентраторами напряжений, снижают усталостную прочность деталей;

Ё шероховатость влияет на герметичность соединений, на качество гальванических и лакокрасочных покрытий;

Ё шероховатость влияет на точность измерения деталей;

Ё коррозия металлов возникает и распространяется быстрее на грубо обработанных поверхностях и т.п.

Оценка шероховатости поверхности

Под шероховатостью поверхности понимается совокупность неровностей с относительно малыми шагами, образующих рельеф поверхности и рассматриваемых в пределах участка, длина которого выбирается в зависимости от характера поверхности и равна базовой длине l (рисунок 2.4).

Степень воспроизведения рельефа поверхности зависит от многих факторов, основными из которых являются:

Ё радиус закругления щупа,

Ё измерительное усилие,

Ё рабочая длина интегрирования,

Ё наибольший шаг неровности, учитываемый прибором (отсечка шага),

Ё увеличение и разрешающая способность оптической системы,

Ё случайные или систематические погрешности во время воспроизведения.

Наилучшее приближенное изображение рельефа поверхности и будет представлять собой измеренный профиль. Графическое изображение измеренного профиля называется профилограммой профиля (рисунок 4).

Рисунок 4 - Профилограмма профиля (профилелограмма) обработанной поверхности

Положение средней линии О-Х (рисунок 2.4) определяется тем, что она должна делить измеряемый профиль на профилограмме таким образом, что в пределах базовой длины сумма площадей, заключенных между линией профиля и средней линией, расположенных над средней линией, равна сумме таких же площадей, расположенных под средней линией, то есть

F₁ + F₃ + … + F_n-1 =F₂ +F₄ + ... + F_n.

Шероховатость поверхности оценивается по неровностям профиля (рисунок 5), получаемого путем сечения реальной поверхности плоскостью. Для отделения шероховатости поверхности от других неровностей с относительно большими шагами ее рассматривают в пределах базовой длины l.

Рисунок 5 - Основные параметры и характеристики шероховатости

Базовой длиной l называется длина участка поверхности, выбираемого для измерения шероховатости. С уменьшением шага и высоты неровностей базовая длина уменьшается.

Базой для отсчета отклонений профиля является средняя линия профиля m-m - линия, имеющая форму номинального профиля и проведенная так, что в пределах базовой длины среднее квадратичное отклонение профиля до этой линии минимально.

ГОСТ 2789-73^* «Шероховатость поверхности. Термины и определения» и ГОСТ 25142-82 «Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики» установлены следующие основные параметры и характеристики шероховатости поверхности (рисунок 2.5).

1. Среднее арифметическое отклонение профиля R_a - это среднее арифметическое из абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины:

,

где l - базовая длина;

у - отклонение профиля (расстояние между любой точкой профиля и базовой линией m-m).

2. Высота неровностей профиля по десяти точкам R_z - сумма средних абсолютных значений высот пяти наибольших выступов профиля и глубин пяти наибольших впадин профиля в пределах базовой длины:

,

где y_pi - высота i-го наибольшего выступа профиля;

y_vi - глубина i-ой наибольшей впадины профиля.

3. Наибольшая высота неровностей профиля R_max - расстояние между линией выступов профиля и линией впадин профиля в пределах базовой длины.

4. Средний шаг неровностей профиля S_m - среднее значение шага неровностей профиля в пределах базовой длины.

5. Средний шаг местных выступов S - среднее значение шагов местных выступов профиля, находящихся в пределах базовой длины.

6. Относительная опорная длина профиля t_р - отношение опорной длины профиля к базовой длине:

,

где - опорная длина профиля (сумма длин отрезов, отсекаемых на заданном уровне p в материале профиля линией, эквидистантной средней линии в пределах базовой длины).

Шероховатость поверхности измеряется в направлении, которое дает наибольшее значение R_a и R_z.

Контроль шероховатости поверхности осуществляется приборами (оптическими и щуповыми), а также сравнением контролируемой поверхности с поверхностью образцов.

Рабочие образцы шероховатости поверхности представляют собой наборы металлических брусков с плоской или цилиндрической рабочей поверхностью, сработанной различными способами при определенных режимах. По результатам измерений бруски соотнесены с соответствующим классом чистоты.

При контроле деталей сравнивают шероховатость их поверхности с шероховатостью поверхности образца, изготовленного из того материала, что и деталь, с тем же видом механической обработки и имеющего класс чистоты, соответствующий указанному в чертеже на деталь.

Некоторые рекомендации по выбору числовых значений для наиболее характерных видов сопряжений приведены в таблице 2.1.

Таблица 1 - Рекомендации по выбору числовых значений для наиболее характерных видов сопряжений

Рабочая поверхность	Значение параметра Ra, мкм
Подшипники скольжения	от 0,63 до 1,25
Посадочные места под подшипники качения:
внутренний диаметр	0,63-1,25
наружный диаметр	1,0 -2,5
ширина подшипника	2,5
Поверхности деталей в посадках с натягом	от 0,8 до 1,6
Поверхности валов под уплотнения	от 0,2 до 0,4, полировать
Посадочные места под зубчатые колеса	0,63-1,25
Посадочные места под шпонки	3,2
Калибр-пробка (скоба)	0,02-0,04

Для обозначения шероховатости поверхности используют следующие знаки (рисунок 6).

Рисунок 6 - Структура обозначения шероховатости поверхности и знаки обозначения шероховатости поверхности

Примеры обозначения шероховатости поверхности приведены на рисунке 7. Обозначение шероховатости на чертеже производится, как показано на рисунке 8.

Высота Н и характер микронеровностей зависят от:

Ё обрабатываемого материала,

Ё режимов резания,

Ё геометрии режущих кромок инструмента

и других параметров.



Рисунок 7 - Примеры обозначения шероховатости поверхности

Микронеровности на поверхности деталей в большинстве случаев являются следами режущих кромок инструмента, расположение которых зависит от подачи. Изменяя геометрические параметры режущего инструмента и режимов резания, можно существенно менять характеристики шероховатости поверхности при обработке одинаковых по физико-механическим свойствам материала.

Шероховатость обработанной поверхности повышается до R_a = (6,3 ч 12,5) мкм, когда обработку ведут на скоростях резания, способствующих наростообразованию. При обработке при высоких скоростях резания от 150 до 300 м/мин шероховатость обработанной поверхности снижается до R_a = (1,6 ч 0,8) мкм.

По мере увеличения скорости резания глубина наклепа возрастает. С увеличением скорости резания и уменьшением шероховатости до оптимальной износостойкость и коррозионная стойкость увеличиваются. Усталостная прочность повышается с увеличением степени и глубины наклепа.

Увеличение зоны соприкосновения инструмента с обработанной поверхностью детали приводит к повышению трения и увеличению шероховатости обработанной поверхности до R_a ? 6,3 мкм.

Шероховатость обработанной поверхности возрастает до R_a = (6,3 ч 12,5) мкм по мере затупления инструмента. Применение тщательно доведенного инструмента способствует уменьшению глубины наклепа.

Явление слипаемости материала заготовки с передней поверхностью инструмента приводит к увеличению высоты микронеровностей и, наоборот, при использовании твердосплавных и керамических резцов шероховатость снижается.

а) б)

в)

Рисунок 8 - Возможные варианты простановки размеров, отклонений и шероховатости поверхности на деталях подшипникового узла: а) стакан (корпус); б) крышка; в) вал

С повышением твердости обрабатываемого материала уменьшается объем металла, подвергаемый пластической деформации, а усталостная прочность повышается. При обработке малоуглеродистой стали мелкозернистой структуры на малых скоростях образуется менее шероховатая поверхность. При обработке на высоких скоростях шероховатость поверхности снижается.

Погрешность обработки

Размеры и другие параметры детали должны иметь минимальные отклонения от указанных на чертеже. Их разность определяет погрешность обработки и не должна превышать предельных значений размеров и допусков, указанных на чертеже.

Погрешности подразделяют на:

Ё систематические;

Ё случайные.

К систематическим относят погрешности, которые определяют точность обрабатываемой детали. Основными причинами систематических погрешностей являются:

Ё неточность станка:

- непрямолинейность направляющих станины и суппортов,

- непараллельность или неперпендикулярность направляющих к оси шпинделя,

- неточности изготовления шпинделя и его опор,

Ё деформация узлов и деталей станка под действием сил резания и нагрева в процессе работы;

Ё неточность изготовления режущих инструментов и приспособлений и их износ;

Ё деформация инструментов и приспособлений под действием сил резания и нагрева в процессе обработки;

Ё неточность установки и базирования заготовок на станке;

Ё деформация заготовок под действием сил резания и нагрева в процессе обработки;

Ё неточность установки и настройки инструментов на размер;

Ё неточность измерения, вызванных измерительным инструментом.

Причины возникновения систематических погрешностей можно установить и устранить.

К случайным относят погрешности, возникающие в результате случайных упругих деформаций заготовки, приспособлений, режущих инструментов, например, из-за неоднородности структуры обрабатываемого материала.

4. Основное технологическое время

К параметрам процесса резания относят также технологическое время обработки, то есть время, затрачиваемое непосредственно на процесс изменения формы, размеров и шероховатости обрабатываемой поверхности.

Основное или машинное время T_о, мин, определяется по формуле (рисунок 9):

Рисунок 9 - Схема к расчету основного технологического времени при обработке резанием

,

где L - длина пути, проходимого инструментом, мм;

n - число оборотов шпинделя станка в минуту, об/мин;

S - величина подачи, мм/об;

? - припуск на обработку, мм;

t - глубина резания, мм.

Длина пути, проходимого инструментом (L) состоит из:

l - длина изделия, мм;

l₁ - длина врезания резца в обрабатываемый материал, которая зависит от диаметра заготовки, главного угла в плане ц, глубины резания t;

l₂ - длина перебега режущего инструмента (1,0 ч 5,0), мм.

Длина врезания резца в обрабатываемый материал l₁, мм, определяется по формуле:

l₁ = ctg ц • t, или l₁ = .

Снижение машинного времени, а, значит, и повышение производительности можно получить за счет:

Ё увеличения скорости резания,

Ё применения более качественных инструментальных материалов,

Ё увеличения подачи за счет рационального улучшения геометрических параметров режущей части инструмента.

5. Выбор режимов резания

Высокая производительность обработки резанием достигается выбором рациональных режимов резания. Режимы резания назначают в соответствии с:

Ё материалом заготовки и материалом режущего инструмента,

Ё припуском на обработку,

Ё допускаемой шероховатостью,

Ё жесткостью заготовки и инструмента,

Ё способом закрепления заготовки,

Ё применением СОЖ

и других факторов.

Прежде всего, выбирают глубину резания t, которая устанавливается в зависимости от величины припуска на обработку. Глубина резания в меньшей степени влияет на стойкость инструмента, поэтому следует стремиться снять весь припуск за один проход. Если технологически предусмотрено иначе, то величину припуска делят на: черновые (глубина резания от 1 до 5 мм), получистовые (глубина резания от 1 до 3 мм), чистовые (глубина резания от 0,1 до 1 мм) проходы в зависимости от требований, предъявляемых к точности и качеству обработки.

Затем выбирают подачу S, так как она меньше влияет на стойкость инструмента, чем скорость резания. При черновой обработке назначают максимально возможную подачу, учитывая при этом режущие свойства материала инструмента, мощность станка, жесткость детали и всей системы СПИД (станок - приспособление - инструмент - деталь). При чистовой обработке подача ограничивается требованиями, предъявляемыми к точности и качеству поверхности.

В зависимости от выбранных глубины резания и подачи определяют скорость резания и проверяют ее по мощности станка. Скорость резания либо рассчитывают по эмпирическим формулам, либо используют данные справочной литературы.

Далее по выбранному значению скорости резания определяют частоту вращения шпинделя (главное движение - вращательное) или количество двойных ходов рабочего органа станка (при главном возвратно-поступательном движении).

Выбранный режим резания подвергают проверке по:

1) - мощности станка.

Затрачивая мощность на резание должна быть меньше или равна мощности на шпинделе N_шп, то есть

N_р ? N_шп = N_м • з,

где N_м - мощность электродвигателя, кВт;

з - КПД станка.

Если расчетная мощность окажется больше допустимой, то скорость резания уменьшают;

2) - крутящему моменту.

Он должен быть меньше или равен допустимому крутящему моменту на шпинделе, то есть

М_р ? М_шп;

3) - прочности механизма подачи;

4) - стойкости режущего инструмента;

5) - жесткости державки резца.

Критерием для оценки производительности выбранного режима служит основное (машинное) время.

6. Обрабатываемость материалов резанием

Способность материалов поддаваться резанию принято называть их обрабатываемостью резанием. Это комплексная взаимосвязь физико-механических и других свойств конструкционного материала и требований, учитывающих возможность обработки этого материала лезвийным инструментом.

Основными требованиями к обрабатываемости являются:

Ё наименьшая сопротивляемость материала деформированию и разрушению (образование стружки);

Ё возможность достижения заданных шероховатости и качества поверхностного слоя;

Ё склонность материала к наростообразованию;

Ё теплофизические процессы резания (теплоотдача, теплопроводность материала заготовки и инструмента);

Ё влияние свойств материала заготовки на износостойкость инструмента;

Ё энергозатраты на срезание единицы массы обрабатываемого материала;

Ё возможность удовлетворения показателей производительности и экономичности обработки.

Обрабатываемость материалов тем лучше, чем выше скорость резания, меньше силы резания и чище обрабатываемая поверхность. В большинстве случаев за критерий обрабатываемости принимают скорость резания, обеспечивающую в конкретных условиях целесообразную стойкость инструмента.

Если скорость резания может изменяться в зависимости от: геометрии резца от 1:3; ширины срезаемого слоя 1:3; толщины срезаемого слоя 1:5; материала инструмента 1:75, то в зависимости от обрабатываемого материала 1 : 200.

Это значит, что скорость резания при обработке, например, закаленной стали или твердого чугуна в 200 раз меньше, чем при обработке какого-либо мягкого материала, например, алюминия.

Еще обрабатываемость конструкционных материалов, как правило, сравнивается с обрабатываемостью эталонного материала - стали 45, который принимается за материал средней обрабатываемости (таблица 2.2).

На обрабатываемость материалов влияют:

Ё химический состав,

Ё структура,

Ё физико-механические свойства,

Ё теплофизические свойства.

Обрабатываемость стали зависит в основном от структуры, содержания углерода и легирующих компонентов. Интенсивность износа инструмента увеличивается в зависимости от структуры заготовки в следующей последовательности: феррит, перлит, сорбит, троостит. Различное влияние указанных структур на износ инструмента обеспечивается их твердостью.

Таблица 2. Обрабатываемость конструкционных материалов

Конструкционные материалы деталей машин
легкообрабатываемые	средней обрабатываемости	ниже средней обрабатываемости	труднообрабатываемые
- латуни, - бронзы, - дуралюмины, - мягкие чугуны (140 … 160 НВ)	- углеродистые стали (сталь 45), - низколегированные стали, - силумины, - чугуны средней твердости (160 … 180 НВ)	- высоколегированные стали, - стали классов: § мартенситного, § мартенситно-ферритного, § аустенитно-мартенситного, - твердые чугуны (180 … 220 НВ)	- высоколегированные стали аустенитного класса, - жаростойкие стали, - никелеферритные стали, - никелевые сплавы, - тугоплавкие сплавы, - композиционные материалы, - твердые сплавы, - керметы, - минералы (рубин, сапфир, кремний и др.)
Ко < 1	Ко = 1	Ко > 1	Ко >> 1
Условные обозначения: Ко < 1 - коэффициент обрабатываемости

Влияние структуры на чистоту поверхности объясняется тем, что при большей твердости материала заготовки меньше степень пластической деформации, а также менее благоприятные условия для образования нароста.

С увеличением содержания углерода в стали обрабатываемость ее ухудшается, исключая чистоту поверхности, которая улучшается. С повышением содержания углерода понижается теплопроводность стали, что увеличивает температуру резания, возрастает прочность и твердость. Все это приводит к снижению скорости резания.

Легирующие компоненты в стали (хром, марганец, кремний, вольфрам и т.п.) ухудшают обрабатываемость, так как снижается теплопроводность, возрастает твердость и прочность. Наличие карбидов также способствует повышению интенсивности износа инструмента. Из легированных сталей наихудшей обрабатываемостью обладают аустенитные стали (нержавеющие и жаропрочные). Их низкая обрабатываемость объясняется следующими факторами:

1) - высокой адгезийной способностью, в результате чего происходит слипание стружки с инструментом;

2) - большим тепловыделением вследствие больших сил резания и низкой теплопроводности аустенита;

3) - большим упрочнением срезаемого слоя ввиду сильной чувствительности к наклепу;

4) - повышенной истирающей способностью вследствие наличия в структуре стали карбидов.

Поэтому, даже на оптимальных режимах резания, обработка малопроизводительна (таблица 3). В связи с этим данные материалы обрабатываются в основном физико-механическими методами обработки.

Таблица 3. Характеристики производительности и состояния поверхностного слоя после обработки резанием

Способ обработки	Характеристики слоя	Сплавы
		титановые	алюминиевые	жаропрочные	тугоплавкие
Точение	Скорость резания, м/с	до 2,1	до 1,7	до 0,93	до 2,0
	Производительность, см3/с	до 4,2	до 7,5	до 0,7	до 0,35
	Степень наклепа, %	8 - 45	20 - 120	20 - 99	54 - 77
	Глубина наклепа, мкм	60 - 250	10 - 140	40 - 260	48 - 55
	Высота микронеровностей, мкм	2,5 - 0,63	0,63 - 0,04	2,5 - 1,5	10 - 2,5
Фрезерование	Скорость резания, м/с	до 3,4	до 4,2	до 3,6	-
	Производительность, см3/с	до 1,5	до 2,5•103	до 1,2	-
	Степень наклепа, %	8 - 45	30 - 130	22 - 50	40 - 100
	Глубина наклепа, мкм	60 - 250	30 - 150	25 - 100	20 - 180
	Высота микронеровностей, мкм	2,5 - 0,63	2,5 - 1,25	5 - 2,5	10 - 5
Шлифование	Скорость резания, м/с	до 35	-	до 35	до 3
	Производительность, см3/с	до 0,07	-	до 0,07	до 0,15
	Степень наклепа, %	8 - 60	-	15 - 48	11 - 59
	Глубина наклепа, мкм	40 - 190	-	20 - 100	8 - 55
	Высота микронеровностей, мкм	2,5 - 0,63	-	1,25 - 0,16	0,63 - 0,08

Чугун обрабатывается труднее, чем сталь. Это объясняется низкой теплопроводностью чугуна и наличием в нем вкраплений цементита, карбидов, песка, обладающих сильными истирающими способностями. Графит улучшает обрабатываемость чугуна с точки зрения скорости резания, но ухудшает чистоту обработанной поверхности.

Кремний в количестве до 2,75 % улучшает обрабатываемость чугунных деталей. При большом содержании кремний ухудшает обрабатываемость, так как способствует упрочнению феррита. Хром в количестве до 1% не ухудшает обрабатываемости, а если его больше, то ухудшает, так как образуются карбиды хрома. Ванадий влияет на обрабатываемость подобно хрому. Обрабатываемость чугуна резко ухудшается при наличие отбела (большое содержание цементита). Отбеленный чугун почти невозможно обрабатывать быстрорежущим инструментом.

Высокопрочный чугун с шаровидной формой графита с точки зрения скорости резания обладает лучшей обрабатываемостью, чем обычный чугун с пластинчатым графитом при равной твердости. Причем, в отличие от серого чугуна, обрабатываемость высокопрочного чугуна может быть улучшена за счет его термообработки (отжига или высокотемпературного отпуска).

Медные сплавы (бронзы) лучше обрабатываются, чем сталь, так как они обладают меньшим пределом прочности и большей теплопроводностью. Обрабатываемость медных сплавов улучшается с увеличением содержания свинца и ухудшается с увеличением концентрации никеля и марганца. При этом следует учесть, что медные сплавы в зависимости от химического состава могут значительно различаться своими свойствами, а значит и обрабатываемостью.

Алюминиевые сплавы обладают значительно лучшей обрабатываемостью, чем сталь. Скорость резания может быть в (6 ч 8) раз больше, чем при обработке стали.

При обработке сплавов магния для успешного резания очень важно устранить налипание стружки на рабочие поверхности инструмента. Поэтому режущие кромки инструмента должны быть тщательно доведены алмазной доводкой. Обработку ведет как, правило, на максимальных скоростях, т.к. отвод стружки не представляет трудностей. При окончательной обработке можно снимать стружку с сечением на (50 ч 100) % большим, чем при обработке других материалов.

В современном машиностроении широко используются разного рода пластмассы: нейлон, нейлон с наполнителями, фторопласты, тефлон, полипропилен, поликарбонат и др. Общими правилами обработки пластмасс являются применение острозаточенных режущих инструментов с большими задними углами, резание на высоких скоростях при относительно малых подачах. Применение охлаждающей жидкости и жесткое закрепление заготовок. Размеры после обработки контролируют при комнатной температуре. Если заданы размеры со строгими допусками, то детали обрабатывают с припуском от 0,25 до 0,75 мм и выдерживают их несколько часов при комнатной температуре. При короблении напряжения в заготовках снимается погружением их в кипящую воду, а если требуется более высокая температура - в кипящее масло.

При обработке фторопластов и материалов им подобных, следует учитывать, что при температуре до 250 ^оС эти материалы инертны, но при температуре 300 ^оС и выше выделяют токсические вещества, которые могут вызвать заболевание верхних дыхательных путей. В местах обработки этих материалов не допускается курение.

При обработке нейлона применяется обильное охлаждение во избежание тепловых расширений. Чтобы избежать на деталях заусенцев до отрезки следует снять фаски.

Галалит (искусственный рог) перед обработкой необходимо выдерживать в воде из расчета 1 часть воды на 1мм толщины материала. Шлифовать и полировать нужно только сухой рог.

При точении вулканизированных материалов (фибры) обработку ведут при обязательном охлаждении сжатым воздухом.

Резание гетинакса и текстолита производится также с охлаждением сжатым воздухом.

Размещено на Allbest.ru

...