Влияние условий работы на скорость резания

Влияние различных факторов на величину силы резания

Зависимость силы резания от ширины и толщины срезаемого слоя

Толщина среза а и ширина b не в одинаковой степени влияют на силу резания. Сила резания возрастает пропорционально b, но отстает от увеличения а. Отставание роста силы резания от увеличения толщины среза можно объяснить следующим:

С увеличением толщины среза нагрузка на единицу длины режущего лезвия возрастает. В связи с этим увеличивается температура резания, что приводит к уменьшению сил трения, усадки стружки и снижению сопротивления обрабатываемого материала пластическому деформированию. Пластические деформации и напряжения распределяются по толщине стружки неравномерно. Они значительно больше в слоях, прилегающих к передней поверхности лезвия инструмента. Поэтому увеличение толщины среза приводит к относительному уменьшению слоя с максимальными деформациями. Кроме того, сила трения по задней поверхности лезвия, как одна из слагаемых при расчете сил резания, с изменением толщины среза остается неизменной или изменяется очень мало.

Таким образом, при сохранении площади поперечного сечения среза постоянной, силы резания уменьшаются по мере уменьшения ширины и одновременно увеличения толщины среза.

Зависимость сил резания от свойств обрабатываемого металла

При снятии стружки металл не только срезается, но и претерпевает сильную пластическую деформацию. Большое влияние на силы резания оказывают силы трения стружки и обрабатываемого материала соответственно о переднюю и заднюю поверхности лезвия инструмента. Однако необходимо учитывать, что в процессе обработки металл в зоне резания сильно разогревается. Значит, его свойства могут отличаться от свойств, которые характерны для него при статических испытаниях. Поэтому нет точной и однозначной зависимости между силой Pz и прочностью обрабатываемого материала, а также его твердостью и другими механическими характеристиками.

Установлено, что силы резания растут при увеличении sв, твердости, пластичности и вязкости обрабатываемого материала.

Влияние свойств инструментального материала на силу резания

Это влияние может быть вызвано только различием в силах трения (коэффициентах трения) между обрабатываемым и инструментальным материалами. Внутри групп быстрорежущих сталей и вольфрамокобальтовых твердых сплавов коэффициенты трения и укорочения стружки не отличаются, а следовательно, сила Рz не изменяется.

При обработке инструментами, оснащенными вольфрамотитановыми твердыми сплавами, Рz уменьшается с увеличением содержания карбидов титана TiC. Для сравнения отметим, что если при обработке инструментом из быстрорежущей стали принять Рz = 1, для тех же условий работы инструмента, оснащенного твердыми сплавами группы ВК, Pz=1, а группы ТК – Рz = 0,9. 0,95.

Влияние скорости резания на силу резания

Ранее считалось, что скорость резания практически не влияет на его силу. Объясняется это проведением работ в сравнительно узком диапазоне скоростей, а также недостаточной чувствительностью используемых при этом динамометров. В настоящее время известно, как изменяется сила резания в широком диапазоне скоростей. Выясним эту зависимость на примере опытов для условий свободного резания стали 40Х.

Рис. 1. Зависимость сил резания от скорости резания и переднего угла при обработке стали 40Х с а = 0,2 мм; b = 4 мм

Сложный характер кривых Рz = f(V)объясняется появлением нароста на передней поверхности лезвия инструмента. Минимальные значения силы резания на кривых Рz = f(V) соответствуют максимально возможному наросту. При малой скорости резания, когда нарост не образуется, сила резания велика. В диапазоне скоростей, где имеется максимальное наростообразование, сила резания и укорочение стружки уменьшаются, так как с увеличением размеров нароста возрастает действительный передний угол инструмента. По мере дальнейшего повышения скорости резания высота нароста, а следовательно, и действительный передний угол уменьшаются. Одновременно с этим возрастают коэффициент укорочения стружки и силы резания.

Как уже отмечалось, работа на очень высоких скоростях резания приводит к значительному повышению температуры резания, в результате чего уменьшается коэффициент трения, а следовательно, и Рz.

Минимумы и максимумы кривых Рz = f(V) тем рельефнее, чем меньше передний угол. Объясняется это тем, что больший нарост может образоваться (и образование его интенсивнее) при меньших передних углах инструмента. При обработке чугуна образуется меньший нарост, поэтому зависимость Рz = f(V) имеет вид плавной кривой (рис. 2). Аналогично выглядят зависимости Рz = f(V) для материалов, не склонных к наростообразованию — меди, жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов, титановых сплавов.

Рис. 2. Кривая зависимости Рz = f(V) при обработке чугуна

MACHINE-TOOLS

Главное меню

Влияние различных факторов на выбор скорости резания
Добавил(а) Administrator
15.12.11 11:24

Выбор величины скорости резания зависит от многих факторов: свойств обрабатываемого материала, качества материала резца, глубины резания, подачи, требуемой стойкости резца, размеров резца и углов заточки, наличия охлаждения.
Свойство обрабатываемого материала. Чем тверже обрабатываемый материал, тем большее усилие требуется для его резания и тем скорее тупится резец в процессе резания. Поэтому твердый материал нельзя обрабатывать с такой же высокой скоростью резания, как мягкий материал. При обработке литых и кованых заготовок, на поверхности которых имеется твердая корка, раковины или окалина, необходимо уменьшать скорость резания по сравнению с той, какая была бы возможна при обработке материалов без корки.


Качество материала резца. Обработка с большой скоростью резания сопровождается образованием значительного количества тепла. Это вызывает быстрое затупление резца, наступающее тем скорее, чем выше скорость резания и чем сильнее уменьшаются режущие свойства материала резца при повышении температуры. При прочих равных условиях резцы из быстрорежущей стали допускают скорость резания в 2 – 2,5 раза большую, чем резцы из углеродистой стали. Еще большую скорость, превышающую в 3 – 4 раза скорость резания резцами из быстрорежущей стали, выдерживают резцы с пластинками из твердого сплава, а также резцы с керамическими пластинками.
Сечение среза. С увеличением площади поперечного сечения среза возрастает сила резания и, следовательно, количество выделяющегося тепла; затупление резца наступает быстрее. Однако установлено, что увеличение сечения среза меньше влияет на стойкость резца, чем увеличение скорости резания. Иначе говоря, затупление резца будет происходить быстрее при увеличении скорости резания и медленнее при увеличении сечения среза. Понятно, что для повышения производительности выгоднее прибегать к тому из этих двух средств, при котором резец будет затупляться медленнее. Отсюда можно сделать важный практический вывод: для увеличения производительности процесса резания при неизменной стойкости резца целесообразно увеличивать площадь поперечного сечения среза и соответственно снижать скорость резания.
При чистовой обработке резец снимает незначительный слой металла при малых подачах, поэтому скорость резания может быть значительно увеличена по сравнению со скоростью резания при обдирочной работе.
Глубина резания и подача. На стойкость резца влияет площадь поперечного сечения среза (площадь поперечного сечения среза представляет собой произведение глубины резания на подачу, т. е. f=t*s мм 2 ). Одна и та же площадь поперечного сечения среза может быть достигнута за счет большой глубины резания и малой подачи и, наоборот, за счет малой глубины резания и большой подачи.
Опыты показывают, что увеличение глубины резания значительно меньше влияет на изменение стойкости резца, чем такое же увеличение подачи. Поэтому для повышения производительности процесса резания при неизменной стойкости резца целесообразнее увеличивать глубину резания, чем подачу.
Охлаждение. Особенно целесообразно применять охлаждение при обработке вязких металлов режущим инструментом из быстрорежущей стали. В этом случае при неизменной стойкости инструмента можно повысить скорость резания на 15 – 25% по сравнению с обработкой без охлаждения
При обработке хрупких металлов (чугуна и бронзы) влияние охлаждения на скорость резания значительно меньше. При обработке чугуна применение охлаждающей жидкости даже создает некоторые неудобства: мелкая стружка, смешиваясь с ней, образует грязь, которая засоряет охлаждающую систему станка. Чугун и бронзу обычно обрабатывают без охлаждения. Лишь для отделочных работ или при обтачивании особо прочных чугунов можно применять охлаждение.
Чтобы охлаждение давало хорошие результаты, необходимо: 1) направлять поток охлаждающей жидкости на стружку сверху, в то место, где она отделяется от обрабатываемого материала, так как именно здесь образуется наибольшее количество тепла;
2) начинать подачу охлаждающей жидкости в первый же -момент процесса резания, а не спустя некоторое время, иначе в сильно нагретом резце могут появиться трещины;
3) следить за тем, чтобы охлаждающая жидкость соответствовала обрабатываемому материалу и роду выполняемой ра, боты (см. табл. 14).
Стойкость резца. Выбор скорости резания зависит от требуемой стойкости режущего инструмента. Чем выше скорость резания при всех прочих равных условиях, тем быстрее изнашивается резец„тем чаще приходится его перетачивать и тем больше затрачивать времени на его съем и установку на станке. Таким образом, частично теряются преимущества от увеличенной скорости, а при излишнем повышении ее получается даже снижение производительности. Но из этого не следует, что нужно работать при заниженных скоростях резания. Чтобы можно было работать с высокими скоростями резания наши токари-передовики улучшают геометрию инструмента, увеличивают промежутки времени между переточками путем подправки лезвия резца, не снимая его со станка, и т. д. Их достижения не случайны: за ними кроется большая работа, основанная на глубоком знании явлений резания и длительных подготовительных опытах.
Выбор скорости резания. Скорость резания является одним из основных элементов режима резания, определяющим производительность обработки на станке.
Выбор скорости зависит от ряда факторов: механических свойств обрабатываемого материала,, качества материала режущей части резца, геометрии резца, стойкости резца, глубины резания, величины подачи, охлаждающей среды и способа ее применения и др.
На основании опыта токарей-новаторов передовых заводов и исследований наших ученых разработаны специальные таблицы, по которым можно выбрать необходимую скорость резания.
В качестве примера в табл. 1 приведены данные для выбора скорости резания при точении в определенных ,условиях. Скорости резания, приведенные в таблице, предусматривают обработку проходными резцами из быстрорежущей ста ли без охлаждения. Стойкость резца Т=60 мин. При условиях отличающихся от указанных, следует табличные скорости умножить на поправочные коэффициенты, приведенные ниже.
Если при обработке резцами из быстрорежущей стали Р9 или Р18 коэффициент принять равным единице, то для резцов из углеродистой стали У10А, У12А поправочный коэффициент , будет 0,5 и меньше.
При обработке с охлаждением скорости резания, приведенные в табл. 1 (стр. 61), умножают на коэффициенты 1,15 – 1,25
(при обработке машиноподелочной стали), 1,15 – 1,2 (при обработке стального литья).
При растачивании резцы работают в более тяжелых условиях, чем проходные резцы при наружном точении; поэтому приведенные в табл. 1 значения скоростей резания умножают на коэффициент 0,8 – 1, в зависимости от диаметра отверстия.
При подрезании торцовых поверхностей табличные скорости резания умножают на коэффициент 1,05, а число оборотов детали определяют, относя полученную скорость к наружному диаметру детали.
Резцы, оснащенные твердыми сплавами, допускают значительно большие (в 3 – 4 раза) скорости резания по сравнению с резцами из быстрорежущей стали. Исключительно высокая твердость, стойкость и износостойкость современных твердых сплавов способствовали широкому внедрению в машиностроении скоростного резания металлов.
В качестве примера в табл. 15 и 16 приводятся рекомендуемые скорости резания для различных глубин резания и подач при продольном точении конструкционных углеродистых и легированных сталей и чугуна твердосплавными резцами.

Скорости резания, указанные в табл. 15, рассчитаны на вполне определенные условия резания; они предусматривают продольное точение сталей с σв=75 кГ/мм 2 резцами с пластинками из твердого сплава Т15К6 с главным углом в плане φ=45° при стойкости резца Т = 90 мин.
Скорости резания, приведенные в табл. 16, рассчитаны на продольное точение чугуна НВ 180 – 200 кГ/мм 2 резцами с пластинками из твердого сплава ВК8 с главным углом в плане φ = 45° при стойкости резца Т=90 мин.
На основании опытных данных при точении стальных деталей по методу В. Колесова рекомендуются значения скоростей резания, сил резания и мощности, указанные в табл. 17.

При условиях, отличающихся от указанных, следует данные табл. 15, 16 и 17 умножать на соответствующие коэффициенты:

Сталь σв = 50 – 60 кГ/мм 2 . 1.6

Сталь σв = 60 – 70 кГ/мм 2 . 1.25

Основные факторы, влияющие на выбор скорости резания при точении.

Скорость резания является основным показателем производительности металлорежущих станков, поэтому для выявления рационального режима обработки необходимо прежде всего установить влияние основных факторов на величину скорости резания.

На скорость резания оказывают влияние следующие основные факторы:

-свойства обрабатываемого металла (чем тверже обрабатываемый материал, тем большее усилие требуется для его резания и тем скорее тупится резец в процессе резания. Поэтому твердый материал нельзя обрабатывать с такой же высокой скоростью резания, как мягкий материал. При обработке литых и кованых заготовок, на поверхности которых имеется твердая корка, раковины или окалина, необходимо уменьшать скорость резания по сравнению с той, какая была бы возможна при обработке материалов без корки).

-материал режущего инструмента (резцы из быстрорежущей стали допускают скорость резания в 2 – 2,5 раза большую, чем резцы из углеродистой стали. Еще большую скорость, превышающую в 3 – 4 раза скорость резания резцами из быстрорежущей стали, выдерживают резцы с пластинками из твердого сплава, а также резцы с керамическими пластинками).

-площадь сечения стружки (среза) (для увеличения производительности процесса резания при неизменной стойкости резца целесообразно увеличивать площадь поперечного сечения среза и соответственно снижать скорость резания).

подача и глубина резания (Опыты показывают, что увеличение глубины резания значительно меньше влияет на изменение стойкости резца, чем такое же увеличение подачи. Поэтому для повышения производительности процесса резания при неизменной стойкости резца целесообразнее увеличивать глубину резания, чем подачу).

-температура резания

-охлаждение резца (Особенно целесообразно применять охлаждение при обработке вязких металлов режущим инструментом из быстрорежущей стали. В этом случае при неизменной стойкости инструмента можно повысить скорость резания на 15 – 25% по сравнению с обработкой без охлаждения).

-стойкость резца (чем выше скорость резания, тем меньше стойкость инструмента, что объясняется влиянием скорости резания на тепловыделение и износ).

-геометрические параметры режущей части инструмента (Одним из геометрических элементов, сильно влияющих на допускаемую режущим инструментом скорость резания, является главный угол в плане φ. Чем больше этот угол, тем выше температура резания, выше термодинамическая нагрузка на единицу длины режущей кромки, интенсивнее износ режущей кромки и ,следовательно, меньше его стойкость. Поэтому режущие инструменты с малыми углами в плане допускают большую скорость резания).

Влияние СОЖ на кожу и меры предосторожности при работе с ней.

Наиболее выраженным неблагоприятным фактором при работе со смазочно-охлаждающими жидкостями является загрязнение открытых поверхностей тела.

При оценке возможности воздействия сож на кожу необходимо учитывать ряд сопутствующих факторов. Так, например, вместе с брызгами сож на кожу может попасть стружка.

Наиболее распространенное заболевание связанное с использованием сож- воспаление сальных желез вследствие контакта с сож и твердыми частицами. Повреждение происходит из-за наличия мелких частиц металла. Особому риску подвержены люди с чрезмерно жирной кожей. Частые заболевания кожного покрова могут свидетельствовать о наличии в сож вредных веществ.

При работе с антифризами (тосолами) выделяется этиленгликоль, который обладает ядовитым и наркотическим действием, способен проникать в организм через кожу, вызывая хроническое отравление организма человека с поражением жизненно-важных органов: сосудов, почек, нервной системы.

Меры предосторожности. Перед началом работ, во время, а так же после ее окончания необходимо выполнять действия, предусмотренные инструкцией по охране труда (ИОТ), для соответствующих видов работ.

Перед началом работы проверьте исправность средств индивидуальной защиты (СИЗ), соблюдение гарантийных сроков хранения, отсутствие повреждений.

Перед началом работ проверьте срок годности на СОЖ. Запрещается работать по истечении срока годности.

Во время работы требуется соблюдать требования безопасности, регламентированные в эксплуатационной документации завода или изготовителя данного оборудования.

Работы проводимые с СОЖ оборудуются вытяжкой или вентиляцией.

Осветительные керосины, скипидар по степени своего воздействия на организм человека соответствует 4 классу опасности и регламентируется ГОСТ 12.1.007 с предельно допустимой концентрацией вредных веществ в воздухе 600/300мг/м³ (максимально-разовая / среднесменная) для керосина, 300мг/м³ для скипидара.

Во время работы с СОЖ требуется соблюдение правил личной гигиены. Для предохранения кожи контактирующей с СОЖ необходимо применять специальные защитные крема, мази.

В местах применения и хранения СОЖ запрещается применять открытый огонь.

Утилизация СОЖ производится согласно стандарту предприятия или же в регламентированном документе на ту или иную СОЖ поставщика.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Сдача сессии и защита диплома – страшная бессонница, которая потом кажется страшным сном. 9141 – | 7368 – или читать все.

Влияние различных факторов на выбор скорости резания

Выбор величины скорости резания зависит от многих факторов: свойств обрабатываемого материала, качества материала резца, глубины резания, подачи, требуемой стойкости резца, размеров резца и углов заточки, наличия охлаждения.

Свойство обрабатываемого материала. Чем тверже обрабатываемый материал, тем большее усилие требуется для его резания и тем скорее тупится резец в процессе резания. Поэтому твердый материал нельзя обрабатывать с такой же высокой скоростью резания, как мягкий материал. При обработке литых и кованых заготовок, на поверхности которых имеется твердая корка, раковины или окалина, необходимо уменьшать скорость резания по сравнению с той, какая была бы возможна при обработке материалов без корки.

Качество материала резца

Обработка с большой скоростью резания сопровождается образованием значительного количества тепла. Это вызывает быстрое затупление резца, наступающее тем скорее, чем выше скорость резания и чем сильнее уменьшаются режущие свойства материала резца при повышении температуры. При прочих равных условиях резцы из быстрорежущей стали допускают скорость резания в 2-2,5 раза большую, чем резцы из углеродистой стали. Еще большую скорость, превышающую в 3-4 раза скорость резания резцами из быстрорежущей стали, выдерживают резцы с пластинками из твердого сплава, а также резцы с керамическими пластинками.

Сечение среза

С увеличением площади поперечного сечения среза возрастает сила резания и, следовательно, количество выделяющегося тепла; затупление резца наступает быстрее. Однако установлено, что увеличение сечения среза меньше влияет на стойкость резца, чем увеличение скорости резания. Иначе говоря, затупление резца будет происходить быстрее при увеличении скорости резания и медленнее при увеличении сечения среза. Понятно, что для повышения производительности выгоднее прибегать к тому из этих двух средств, при котором резец будет затупляться медленнее. Отсюда можно сделать важный практический вывод: для увеличения производительности процесса резания при неизменной стойкости резца целесообразно увеличивать площадь поперечного сечения среза и соответственно снижать скорость резания.

При чистовой обработке резец снимает незначительный слой металла при малых подачах, поэтому скорость резания может быть значительно увеличена по сравнению со скоростью резания при обдирочной работе.

Глубина резания и подача

На стойкость резца влияет площадь поперечного сечения среза (площадь поперечного сечения среза представляет собой произведение глубины резания на подачу, т. е. f = t х s мм 2 ). Одна и та же площадь поперечного сечения среза может быть достигнута за счет большой глубины резания и малой подачи и, наоборот, за счет малой глубины резания и большой подачи.

Опыты показывают, что увеличение глубины резания значительно меньше влияет на изменение стойкости резца, чем такое же увеличение подачи. Поэтому для повышения производительности процесса резания при неизменной стойкости резца целесообразнее увеличивать глубину резания, чем подачу.

Охлаждение

Особенно целесообразно применять охлаждение при обработке вязких металлов режущим инструментом из быстрорежущей стали. В этом случае при неизменной стойкости инструмента можно повысить скорость резания на 15-25% по сравнению с обработкой без охлаждения.

При обработке хрупких металлов (чугуна и бронзы) влияние охлаждения на скорость резания значительно меньше. При обработке чугуна применение охлаждающей жидкости даже создает некоторые неудобства: мелкая стружка, смешиваясь с ней, образует грязь, которая засоряет охлаждающую систему станка. Чугун и бронзу обычно обрабатывают без охлаждения. Лишь для отделочных работ или при обтачивании особо прочных чугунов можно применять охлаждение.

Чтобы охлаждение давало хорошие результаты, необходимо:

  1. направлять поток охлаждающей жидкости на стружку сверху, в то место, где она отделяется от обрабатываемого материала, так как именно здесь образуется наибольшее количество тепла;
  2. начинать подачу охлаждающей жидкости в первый же момент процесса резания, а не спустя некоторое время, иначе в сильно нагретом резце могут появиться трещины;
  3. следить за тем, чтобы охлаждающая жидкость соответствовала обрабатываемому материалу и роду выполняемой работы.

Стойкость резца

Выбор скорости резания зависит от требуемой стойкости режущего инструмента. Чем выше скорость резания при всех прочих равных условиях, тем быстрее изнашивается резец, тем чаще приходится его перетачивать и тем больше затрачивать времени на его съем и установку на станке. Таким образом, частично теряются преимущества от увеличенной скорости, а при излишнем повышении ее получается даже снижение производительности. Но из этого не следует, что нужно работать при заниженных скоростях резания. Чтобы можно было работать с высокими скоростями резания наши токари-передовики улучшают геометрию инструмента, увеличивают промежутки времени между переточками путем подправки лезвия резца, не снимая его со станка, и т. д. Их достижения не случайны: за ними кроется большая работа, основанная на глубоком знании явлений резания и длительных подготовительных опытах.

Режимы резания при токарной обработке

При токарной обработке с заготовки за определенное число проходов снимается лишний металл, называемый припуском. В результате получается изделие заданной формы с требуемыми размерами и классом шероховатости поверхностей. В общем виде операция точения детали на токарном станке выглядит следующим образом: резец последовательно перемещается с заданной подачей вглубь металла вращающейся заготовки, при этом его режущая кромка за каждый оборот удаляет с заготовки заданную толщину металла.

Режимы резания при токарной обработке определяют на основании ряда технических показателей, среди которых самые значимые — это подача инструмента и частота вращения детали, закрепленной в шпинделе станка. Правильный выбор и применение режимов обработки гарантируют не только геометрическую точность и экономичность изготовления, но и сохранность детали, инструмента и оборудования, а также безопасность станочника.

Основные параметры

Одна из главных задач технологической подготовки производства при токарных работах — это определение рациональных режимов резания. При их расчете должны учитываться особенности обрабатываемого изделия и возможности станочного парка, а также наличие соответствующего инструмента, приспособлений и оснастки. Компоновка узлов и агрегатов токарного станка позволяет реализовать два определяющих вида движения, которые формируют заданную конфигурацию поверхностей детали: вращение заготовки (главное движение) и перемещение резца вглубь и вдоль поверхности детали (подача). Поэтому основными технологическими параметрами для токарного оборудования являются:

  • глубина резания;
  • подача и обороты шпинделя;
  • скорость резания.

Существует взаимовлияние режимов резания и основных элементов производственной экономики. Среди них самые значимые — это:

  • производительность оборудования;
  • качественные показатели производства;
  • стоимость выпускаемых изделий;
  • износ оборудования;
  • стойкость инструмента;
  • безопасность труда.

Понятие о режимах резания

Точение на предельных режимах повышает производительность токарного оборудования. Однако такая работа станков не всегда возможна и целесообразна, т.к. существуют ограничения в виде предельной мощности главного привода, жесткости и прочности обрабатываемых изделий, а также технологических параметров инструмента и оснастки.

Еще одним ограничением являются характеристики отдельных материалов. К примеру, титан и нержавеющая сталь для токарной обработки являются одними из наиболее сложных материалов и требуют особого подхода при определении параметров технологической операции.

При неправильном расчете или подборе технологических параметров работа на высоких скоростях может вызвать повышенную вибрацию и разбалансировку отдельных механизмов токарного станка. Это приводит к понижению точности и повторяемости размеров изделий. Кроме этого повышается риск поломки инструмента и выхода из строя станка.

Глубина

Припуск — это толщина металла, удаляемого токарным резцом с заготовки до достижения ею чистового размера. При обточке и расточке он удаляется поэтапно за заданное число резов. Толщина металла, удаляемого за единичный проход резца, в механообработке носит название глубина резания и измеряется в миллиметрах. В технологических расчетах и таблицах этот параметр обозначают буквой t.

При операциях обточки она равна 1/2 разности диаметров перед и после обточки детали и вычисляется по формуле:

где t – глубина резания; D — диаметр заготовки; d – заданный диаметр детали.

При операциях подрезки — это размер слоя металла, удаляемого с торца заготовки за единичный проход резца, а при проточке и отрезке — глубина канавки.

В идеальном случае на удаление припуска требуется один проход резца. Но в реальности токарный процесс, как правило, включает в себя черновой и чистовой этап обработки (а для поверхностей с повышенной точностью – и получистовой). При хороших характеристиках и форме заготовки обе эти операции выполняются за два-три прохода.

Подача

Подача при токарной обработке — это длина пути при поперечном перемещении режущей кромки резца, совершаемом ей за единичный оборот шпинделя. Ее измеряют в мм/об, в технологической документации обозначают буквой S и подбирают по технологическим справочникам. Величина подачи зависит от мощности главного привода, значения t, габаритов и физических свойств обрабатываемой заготовки. При точении она рассчитывается по формуле:

Производительность токарного оборудования напрямую связана с величиной подачи.

При операции точения подача на токарном станке должна устанавливаться на максимально возможное число, но с учетом технологических параметров станка и применяемого инструмента. При операциях по черновому точению она зависит от мощности главного привода и устойчивости детали. А при чистовом точении основным критерием является заданный класс шероховатость поверхности.

Скорость

Скорость резания при токарной обработке — это суммарная траектория режущей кромки резца за единицу времени. Ее размерность — в м/мин, а в таблицах и расчетах ее обозначают буквой v и подбирают по технологической документации или рассчитывают по формулам. В последнем случае расчет происходит в следующей последовательности:

  • вычисляется величина t;
  • по справочнику выбирается значение S;
  • определяется табличное значение vт;
  • рассчитывается уточненное значение vут (умножением на корректирующие коэффициенты);
  • с учетом скорости вращения шпинделя выбирается фактическое значение vф.

Этот параметр является одной из основных характеристик производительности металлорежущего оборудования и напрямую влияет на эксплуатационные режимы работы токарного станка, износ инструмента и качество обрабатываемой поверхности.

Выбор режима на практике

Расчет режимов резания при токарной обработке производится специалистами отдела главного технолога предприятия или технологического бюро цеха. Полученные результаты заносят в операционную карту, в которой приводится последовательность этапов, перечень инструмента и режимы изготовления требуемой детали на конкретном токарном станке. Заводские и цеховые технологи рассчитывают параметры технологического процесса и выбирают соответствующие инструмент и оснастку, используя конструкторские чертежи, эмпирические формулы и табличные показатели из технологических справочников. Но на практике реальные условия точения могут отличаться от нормативных по следующим причинам:

  • снижение точности оборудования в результате износа;
  • отклонения в геометрических размерах и физических характеристиках заготовки.
  • несоответствие характеристик материала расчетным.

Элементы резания при токарной обработке

Поэтому для уточнения расчетных технологических режимов применяют метод пробных проходов: точение небольших участков поверхности с подбором режимов и последующим замером геометрии и качества поверхности. Главные недостатки такой отладки технологического процесса — это возрастание трудозатрат и сверхнормативное использование производственных ресурсов. Поэтому его используют только в особых случаях:

  • единичное изготовление без операционной карты;
  • определение точности работы токарного оборудования перед запуском партии;
  • работа с неполноценными заготовками (брак и неточность размеров);
  • обточка литейных и кованых заготовок, не прошедших предварительную обдирку;
  • запуск в производство изделий из новых материалов.

При первом запуске в производство нового изделия, обрабатываемого на автоматизированном оборудовании, также производят пробное точение и подбирают вручную режимы резания. Токарный станок с ЧПУ выполняет все операции по программе, поэтому оператор не всегда может корректировать параметры его работы.

Кроме углеродистых сталей на токарном оборудовании обрабатывают такие металлы как легированная сталь, чугун, титан, сплавы алюминия, бронза и другие сплавы меди. Помимо этого, такую обработку используют для точения материалов с низкой температурой плавления и воспламенения, таких как пластики и дерево. При работе с пластмассами токарные станки чаще всего применяют при обработке деталей из фоторопласта, полистирола, полиуретана, оргстекла, текстолита, а также эпоксидных и карбомидовых композитов. Все перечисленные группы материалов имеют свои особенности расчета и практического применения режимов точения. Это хорошо видно на примере токарной обработки нержавейки — самого распространенного после углеродистой стали конструкционного материала.

Нержавеющая сталь характеризуется низкой теплопроводностью, вязкостью, коррозионной стойкостью, сохранением прочности и твердости при высоких температурах, а также неравномерным упрочнением. Кроме того, в состав некоторых сортов нержавеющей стали входят легирующие добавки повышенной твердости с абразивными характеристиками. Поэтому при работе с ней на практике применяют специальные режимы точения и методы охлаждения и смазки детали.

Обработка нержавейки ведется на повышенных оборотах при уменьшенной подаче. Высокая вязкость этого материала способствует созданию непрерывной вьющейся стружки.

Для решения этой проблемы применяют резцы со стружколомом. Для отвода тепла и смазки обрабатываемой поверхности в рабочую зону подается специальная СОЖ (смазочно-охлаждающей жидкости) на основе олеиновой кислоты. Это уменьшает нагрев заготовки и снижает износ резца. В последнее время все чаще применяют современные методы, которые также уменьшают износ инструмента: направление в рабочую зону ультразвуковых волн и подвод к металлу слаботочных импульсов.

Вычисление скорости резания

Время точения металла (tосн, основное время) — самая затратная составляющая в суммарном времени изготовления единичного изделия. Поэтому от скорости выполнения этой технологической операции напрямую зависит экономическая эффективность использования токарного оборудования. Правильный расчет скорости резания при токарной обработке важен не только с точки зрения стоимостных показателей производственной операции. Ошибки в расчете и применении этого параметра может привести не только к браку детали, но и к повреждению токарного оборудования, оснастки и инструмента. Далее приводится последовательность расчета этого показателя для самой распространенной операции — обточки цилиндрической поверхности.

Основные факторы, влияющие на скорость резания

Скорость резания v имеет размерность м/мин и в общем виде вычисляется по формуле:

где D — диаметр заготовки в мм; n — скорость шпинделя в об/мин.

Но на токарном оборудовании невозможно количественно задать v в качестве параметра управления. При работе на токарных станках предусмотрена регулировка только оборотов шпинделя и подачи инструмента, которые зависит не только от значения v, но и от ряда других факторов: материала детали, мощности главного привода, вида точения и характеристик режущего инструмента. Поэтому при расчете режимов в первую очередь определяют расчетные обороты шпинделя:

На основании полученного результата по таблицам справочной литературе выбирают соответствующее значение v, которое зависит глубины точения, подачи, материала, типа резца и вида операции.

Для расчета теоретической глубины резания t на основании чертежа определяют размерные характеристики детали и заготовки, а затем с учетом геометрических параметров инструмента вычисляют ее по формуле:

где D — диаметр заготовки; d – конечный диаметр детали.

После вычисления величины t по справочникам определяют табличное значение подачи S в мм/об. В справочных таблицах учтены: вид материала (различные стали, бронза, чугун, титан, алюминиевые сплавы), тип точения (черновое, чистовое), параметры резца и геометрия его подхода к обрабатываемой поверхности. Затем по технологическим таблицам на основании полученных величин t и S определяют vτ — табличное значение скорости резания.

Далее vτ должна быть скорректирована в соответствии с реальными условиями точения, к которым относят: период стойкости и технические параметры резца, прочностные характеристики материала, физическое состояние обрабатываемых поверхностей, геометрия резания.

Корректировка vт осуществляется с помощью группы поправочных коэффициентов:

где vут — уточненная скорость резания; K1 — коэффициент, зависящий от времени работы резца; K2, K4 — коэффициенты, зависящие от технических параметров резца; K3 — коэффициент, зависящий от состояния обрабатываемой поверхности; K4 — коэффициент, зависящий от материала резца; K5 — коэффициент, зависящий от геометрии обработки.

После расчета vут вычисляют уточненную скорость вращения шпинделя nут по следующей формуле:

Значение nут должно лежать в диапазоне паспортных скоростей главного привода станка, которые приведены в заводской документации токарного оборудования. Если полученная в результате расчетов nут не имеет точного соответствия в таблицах станка, то необходимо применить ближайшее самое меньшее число.

Формулы для токарной обработки

На последнем этапе рассчитывают фактическую скорость резания vф:

Vф напрямую связана с мощностью главного двигателя станка. Поэтому она является основным параметром при выборе конкретного типа токарного станка для обработки требуемой детали.

Влияние условий работы на скорость резания

§ 8. Износ и стойкость резцов. Скорость резания

При трении любых тел трущиеся поверхности изнашиваются. Величина износа и интенсивность его образования зависят от материала трущихся тел, действующего давления на поверхностях трения, вида смазки, температуры в зоне трения и других факторов.

При резании температура достигает 1000-1200° С, площадки контакта трущихся поверхностей инструмента, стружки и обрабатываемой заготовки небольшие, и следовательно, даже при небольших силах резания, давление на поверхностях трения довольно высокое (100-200 кГ /мм 2 ). Высокая температура в зоне резания является причиной структурных изменений в материале режущего инструмента. При работе резцами, оснащенными пластинками твердого сплава, высокая температура в зоне резания не вызывает структурных изменений в твердом сплаве, но является причиной приваривания (прилипания) сходящей стружки к передней поверхности инструмента. Непрерывно движущаяся стружка вырывает микрочастицы твердого сплава и с большой интенсивностью изнашивает переднюю поверхность.

Высокое давление в местах контакта режущего инструмента и обрабатываемого материала затрудняет проникновение смазочно-охлаждающей жидкости, а значит трение на контактных площадках можно считать близким к сухому трению.

В результате трения стружки о переднюю поверхность резца на последней образуется лунка глубиной hn и шириной В (рис. 32, а). На главной задней поверхности, трущейся о поверхность резания, образуется шероховатая площадка высотой h3, не имеющей заднего угла (α = 0).


Рис. 32. Износ резцов: а – схема образования износа; б – зависимость износа от времени работы

В зависимости от вида обрабатываемого материала, его состояния и условий обработки преобладающим может быть износ по передней или задней поверхности резца. При точении деталей из пластичных (вязких) металлов (сталь, вязкая латунь) с большими скоростями резания и толщиной срезаемого слоя, превышающей 0,1-0,2 мм, преобладающим будет износ по передней поверхности резца.

При точении деталей из хрупких металлов (чугун, бронза, алюминиевокремнистые сплавы) изнашивается главным образом задняя поверхность резца, находящаяся в непрерывном контакте с поверхностью резания и подвергающаяся повышенному абразивному действию со стороны обрабатываемого материала. На переднюю поверхность действует получающаяся стружка надлома, но она не оказывает такого сильного истирающего действия как стружка скалывания или сливная, получающиеся при обработке вязких металлов.

Износ в процессе работы резца происходит следующим образом (рис. 32, а). В начале работы на передней поверхности резца появляется лунка и фаска f, а на задней поверхности – небольшая изношенная площадка. При дальнейшей работе ширина лунки В увеличивается, а ширина фаски f уменьшается, увеличивается и изношенная площадка на задней поверхности. Когда ширина фаски приближается к нулю, наступает выкрашивание и прорыв режущей кромки; изношенные площадки на передней и задней поверхностях соединяются. В этот момент обычно происходит резкое увеличение изношенной площадки на задней поверхности и резец теряет свою режущую способность, для восстановления которой его необходимо переточить (снять изношенный слой с передней и задней поверхностей). Таким образом, решающим является износ по задней поверхности, так как от его величины в основном зависит точность и шероховатость обработанных поверхностей, а также режущая способность инструмента.

Для определения момента снятия режущего инструмента со станка и отправки его в переточку существуют принятые признаки затупления (критерии износа):

  1. Резкое возрастание радиальной силы резания Рy и осевой силы Рх (силовой критерий).
  2. Изменение внешнего вида поверхности резания – появление блестящей полоски при обработке деталей из стали или темных пятен (чешуек) при обработке деталей из чугуна.
  3. Определенная величина износа инструмента (оптимальный износ).
  4. Увеличение шероховатости обработанной поверхности при чистовой обработке (технологический критерий).

В производственных условиях о затуплении резца судят по оптимальному износу и состоянию обработанной поверхности.

Оптимальным износом считается такой износ, при котором общий срок службы режущего инструмента будет максимальным.

Общий срок службы резца

где Т – стойкость резца в мин (время машинной работы между двумя переточками, соответствующее заданному износу);

k – количество переточек резца (включая первую заточку при изготовлении), допускаемых режущей пластинкой.

Определение оптимального износа производится по графикам зависимости величины износа от времени работы инструмента.

На рис. 32, б показана кривая зависимости величины износа по задней поверхности инструмента h3 от времени его работы Т. В начале работы износ быстро увеличивается до точки 1 (время работы T1, величина износа h1), а далее интенсивность образования износа уменьшается и остается почти постоянной (линейной), до точки 2 (Т2 и h2), при дальнейшей работе интенсивность образования износа резко возрастает, инструмент теряет свою режущую способность и его нужно переточить.

Период работы инструмента Т1 называют периодом начального износа и величина его обычно не превышает 5-10 мин. Быстрое увеличение износа в этот период объясняется приработкой трущихся поверхностей инструмента, с которых срываются наиболее выступающие участки и дефектный поверхностный слой, получающийся в результате заточки. Время работы инструмента от Т1 до Т2 называют периодом нормального износа. Этот период составляет примерно 90% от всего периода времени работы инструмента между переточками.

Время работы от Т2 до Т3 называют периодом усиленного (катастрофического) износа. Резкое возрастание износа в этот период является следствием ухудшения процесса резания из-за увеличения коэффициента трения на трущихся поверхностях, повышения давления и температуры в местах трения.

В точке 2 происходит резкий перегиб кривой * в сторону увеличения износа h3; следовательно, работать со стойкостью, большей чем Т2, нецелесообразно, так как увеличится расход режущего материала при переточках и уменьшится количество переточек.

* ( При обработке инструментами с твердосплавными пластинками нет резко выраженной точки, характеризующей начало катастрофического износа, хотя износ достиг такой величины, что инструмент необходимо отправить в переточку.)

Но прекращение работы инструмента в период нормального износа (между точками 1 и 2) не обеспечивает максимального срока службы Тобщ, так как уменьшение величины h3 будет незначительно, а стойкость резца резко уменьшится. Таким образом, оптимальным износом будет величина h3, близкая к величине h2, которая и обеспечит максимальный срок службы инструмента.

На основе теоретических и опытно-статистических данных созданы и рекомендуются величины оптимального износа для различных инструментов и условий обработки. Например, для токарных проходных и подрезных резцов в качестве признака затупления рекомендуется следующая величина износа по задней поверхности:

  • для резцов, оснащенных пластинками из твердых сплавов h3 = 1,0÷4-1,4 мм при черновой обработке и h3 = 0,4÷0,6 мм при чистовой обработке деталей из сталей;
  • для резцов с керамическими пластинками h3 = 0,6÷0,8 мм. Технологический признак затупления применяют в условиях чистовой (окончательной) обработки.

От качества режущей кромки и задней поверхности инструмента зависит шероховатость обработанной поверхности, следовательно, признаком затупления может служить та величина h3, при которой шероховатость обработанной поверхности изготовляемой детали перестает удовлетворять требованиям чертежа. От величины износа резца по задней поверхности зависит и точность обработки, причем необходимо знать величину износа, измеренного в направлении, перпендикулярном обработанной поверхности. Эту величину износа принято называть размерным износом (hp на рис. 32, а), так как он непосредственно влияет на точность получаемого размера. Если за определенный период времени величина размерного износа достигла значения hр, то диаметр обрабатываемой поверхности получит приращение 2hp. Измерение размерного износа чрезвычайно затруднено из-за его малости. Наиболее распространенным является метод измерения износа по задней поверхности с последующим пересчетом на размерный износ по формуле

(из треугольника АСЕ на рис. 32, а),

где hp – размерный износ в мм;

h3 – величина износа по задней поверхности в мм;

α – задний угол в град.

У резцов, применяемых для окончательного точения, в зависимости от требуемых точности и шероховатости обработанной поверхности допускается h3 = 0,2÷0,6 мм.

Скорость резания является одним из основных элементов режима резания, от величины которой во многом зависит производительность станка и качество обработанных поверхностей деталей.

На скорость резания влияют следующие основные факторы: заданная стойкость резца, физико-механические свойства обрабатываемого материала, материал и геометрические параметры режущей части резца, глубина резания и подача, смазочно-охлаждающая жидкость и др.

В диапазоне практически применяемых скоростей увеличение скорости резания v влечет за собой снижение стойкости резца Т. Эта зависимость выражается формулой

где cv и ст – постоянные, зависящие от свойств обрабатываемого материала и материала режущей части резца, глубины резания и подачи, вида охлаждения и др.;

Т – стойкость резца в мин;

m – показатель относительной стойкости, характеризующий влияние стойкости на скорость резания.

Для токарных резцов m = 0,1÷0,3 (в зависимости от режущего материала резца и условий обработки).

Стойкость инструмента устанавливается в зависимости от сложности его конструкции, стоимости переточки и трудоемкости его установки на станке. Например, для обычных токарных резцов, оснащенных пластинками твердого сплава, рекомендуется Т = 60÷90 мин, для червячных фрез (сложный инструмент для обработки зубчатых колес) рекомендуется Т = 200÷300 мин.

Наибольшее влияние на скорость резания оказывают твердость обрабатываемого материала, его структура и состояние. Как правило, с увеличением твердости обрабатываемого материала выделяется больше тепла в процессе резания, интенсивнее изнашивается режущий инструмент, следовательно, для получения заданной стойкости должна быть снижена скорость резания. При обработке заготовок, имеющих окалину или литейную корку, также снижается скорость резания (точение стальных поковок, чугунных отливок, горячекатаного проката).

Мелкозернистые стали обрабатываются легче, чем крупнозернистые, и допускают большие скорости резания. Цветные сплавы могут обрабатываться на значительно больших скоростях резания, чем стали.

Резцы, обладающие более высокой режущей способностью (высокой теплостойкостью и износостойкостью), допускают более высокие скорости резания и, следовательно, являются более производительными. Например, резцы, оснащенные пластинками сплава ВК6 или Т15К6, могут работать на скоростях резания, в 10 раз больших, чем резцы из углеродистой стали.

Резцы, оснащенные пластинками из минералокерамического материала ЦМ-332, могут работать при скоростях резания, в 15 раз больших, чем резцы из углеродистой стали, и в 5 раз больших, чем из быстрорежущей стали.

С увеличением переднего угла у уменьшаются деформации обрабатываемого материала, меньше будут силы, действующие на резец, меньше тепловыделение, следовательно, больше будет скорость резания при данной стойкости резца. Такая закономерность справедлива только до так называемой оптимальной величины угла у, соответствующей определенному обрабатываемому материалу и материалу резца. Например, при обработке стальных деталей резцами из быстрорежущих сталей оптимальным будет γ= 15÷20°. С увеличением переднего угла за оптимальные значения скорость резания уменьшается, так как начинает сказываться ухудшение теплоотвода из-за уменьшения угла заострения β (уменьшается масса головки резца).

С увеличением заднего угла α до определенных пределов увеличивается скорость резания, так как уменьшается трение резца о заготовку и повышается его стойкость. При дальнейшем увеличении α начинает выкрашиваться режущая кромка из-за уменьшения угла заострения β; для сохранения заданной стойкости приходится снижать скорость резания.

Наибольшее влияние на скорость резания из всех углов резца оказывает главный угол в плане φ. С уменьшением угла φ увеличивается длина контакта главной режущей кромки с заготовкой (см. рис. 23, а, в), улучшается теплоотвод, увеличивается скорость резания *

* ( Здесь, как и в дальнейшем, имеется в виду изменение скорости резания для обеспечения рекомендуемой стойкости резца или другого режущего инструмента.)

Влияние вспомогательного угла в плане φ1 на скорость резания примерно такое же, как и угла φ.

С увеличением глубины резания и подачи увеличиваются силы, действующие на резец, и температура в зоне резания, вследствие чего для сохранения заданной стойкости надо уменьшить скорость резания. Увеличение подачи влияет в большей степени на уменьшение скорости резания, чем увеличение глубины резания.

Применение смазочно-охлаждающей жидкости облегчает образование стружки, уменьшает трение и температуру в зоне резания, что дает возможность повысить скорость резания. При предварительной обработке деталей из сталей быстрорежущими резцами правильно подобранная охлаждающая жидкость при подаче 8-12 л/мин позволяет повысить скорость резания на 20-30%.

Эффективно применение жидкости, предварительно охлажденной до 2-4° С, а также распыленной, подаваемой непосредственно в зону резания (распыление производится сжатым воздухом при давлении 2-3 кГ /см 2 ).

Применение распыленной жидкости увеличивает стойкость режущих инструментов в 2-3 раза.

Скорость резания определяется после выбора глубины резания, подачи и рекомендуемой (оптимальной) стойкости резца.

Скорость резания, допускаемая режущими свойствами резца,

где t – глубина резания в мм;

s – подача в мм/об;

kv – общий поправочный коэффициент на скорость резания, который равен произведению всех частных поправочных коэффициентов на все факторы, влияющие на скорость резания (физико-механические свойства обрабатываемого материала и его состояние, геометрические параметры резца и материал резца, охлаждение и др.).

Скорость резания v, силу резания Pz и мощность Ne, необходимую на резание, можно выбрать из нормативов по режимам резания, где они даются в подсчитанном виде в зависимости от нормативной стойкости инструмента и установленных глубины резания и подачи.

Читайте также:  Замена гильз и деталей шатунно-поршневой группы двигателя
Ссылка на основную публикацию