Тепловыделение при резании металлов

метки: Металл, Резание, Тепловыделение, Скорость, Обрабатывать, Деталь, Стойкость, Параметр

резание технологический трение

От современных машин требуются высокие эксплуатационные и технико-экономические характеристики, надежность работы. Проходя путь технологической обработки от исходного материала до готовой детали в машине, изделие подвергается обработке различными технологическими методами.

Одной из главных задач современного машиностроения является развитие, совершенствование и разработка новых технологических методов изготовления деталей машин. Одно из главных мест в технологическом процессе изготовления изделий занимает обработка металлов резанием.

При обработке резанием около 20% материала превращается в отходы (стружку), тем не менее, изготовление высокоточных деталей осуществляется только лишь чистовыми и отделочными методами обработки резанием, объем которых непрерывно возрастает.

1. Режим резания и геометрия срезаемого слоя

Режим резания — совокупность величины элементов: глубины резания, подачи и скорости резания.

Рассмотрим элементы режима резания на примере процесса точения (Рис. 1).

Рисунок 1. Элементы режима резания и геометрия срезаемого слоя при точении

Скорость резания V — это расстояние, пройденное точкой режущей кромки инструмента относительно заготовки в направлении главного движения в единицу времени. Скорость резания имеет размерность м/мин или м/сек. При точении скорость резания равна м/мин

где Dзаг — наибольший диаметр обрабатываемой поверхности заготовки, мм; n — частота вращения заготовки в минуту.

Подачей S называют путь точки режущей кромки инструмента относительно заготовки в направлении движения подачи за один оборот или один ход заготовки или инструмента.

Подача в зависимости от технологического метода обработки имеет размерность:

• мм/об — для точения и сверления;
• мм/об, мм/мин, мм/зуб — для фрезерования;
• мм/дв. ход — для шлифования и строгания.

По направлению движения различают подачи: продольную Sпр, поперечную Sп, вертикальную Sв, наклонную Sн, круговую Sкр, тангенциальную Sт и др.

Глубиной резания t называют расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями заготовки, измеренное перпендикулярно последней. Глубину резания относят к одному рабочему ходу инструмента относительно обрабатываемой поверхности. Глубина резания имеет размерность мм. При точении цилиндрической поверхности глубина резания определяется по формуле:

Обработка металлов резанием

... и схемы способов обработки Обработка резанием -- это процесс получения детали требуемой геометрической формы, точности размеров, взаиморасположения и шероховатости поверхностей за счет механического срезания с поверхностей заготовки режущим инструментом материала технологического припуска ...

где d — диаметр обработанной цилиндрической поверхности заготовки, мм.

Глубина резания всегда перпендикулярна направлению движения подачи. При подрезании торца глубиной резания является величина срезаемого слоя измеренная перпендикулярно к обработанному торцу. При прорезании и отрезании глубина резания равна ширине канавки, образуемой резцом.

Глубина резания и подача являются технологическими величинами, которыми оперируют в производственных условиях (при нормировании).

Для теоретических исследований имеют значение геометрические величины срезаемого слоя: ширина, толщина и площадь срезаемого слоя.

Шириной срезаемого слоя «b» называется расстояние в мм между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное по поверхности резания.

где — главный угол в плане.

Толщиной срезаемого слоя «a» называется расстояние в мм между двумя последовательными положениями поверхности резания за один оборот обрабатываемой детали, измеренное перпендикулярно к ширине срезаемого слоя

Площадь срезаемого слоя «f» равна

, мм2.

Эта площадь сечения срезаемого слоя называется номинальной. Действительная площадь срезаемого слоя будет меньше номинальной за счет гребешков, оставляемых резцом на обработанной поверхности. Высота и форма остающихся гребешков влияет на шероховатость обработанной поверхности.

Параметры процесса резания — это переменные, используемые для описания и анализа процесса резания. К ним относят множество размеров обработанной поверхности (линейные, угловые), множество параметров шероховатости; основное время, непосредственно затраченное на резание То, стойкость инструмента Т, эффективную мощность резания, скорость резания, геометрические параметры резцов и т.д.

Основное технологическое время обработки То — это время, затрачиваемое непосредственно на процесс изменения формы, размеров и шероховатости обрабатываемой поверхности заготовки. Для токарной обработки

где -путь режущего инструмента относительно заготовки в направлении подачи; l — длина обработанной поверхности, мм;

• величина врезания () и перебега резца (1-2), мм;
• i — число рабочих ходов резца, необходимое для снятия материала, оставленного на обработку;
• n — частота вращения заготовки, об/мин;
• S — подача, мм/об.

Производительность обработки Q — количество деталей, обрабатываемых за определенное время Т (смена, час).

где Тк время обработки детали.

Если норма выработки или производительность определяются за час, то

, шт./час.

Время обработки детали

где tшт — штучное время, затрачиваемое на каждую деталь;

• tп.з. — подготовительно-заключительное время, отнесенное к одной детали.

где Тп.з. — подготовительно-заключительное время на обрабатываемую партию деталей; N — число деталей в партии.

где to — основное (технологическое) время, затрачиваемое на резание;

• tв — вспомогательное время, необходимое для установки и снятия детали, измерения ее, управления станком и др.;

• tоб — время обслуживания станка и рабочего места, отнесенное к одной детали;
• tп — время перерывов на отдых и естественные надобности, отнесенное также к одной детали.

Отдельные составляющие штучного времени определяются по нормативно-справочным данным.

Режущий инструмент

... срезаемого слоя, характер протекания процесса резания зависит главным образом не от переднего угла, а от радиуса закругления режущей ... режущей кромкой, расположенной на образующей конуса. Развертка имеет зубья с плоской передней поверхностью, совпадающей с осевой плоскостью инструмента, ... рис. 1.1, в). При этом отверстие, предварительно обработанное, может быть цилиндрическим или коническим. Отверстия с ...

Элементы режима резания назначают следующим образом:

1 сначала выбирают глубину резания. При этом стремятся весь припуск на обработку снять на один проход режущего инструмента. Если по технологическим причинам необходимо сделать два прохода, то при этом на первом проходе снимают 80% припуска, при втором 20%;

2 выбирают величину подачи. Рекомендуют назначать наибольшую допустимую величину подачи, учитывая требования точности и шероховатости обработанной поверхности, а также режущие свойства материала инструмента, мощности станка и другие факторы;

3 определяют скорость резания по эмпирическим формулам. Например, для точения

где СV — коэффициент, зависящий от обрабатываемого и инструментального материалов и условий резания;

• Т — стойкость резца в минутах;
• m — показатель относительной стойкости;
• XV, YV — показатели степеней.

4.по найденной скорости определяется число оборотов шпинделя станка и по паспорту станка выбирается ближайшее меньшее

, об/мин.

К параметрам режима резания относят также основное (технологическое) время обработки: время, затрачиваемое непосредственно на процесс резания:

мин,

где L = l + y + y _{1 — путь режущего инструмента в направлении подачи, мм;}

l — длина обработанной поверхности, y = t * ctg ц — величина врезания резца, y _{1 = 1…3 мм — выход (перебег) резца, i — число рабочих ходов резца.}

2. Физические закономерности (явления) процесса резания

Резание металлов — сложный процесс взаимодействия режущего инструмента и заготовки, сопровождающийся рядом физических явлений, таких как:

1) стружкообразование,

2) усадка стружки,

3) силы резания,

4) наростообразование,

5) упрочнение (наклеп) поверхностного слоя,

6) тепловыделения в зоне резания,

7) трение и износ инструмента,

8) вибрации

2.1 Стружкообразование и виды стружек

Процесс резания металла и образование стружки осуществляется в определенной последовательности (Рисунок 2 а ):

• под действием силы резец вдавливается в металл, при этом в срезаемом слое возникают упругие деформации , которые, накапливаясь по абсолютной величине, переходят в пластические ;

• возрастание пластической деформации приводит к сдвиговым деформациям — смещению частей кристаллов относительно друг друга;

• сдвиговые деформации вызывают скольжение отдельных частей зерен по плоскостям скольжения (по линии 0 — 0);

• плоскости скольжения дробят зерна на отдельные части (пластины), зерна при этом вытягиваются, располагаются цепочкой, металл упрочняется;
• при максимальной величине пластической деформации зерна смещаются относительно друг друга и скалывается элементарный объем металла.

Рисунок 2. Схема процесса стружкообразования ( а ) и виды стружек: б ) сливная; в ) скалывания; г ) надлома

Металлорежущие станки

... резании металлов Обработка металлов резанием представляет собой процесс удаления режущим инструментом с поверхности заготовок слоя металла в виде стружки ... резанием, относятся: сила резания (момент вращения) обрабатываемого материала, определяемая по сравнению с силой резания эталонного материала (для металлов ... в направлении повышения производительности металлорежущих станков, их надёжности и точности ...

Следовательно, резание — это процесс последовательного деформирования срезаемого слоя материала; упругого и пластического разрушения.

При резании металлов с разными физико-механическими свойствами образуется три вида стружек: сливная, скалывания и надлома.

Сливная стружка (рисунок 2 б ) образуется при резании пластичных металлов и сплавов и представляет собой сплошную ленту с гладкой прирезцовой стороной и зазубринами на внешней стороне.

Стружка скалывания (рисунок 2 в ) образуется при обработке металлов средней твердости. Она состоит как бы из отдельных элементов, соединенных между собой в ленту.

Стружка надлома (рисунок 2 г ) образуется при обработке хрупких металлов и состоит из отдельных элементов, не связанных между собой.

Вид стружки кроме физико-механических свойств металла еще зависит от: режима резания, геометрии режущего инструмента, применяемых смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ).

2.2 Усадка стружки

Усадка стружки — укорочение и утолщение стружки по сравнению с длиной и толщиной срезаемого слоя (Рисунок 3).

Рисунок 3. Схема усадки стружки , Усадка характеризуется коэффициентом усадки К , который может быть: K _{L — коэффициент продольной усадки и}

K _{a — коэффициент поперечной усадки,}

·

из равенства объемов материала стружки и срезанного слоя имеем a

• b

• L = a ₁

• b ₁

— L ₁ , при b = b ₁ получаем K = K _{L = K a .}

Чем пластичнее металл, тем больше коэффициент усадки стружки.

Для хрупких металлов К = 1, для пластичных К = 4…7.

Усадка стружки зависит от физико-механических свойств обрабатываемого материала, режима резания, геометрии инструмента, условий резания и др.

2.3 Силы резания

Деформирование и срезание с заготовки слоя металла происходит под действием внешней силы « R », приложенной со стороны инструмента к обрабатываемой заготовке, в направлении главного движения. При этом работа, затрачиваемая на деформацию и разрушение металла равна:

A = P _{z · V = A уд + А пд + А т ,}

где A _{уд — работа, затраченная на упругое деформирование,}

К вопросу об определении типов стружек

... стружки и схемы приложения сил возможно изменение в преобладании того или иного вида работы. Если преобладает работа изгиба, то стружкообразование происходит при разрушении (отрыве) припуска вдоль поверхности резания. ... достигнуты предельные напряжения по поверхности скалывания, инструмент пройдет значительно больший путь ... скалывания, и так далее. На рисунке 4 последовательные положения 1,2,3 при ...

А _{пд — работа, затраченная на пластическое деформирование и разрушение металла,}

А _т — работа, затраченная на преодоление сил трения инструмента о заготовку и стружку.

В результате сопротивления металла деформированию возникают реактивные силы, действующие на резец: нормального давления и силы трения.

Равнодействующую R от указанных сил можно разложить на состав-ляющие, действующие по трем взаимно перпендикулярным направлениям: координатным осям станка (Рисунок 4).

Такими являются:

ось x — линия центров станка,

ось y — линия, перпендикулярная к линии центров станка,

ось z — линия, перпендикулярная к плоскости (x — y ).

R — равнодействующая сил, действующих на резец,

Р _{z — вертикальная составляющая силы резания,}

Р _{y — радиальная составляющая силы резания,}

P _{x — осевая составляющая силы резания.}

Рис. 4. Разложение силы резания на составляющие

По силе P _{z определяют крутящий момент на шпинделе станка, эффективную мощность резания, деформацию изгиба заготовки в плоскости (x — z ), изгибающий момент на стержень резца. По силе P z ведут динамический расчет механизмов коробки скоростей станка.}

По силе Р _{y определяют упругое отжатие резца от заготовки и деформацию изгиба заготовки в плоскости x — y .}

По силе P _{x рассчитывают механизмы подач станка и изгибающий момент, действующий на стержень резца.} , Силы P _{z , Р y и P x определяют по эмпирическим формулам:}

P = C _{P * t ^xp * S ^yp * V ^np * К p ,}

где С _{Р — коэффициент, учитывающий свойства обрабатываемого материала, t , S и V — глубина, подача и скорость резания, К P — поправочный коэффициент, учитывающий факторы, отличающиеся от эталонных.}

С _{P , К P , x P , y P и n P приведены в справочнике.}

2.4 Наростообразование

Нарост — слой обрабатываемого металла, образующийся на передней поверхности инструмента (Рис. 5).

Выбор и способы получения заготовок деталей машин

... формы поверхностей заготовки должны соответствовать требованиям чертежа заготовки. Заготовки должны быть выполнены из материала, ... изготовления режущих инструментов используются новые сверхтвердые композиционные материалы, синтетические и ... в себя получение заготовок, механическую обработку резаньем и построения машин ... К металлическим заготовкам относятся: Прокат из стали и цветных металлов простых и ...

Нарост обладает прочностью и твердостью гораздо большими, чем у исходного металла.

Рисунок 5 — Наростообразование при точении

Нарост играет двоякую роль в процессе резания.

Преимущества нароста:

• увеличивает передний угол (+ г ), что приводит к уменьшению силы резания;

• способен сам резать исходный материал;
• удаляет центр давления стружки от режущей кромки, что уменьшает износ режущего инструмента;
• улучшает отвод тепла от инструмента.

Недостатки нароста:

• нарост увеличивает шероховатость обработанной поверхности, периодически срываясь с инструмента и внедряясь в обработанную поверхность;
• частицы нароста, внедрившиеся в обработанную поверхность, вызывают повышенный износ другой детали в соединении и всей пары трения;
• ввиду изменения угла г изменяется величина силы резания, а это приводит к вибрациям станка и инструмента, что ухудшает качество обработанной поверхности.

Нарост является положительным явлением при черновых операциях и отрицательным при чистовых.

Наростообразование зависит от физико-механических свойств обрабатываемого материала, скорости резания, геометрии режущего инструмента и других факторов.

2.5 Наклеп (упрочнение)

Упрочнение (наклеп) — увеличение твердости и прочности поверхностного слоя, в результате искажения кристаллической решетки зерен под действием упругой и пластической деформаций металла.

В реальных условиях режущая кромка инструмента всегда имеет радиус закругления ( с ) (Рисунок 6).

Из-за него в процессе резания часть толщины срезаемого слоя подвергается упругопластическому деформированию.

Рисунок 6. Схема образования поверхностного слоя и наклепа

Н — ширина контактной площадки

h _{y — толщина упрочненного слоя.}

Наклеп характеризуется толщиной упрочненного слоя ( h _{y ) и степенью наклепа (з H ):}

НВ

НВ

Пластичные материалы подвергаются большему упрочнению, чем хрупкие или твердые.

В целях получения повышенной поверхностной прочности и остаточных напряжений сжатия, наклеп является явлением положительным. Однако, наклеп, полученный при черновых операциях, при дальнейшей чистовой обработке интенсивнее изнашивает инструмент. Это отрицательное явление наклепа.

2.6 Тепловыделения в зоне резания

Работа, затрачиваемая на упругопластическое деформирование обрабатываемого материала, трение стружки о режущий инструмент, трение инструмента о поверхность резания и обработанную поверхность заготовки, превращается в тепловую энергию.

Общее количество теплоты, выделившееся в процессе резания в минуту составляет:

Q = Р _{z * V (Дж/мин).}

Тепловой баланс процесса резания можно записать (рисунок 7):

Q = Q _{упд + Q тп + Q тз = Q 1 + Q 2 + Q 3 + Q 4 ,}

Точность механической обработки деталей машин

... качество оборудования и инструмента, физико-химические и механические свойства материалов и заготовок, совершенство технологического прогресса, а также качество обработки и контроля. Качество полученной после обработки детали характеризуется точностью обработки. От того, ...

где Q _{упд — тепло выделившееся при упругопластическом деформировании обрабатываемого материала,}

Q _{тп — тепло от трения стружки о переднюю поверхность инструмента,}

Q _{тз — тепло от трения задней поверхности инструмента о заготовку,}

Q _{1 — тепло, отводимое стружкой (30… 80% от Q ),}

Q _{2 — тепло, отводимое заготовкой (10… 50%),}

Q _{3 — тепло, отводимое режущим инструментом (2… 8%),}

Q _{4 — тепло, переходящее в окружающую среду (около 1%).}

Рисунок 7. Источники образования и распределения теплоты резания

Теплообразование отрицательно влияет на процесс резания:

• нагрев инструмента снижает его твердость и приводит к ускорению износа;
• нагрев инструмента изменяет его размеры, что приводит к ухудшению точности размеров и формы обработанных поверхностей;
• нагрев заготовки вызывает изменение размеров и формы деталей;
• температурные деформации инструмента, приспособления, заготовки и станка снижают качество обработки.

Для снижения влияния теплоты на процесс резания используют смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) и смазочно-охлаждающие вещества (СОВ).

Различают следующие СОЖ:

• водные растворы минеральных электролитов, эмульсии, мыльные растворы;
• минеральные, животные и растительные масла;
• минеральные масла с добавлением фосфора, серы, хлора (сульфо — фрезолы), керосин и растворы поверхностно-активных веществ в керосине;
• масла и эмульсии с добавлением смазывающих веществ (графита, парафина, воска).

СОВ тоже могут быть различные:

• газы и газообразные вещества: СО ₂ , CCl ₂ , N ₂ ;

• пары поверхностно-активных веществ;
• распыленные жидкости (туман) и пены;
• твердые вещества: порошки воска, парафина, петролатума, битума;
• мыльные порошки.

Чаще всего при обработке резанием применяют СОЖ, особенно водные эмульсии с добавками ингибиторов (антикоррозионных добавок).

Кроме этого, существенную роль в охлаждении имеет способ подачи СОЖ в зону резания.

2.7 Трение, износ и стойкость инструмента

Трение между инструментом, стружкой и заготовкой вызывает износ режущего инструмента.

Износ режущего клина может происходить:

• по задней поверхности,
• по передней поверхности,
• по задней и передней поверхностям одновременно.

  Износ по задней поверхности является определяющим.

  Характер изнашивания (вид износа) может быть различным.

, Виды износа:

• абразивно-механический — разрушение (царапанье) слоев инструмента твердыми частицами обрабатываемого материала при трении;
• адгезионный — схватывание микрочастиц материалов инструмента и заготовки при высоких температурах;
• диффузионный — взаимное растворение химических элементов материалов инструмента и заготовки, особенно при повышенных температурах ( И >
• 800°С);

• окислительный — образование малопрочных окислов при нагреве инструмента в среде кислорода воздуха, которые легко изнашиваются стружкой и заготовкой;

— усталостный — в результате периодической нагрузки на режущую кромку при резании поверхности с большими микронеровностями.

Проектирование операций механической обработки поверхностей детали

... на обработку выбираем по нормативам, руководствуясь [4]. Таблица 2.2.1 - Поверхность 1 Ш50 h8 Ra0.63 = Rz 3.15 Переходы Квалитет Шероховатость Rz Припуск 2z Операционный размер КВ. Т Заготовка ... Операционный размер КВ. Т Сверление 13 270 40 28,7 Растачивание черновое 10 70 25 0,8 29,5 Растачивание чистовое 9 43 20 0,5 30 Переходы Квалитет Шероховатость ...

При реальном изнашивании в конкретных условиях резания могут быть различные комбинации перечисленных видов износа.

При достижении определенного значения допустимого износа по задней поверхности — h _{з , который называется критерием износа, инструмент подвергается заточке.}

Период работы инструмента между переточками называется стойкостью — « T _i », которая измеряется в минутах.

Суммарный период службы инструмента:

У T = n _{i * T i ,}

где n _{i — число переточек инструмента до полной амортизации режущей части.}

Стойкость инструмента зависит от физико-механических свойств материалов инструмента и заготовки, режима резания, геометрии инструмента, условий обработки.

Наибольшее влияние на стойкость оказывает скорость резания, в соответствии с зависимостью:

полученной из

где С _{V — коэффициент, учитывающий свойства обрабатываемого}

материала,

т — показатель относительной стойкости.

3. Производительность и выбор режима резания

Производительность обработки « G » определяют числом деталей, изготовляемых в единицу времени:

(шт./мин),

Т _{шт — время обработки, складывается из основного (Т о ), подготовительно-заключительного (Т пз ), вспомогательного (Т в ) и времени на оргтехобслуживание (Т то ), т.е.:}

Т _{шт = Т о + Т пз + Т в + Т то , мин.}

Основное (технологическое) время ( Т _о ) затрачивается непосредственно на процесс изменения формы размеров и шероховатости обрабатываемой поверхности.

Формулы для определения Т _{о в зависимости от технологического метода обработки приведены в справочной литературе.}

3.1 Порядок назначения и выбора элементов режима резания

Обработка деталей на шлифовальном станке

... и инструменты. 3.1.Классификация шлифовальных станков. Металлорежущие станки, предназначенные для обработки заготовок абразивными инструментами, составляют группу – шлифовальные станки. Шлифовальные станки обеспечивают шестой и седьмой квалитеты ИСО. При обычном шлифовании достигают параметра шероховатости поверхности Ra=1,25 ...

1) Назначают глубину резания

Глубина резания ( t ).назначается исходя из жесткости технологической системы СПИД (станок — приспособление — инструмент — деталь), величины припуска и стадии обработки, используя справочные данные.

Если весь припуск ( h ) снимается за один рабочий ход, то глубина резания принимается равной величине припуска, т.е. (t = h ). Величина припуска на обработку (h ) определяется по разному, исходя из условие и метода обработки, размеров и формы заготовки и детали.

Например , для наружного точения определяется по формуле:

h = 0,5*(D _{з + d ),}

где D _{з — диаметр обрабатываемой поверхности заготовки,}

d — диаметр обработанной поверхности детали.

Если обработка поверхности разделяется на черновую и чистовую стадии, то сначала необходимо назначить глубину резания на чистовой рабочий ход: t _чист = (0,2…0,25) h , а оставшуюся часть припуска оставить на черновой рабочий ход, т.е.: t _черн = h — t _чист .

Если черновая обработка выполняется в несколько рабочих ходов, то следует назначить величину t _чист , а остальную часть припуска (h ) разделить на число рабочих ходов (i ): t _черн = (h — t _чист ) / i .

2) Наибольшую допустимую величину подачи ( S ) выбирают по справочным данным с учетом требований точности и шероховатости поверхности, обработанной в соответствии со стадией обработки (черновая или чистовая), а также мощности станка, режущих свойств материала инструмента, жесткости и точности технологической системы СПИД.

3) Определяют скорость резания ( V ) по эмпирической зависимости, исходя из выбранных: глубины резания (t ), подачи (S ) и стойкости режущего инструмента (Т ).

Например при точении:

где С _{V — коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала, вид работы, толщины среза и материала лезвия резца;}

х _{v и у v — показатели степени при t и S ;}

т — показатель степени периода стойкости, зависящий от материала лезвия резца;

С _{V , m , x v и у v определяются по справочным данным;}

Т — средний период стойкости резца, мин;

К _{V — общий поправочный коэффициент, учитывающий различие конкретных условий резания от экспериментальных, при которых определены табличные значения коэффициента С V .}

Коэффициент К _{V определяется как произведение коэффициентов, учиты — вающих влияние различных факторов обработки поверхности:}

К _{V = К Mv * К П v * К И v * К Ф v * К ц v * К ц’ v * К rv ,}

где К _{Mv , К П v , К И v , К Ф v , К ц v , К ц’ v и К rv — коэффициенты, учитывающие, соответственно: физико-механические свойства обрабатываемого материала, состояние поверхности заготовки, марку инструментального материала, форму передней поверхности резца, углы в плане и радиус при вершине резца.}

4) По расчетному значению скорости резания ( V ) определяется требуемая частота вращения шпинделя станка (n _шп ):

где D _{з — диаметр обрабатываемой поверхности заготовки, м.}

Расчетное значение частоты вращения ( n _т ) следует откорректировать по паспортным данным станка, приняв для конкретных условий ближайшее меньшее значение (n _ст ): n _ст < n _т .

5) Выполняют проверку выбранного режима.

Проверку правильности выбранного режима резания чаще всего выполняют по загрузке мощности станка, иногда и по другим критериям.

При необходимости выбор элементов режима резания полностью повторяют.

4. Выбор оптимального режима резания

Качество и эффективность изготовления деталей машин зависят от рационального проведения процессов обработки заготовок резанием, которое достигается в следующих случаях:

• ѕ режущая часть инструмента имеет оптимальные геометрические параметры и качественную заточку лезвий;
• ѕ обработка заготовок ведется с технически и экономически обоснованными подачами S и скоростями резания v;
• ѕ возможности механизмов станка — коробки подач и коробки скоростей — позволяют реализовать обоснованные значения подачи S и скорости резания v.

Режимы резания характеризуются числовыми значениями глубины резания, подачи (или скорости движения подачи) и скорости резания, а также геометрическими параметрами и стойкостью инструментов, силами резания, мощностью и другими параметрами процесса резания, от которых зависят его технико-экономические показатели.

Выбор режимов резания можно считать рациональным, если значения перечисленных параметров позволяют получить высокие техникоэкономические показатели. Параметры режима резания взаимосвязаны, поэтому нельзя произвольно изменять значение одного из них, не изменяя соответственно всех прочих.

При выборе и назначении режимов резания необходимо производить соответствующее согласование значений всех параметров с возможностями их реализации на станках. Необходимость учета большого числа взаимовлияющих факторов при назначении режимов резания обусловила использование метода постепенного приближения. На практике некоторым параметрам задают предварительные значения, а затем их корректируют с учетом других параметров до тех пор, пока не получат окончательные значения, которые могут быть использованы для реализации данного технологического процесса обработки. Кроме того, следует отметить, что решение поставленной задачи почти всегда многовариантно, т.е. несколько вариантов сочетаний параметров режимов резания удовлетворяют поставленным требованиям.

Обычно выбор основных параметров режимов резания начинают с определения глубины резания. Она связана с припуском, оставляемым для выполнения данной технологической операции. На операциях окончательной обработки припуск составляет не более 0,5 мм. На промежуточных операциях припуск на обработку изменяется в пределах 0,5… 5 мм. На операциях предварительной обработки заготовок в зависимости от их размеров и способа изготовления припуск может быть более 5 мм.

Например, припуск менее 7 мм может быть срезан за один проход резца (глубина резания равна припуску на обработку).

В случае превышения некоторых критических значений глубины резания могут возникнуть вибрации станка, приспособления, инструмента, заготовки, поэтому припуск более 7 мм срезают за два или несколько проходов, а глубина резания при каждом проходе может быть постоянной или ее последовательно уменьшают.

Значение подачи S (как и глубины резания) определяют в зависимости от вида технологической операции. Операции окончательной обработки ведут при подаче на оборот S _o < 0,1 мм/об. При операциях промежуточного формообразования подачу назначают в пределах S_o = 0,1…0,4 мм/об. Операции предварительной обработки для сокращения времени стремятся вести при подаче S_o = 0,4…0,7 мм/об. При обработке заготовок на тяжелых станках можно применять глубину резания до 30 мм и подачу до 1,5 мм/об.

Предварительное значение скорости резания v при известных глубине резания t и выбранном интервале подач S вычисляют по формуле, которая приводится в справочниках по режимам резания.

Твердость заготовки НВ устанавливают по технической документации, сопровождающей партию заготовок, поступающих на обработку.

Стойкость инструмента характеризуется периодом стойкости T _p , т.е. временем работы инструмента между переточками. Его назначают согласно рекомендациям справочных материалов в зависимости от характера выполняемой операции и инструментального материала. На практике используют некоторый интервал значений периода стойкости. Например, для твердосплавных резцов при выполнении операций промежуточного формообразования можно принять период стойкости Т= 30…45 мин.

По формуле вычисляют два значения скорости резания: большее — для меньших значений подачи S и периода стойкости Т и меньшее — для больших их значений. По найденным значениям скорости резания v, м/мин, для заданного диаметра D, мм, обрабатываемой заготовки по формуле п = 1000 v/(рD), об/мин, рассчитывают два значения частоты вращения шпинделя — наибольшее и наименьшее, т.е. определяют интервал значений частоты вращения шпинделя, в пределах которого можно выбрать определенное значение, обеспечиваемое кинематикой станка.

Если на предварительном этапе устанавливают некоторый интервал значений параметров резания, в пределах которого достигаются заданные точность и качество обрабатываемой детали, то следующим этапом является выбор фактических (рабочих) значений основных параметров режимов резания.

Глубина резания (рабочая), как правило, равна полуразности диаметров обрабатываемой и обработанной детали (при точении).

Рабочую подачу выбирают из числа имеющихся в коробке подач станка, причем это значение должно находиться в пределах интервала предварительно выбранных значений подач.

Рабочую частоту вращения шпинделя выбирают из числа значений, обеспечиваемых коробкой скоростей станка, с учетом того, что она должна находиться в интервале частот для меньшей и большей скоростей.

С помощью установленных рабочих значений основных параметров режимов резания — глубины резания t, подачи S и частоты вращения шпинделя n — проводят расчет остальных рабочих режимов и соответствующих технико-экономических показателей.

Рабочую скорость резания v, м/мин, при известной частоте вращения шпинделя n, об/мин, и заданном диаметре заготовки D, мм, можно рассчитать по формуле v = 10 ^-3 р: Dn.

Список используемой литературы

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/teplovyidelenie-pri-rezanii-metallov/

1. Ангелло Г.Н., Азизова Г.У. — Обработка материалов резанием (процессы, станки и инструменты)

2. Б.П. Бармин — Вибрации и режимы резанья

3. www.autowelding.ru/publ/1/rezanie_metallov/rezhimy_rezanija/23-1-0-292

4.