6. Влияние изменения условий обработки на величины составляющих силы резания

Изменение скорости резания приводит к изменению всех трех составляющих силы резания. На рис. 3.8 показана зависи­мость изменения составляющих сил резания от скорости при обра-

ботке стали ЗОХГСА резцом, оснащенным пластинкой из твердого сплава Т15К6 с углом у = 10°, глубиной обработки / =5 мм и пода­чей 5 = 0,21 мм/об.

Р„Р_У.Р„ кН

275

0 40 80 120 160 200 V, м/мин

Рис. 3.8. Влияние скорости резания на Р_х, Р_г и Р_г при точении стали ЗОХГСА

125

75

225

175

Степень влияния глубины резания и подачи на силы резания различна: изменение глубины резания оказывает больше влияния, чем изменение подачи.

Физико-механические свойства обрабатываемого мате­риала оказывают существенное влияние на силы резания. При об­работке пластичных металлов силы резания выше, чем при обра­ботке хрупких металлов, так как сталь обладает большим пределом прочности и больше пластически деформируется, чем чугун. Чем больше пластичный материал склонен к наклепу, тем выше силы резания.

Силы резания тем больше, чем мельче зерна в структуре ме­талла, так как он при этом прочнее и тверже. Учет свойств мате­риала только в виде его твердости является приближенным, так как не учитывается влияние многих других факторов. Качество обра-

батываемого материала учитывается с помощью коэффициента который равен единице для стали с пределом прочности = 750 МПа и для серого чугуна с твердостью НВ = 190, а для других сталей или чугунов рассчитывается по формулам

\^Л ) .

750у ’

НВГ. 19о; ’

К_{я р} =

К,

тр

где а_а - предел прочности обрабатываемой стали, МПа;

НВ - твердость по обрабатываемого материала по Бринелю, кг/мм².

Так, при обработке углеродистых и легированных конструк­ций сталей с ст, < 600 МПа резцами из твердого сплава п = 0,75, а серых чугунов п = 0,4.

Геометрические параметры режущей части инструмента тоже оказывают большое влияние на колебание составляющих сил резания.

С увеличением угла резания 8 (уменьшением переднего угла у) возрастают все составляющие силы резания [4] (рис. 3.9), причем скорость роста сил Р_у и Р_х быстрее, чем силы Р₂.

20

30

-К)

80 00 5”

Рис. 3.9. Влитие угла резания 5 на силы Р_п Р_у и Р_с при точении стали 45; а, = 60 кГ/мм; У= 17 м/мин; / = 3 мм, 5 = 0,6 мм/об

Рост заднего угла а приводит к незначительному снижению силы резания.

Увеличение главного угла в плане ср от 30° до 60° (рис. ЗЛО) [4] при несвободном резании стали резцом с радиусом при верши­не г > 0 приводит к снижению силы резания до минимального зна­чения, а дальнейший рост угла <р - к увеличению Р..

15 30 45 <50 "5 ^

Рис. 3.10. Влияние главного угла (р в плане на силу Р/.

I - при свободном резании; У= 44 м/мин; 2 - при г = 0; У= 40 м/мин;

3 - при г = 2 мм; У= 40 м/мин; во всех случаях (= 2 мм, 5 = 0,48 мм/об

Силы резания Р. и Р_х возрастают при увеличении радиуса вершины резца, так как возрастает работа деформации и усадки стружки, а сила Р_х снижается.

Увеличение угла наклона главной режущей кромки от -20° до +45° приводит к росту составляющих силы резания Р₂ и Р_у и сни­жению Р_х (рис. 3.11). Причем изменение X, от -5° оказывает незна­чительное влияние на силы резания, а при больших значениях X интенсивнее других составляющих возрастает сила резания Р_у.

Если превалирует износ резцов по задней поверхности, силы резания увеличиваются. Особенно сильно возрастают силы Р_у и Р„ достигающие силы Р_:, а могут и превзойти ее, что может привести к появлению или усилению вибраций. Это можно объяснить тем, что из-за износа возрастают радиус лезвия и угол резания, а следо­вательно, и силы резания. Силы резания могут снижаться, когда превышен износ по передней поверхности резца.

Рис. 3.11. Влияние угла наклона главной режущей кромки А. на силы Р„ Р_у и Р_г при точении стали 45; V- 17 м/мин;

1 = 3 мм, £ = 0,6 мм/об

Чем активнее смазочно-охлаэвдающая жидкость, тем в

большей степени снижаются силы резания, причем силы Р_х и /\ в большей степени зависят от сил трения по передней поверхности, снижаются примерно в 1,5 раза больше, чем сила Р„ Например, применение водного раствора электролита снижает силу Р. на 3-5%, а сульфофрезола - на 20%.

7. Затраты на электроэнергию в себестоимости обработки резанием

Затраты на электроэнергию в себестоимости технологической операции обработки резанием можно рассчитать по формуле:

N Т Ц

—° ^э, (3-1)

60 т]

где ЛГ₃ - эффективная мощность резания, кВт;

Т_а - основное время резания, мин;

Цэ - стоимость электроэнергии, руб./кВт ч;

1/60 - переводной коэффициент из минут в часы;

т| - коэффициент полезного действия привода станка (т) - = 0,75-0,80)

Мощность электродвигателя станка для осуществления про-

„ К

цесса резания должна составлять Л'_лв >—.

Л

Эффективную мощность резания при точении можно рассчи­тать по формуле

р.ИияЛ р.—

60 000

60000 60000

где Р_г, Р_у, Р_х - составляющие силы резания, Н;

• поперечная подача, мм/об;

п - частота вращения шпинделя станка, мин“’ (об/мин);

5- продольная подача, мм/об;

При продольном точении поперечная подача 5„_оп = 0, поэтому #_У = 0.

Мощность, расходуемая на преодоление осевой составляю­щей силы резания Ы_х = (0,01 - 0,02) так как с одной стороны Р_х < Р_:, а с другой скорость продольной подачи значительно мень­ше скорости резания. Поэтому в практических расчетах мощно­стью Ы_х можно пренебречь, тогда

После подстановки в эту формулу уравнения для определения силы резания Р, ~ Ср, • К_р1.

Эффективная мощность резания при точении будет иметь вид

N3 = 1,67-10 ⁵ ■ Ср, • /** • 5^- • ^^/рг+1 -К_р:. (3.2)

.. В формулу (3.1) входит основное время точения, определяе-

I г юоог

мое как: Т₀ , где п .

Б п / 7Ф_ж

Основное время точення будет

Т

(3.3)

₀ - 3,14 -10~^э •

Затраты на электроэнергию при точении после подстанов­ки в формулу (3.1) выражений (3.2) и (3.3) и преобразований будет определяться по формуле

С₃ = 8,74 • 1<Г* • С,* • г'^,р"¹ • 5^{Ург 1} • И^/рг“¹ • Да, • I ■ 2 ■ Цз • К₉₂, руб.,

где коэффициент Срх и производные коэффициентов К_р1, и пока­затели степени Х_рг, Ур_г, Н_р1 выбираются из нормативных режимов резания для силы резания в Н.

Затраты на электроэнергию прямо пропорциональны диамет­ру заготовки Дат, расчетной длине резания £, стоимости электро­энергии в руб./кВт ч. Учитывая, что значения показателей степени Хрг и Ург положительны и меньше единицы, а показателя Я_рг - от­рицательно и меньше единицы, можно заключить, что увеличение глубины резания Г, подачи 5 и скорости V приводит к снижению за­трат на электроэнергию. Например, для наружного продольного точения заготовок из конструкционной стали с ст, = 750 МПа твер­досплавным резцом с ф = 45°, у = 10° формула примет вид

^ 26,22 • 10"⁷ • З’⁴’-²⁵ • У^¹⁵ ■ • I • 2 ■ Ц,

Л

В данном случае глубина резания не влияет на затраты, на электроэнергию. При увеличении подачи затраты С, снижаются в большей степени, чем при увеличении скорости при заданной стой­кости инструмента. Ограничивают рост подачи и скорости мощ­ность электродвигателя станка, виброустойчивость технологиче­ской системы. Ограничениями по подаче являются: прочность рез­ца, прочность режущей пластинки, шероховатость обработанной поверхности. Основное ограничение по скорости - температурная стойкость материала резца.

Для снижения затрат на электроэнергию нужно применять за­готовку с малыми припусками 2, что также уменьшит диаметр за­готовки Дат Расчетную длину резания можно снизить путем уменьшения длины обрабатываемых участков детали при анализе ее конструкции на технологичность.

Для оценки энергозатрат при резании предложен показатель удельной энергии как отношение энергии, затрачиваемой в течение одного часа непрерывной работы, к массе слоя металла, срезанной за это время.