6.1.3. Способы определения обрабатываемости

В настоящее время разработаны различные способы оценки обрабатываемости. Условно их можно подразде­лить на три основные группы (рис. 142).

К первой группе прежде всего надо отнести «классический» способ. Он заключается в определении зависимостей V = f(T) для различных материалов. Путем измерения износа резца через небольшие промежутки времени, задавшись определенным периодом стойкости Т, можно найти соответствующие ему скорости резания V_T1, V_T2 , … и определить коэффициент обрабатываемости: K_м = V_T1/V_T2.

Рис. 142. Способы определения обрабатываемости и об­ласти их применения (пунктирная линия обозначает необходимость контроля на загру-

зочной позиции технологической системы)

Данный способ наиболее точно и объективно отражает влияние обрабатываемого материала на интенсивность изнашивания инструмента, однако он очень трудоемок и требует большого расхода обрабатываемого матери­ала и инструментов. Поэтому в настоящее время разра­ботаны ускоренные способы определения обрабатывае­мости.

Ряд из них основан на постоянном увеличении скорости резания в пределах рабочего хода. Наиболее распространен способ торцовой обточки: диск, изготовлен­ный из испытуемого материала, обтачивают на токарном станке по торцу от центра к периферии с постоянной частотой вращения (рис. 143).

П

Рис. 143. Схема способа

торцовой обточки

ри этом скорость резания постоянно возрастает, и при некоторой скорости наступает затупление резца.

Параметры уравнения T = f(V) определяют следующим образом:

(7)

При переменной скорости реза­ния

.

В пределах изменения скоро­сти резания от V₀ до V_n

,

где V₀, V_n – скорость соответст­венно начала резания и момента затупления резца.

После преобразований при условии, что , получим уравнение

(8)

В уравнении (8) два неизвестных (С_v и ), которые можно найти, сделав проточку торца до затупления резца при разной частоте вращения заготовки n₁ и n₂. Решив систему уравнений, получим:

; (9)

(10)

Подставив значения, полученные из уравнений (9) и (10), в уравнение (7), можно определить скорость резания для данного сечения стружки, соответствующую экономически выгодной для данных условий стойкости инструмента:

(11)

где D_n – диаметр заготовки, на котором затупился резец.

Близкими к способу торцовой обточки являются такие, как продольное точение заготовок ступенчатой формы, конической формы или точение цилиндрических заготовок при бесступенчатом монотон­ном возрастании частоты вращения шпинделя. В последнем случае формула (11) преобразуется в

,

где V_max – максимальная скорость резания, при которой достигнут заданный износ; q – ускорение, м/мин².

Положение о постоянстве интенсивности изнашивания на участке равномерного изнашивания лежит в основе способа А.Д. Макарова. Он заключается в построении кривых износа только на начальном участке с после­дующей их экстраполяцией до значения h_з.кр (рис. 144).

Во второй группе способов оценки обрабатываемости физическими параметрами процесса резания являются силы резания, уровень темпе­ратур в зоне резания (или термоЭДС), угол сдвига, угол трения, усадка стружки и др.

По термоЭДС оценивается обрабатываемость в известном способе двух резцов. Резание заготовки 3 (рис. 145) производится одновременно двумя резцами 2 из различных инструментальных материалов, например из быстродействующей стали и твердого сплава. Геометрия заточки и режим резания одинаковы. Поэтому можно считать, что на режущих кромках каждого резца возникает приблизительно одинаковая температура резания. Но, так как резцы изготовлены из разных материалов, их можно рассматривать как элементы термопары, и включенный между ними гальванометр 1 будет показывать ЭДС, которая тем больше, чем выше . Здесь обрабатываемый материал служит только электрическим проводником и на показания гальванометра не влияет. Если один раз такое устройство протарировать, можно оценивать температуру резания при обработке различных металлов. Абсолютная точность показаний здесь не очень велика, так как  на резцах будут отличаться из-за разной их теплопроводнос­ти и разных сил резания. Поэтому в основном такое устройство используется для относительной оценки  и сравнения ее при обработке различных металлов.

Рис. 144. Экстраполяция кривой изнашивания	Рис. 145. Схема способа двух резцов

Перспективным направлением является определение обрабатываемости материала с использованием одновременно способов первой и второй групп. Первая группа, как отмечалось выше, основана на оценке интенсивности изнашивания при различных скоростях резания. В конеч­ном итоге коэффициент обрабатываемости нового мате­риала K_м = V_T/V_Тэ, где V_T и V_Тэ рассматривают соответст­венно для нового и эталонного материалов.

Единичные показатели обрабатываемости, которые рассматриваются во второй группе способов, – силы реза­ния, шероховатость обработанной поверхности – в значи­тельной степени зависят от подачи. Они характеризуют обрабатываемость материала с точки зрения особенностей стружкообразования и формирования поверхностного слоя. Объединив две эти группы, можно найти комплекс­ный коэффициент обрабатываемости

,

где V_Тэ, V_T – скорость резания, обеспечивающая заданную стойкость соответственно для эталонного и исследуемого материалов;

F_э, F – единичные показатели обрабатываемости соответственно эталонного и исследуемого материалов.

Использование сведений о физических и механических свойствах материалов в третьей группе способов оценки обрабатываемости (рис. 146) является перспективным направлением. Общим преимуществом таких способов является существенное снижение трудоемкости и расхода обрабатываемого материала, а в качестве анализируемых параметров используются температуры максимального электросопротивления, провала пластич­ности, структурно-фазового превращения -железа в -железо, магнитная проницаемость, коэф­фициент внутреннего трения, сопротивление внедре­нию инденторов и др.

Аналогичным образом оценивают обрабатываемость по изменению магнитных свойств. По графикам зависимости Т = f(V), построенным для заготовок из одной и той же марки стали, но с различными градиентами остаточного магнитного поля H_R, находят значения ... (см. рис. 146). Затем строят график зависимости V_T = = С/H_R, по которому в дальнейшем можно определять V_T для любой заготовки, подвергаемой действию импульс­ного магнитного поля для нахождения H_R.

Все рассмотренные выше способы определения обрабатываемости можно эффективно применять в условиях лаборатории. В производственных же условиях первая группа способов практически не применима из-за сложности определения интенсивности изнашивания и тем более расчетов. Вторая и третья группы вполне приемлемы при работе на оборудовании гибких автоматизированных производств. Если в память системы ЧПУ или блока сравнения заложить сведения об эталон­ном показателе обрабатываемости, по результатам обра­ботки конкретной детали будет изменяться режим резания. При использовании третьей группы способов необходим входной контроль на загрузочной позиции.

Рис. 146. Определение оптимальной скорости резания по изменению градиента остаточного магнитного поля

При оценке показателей обрабатываемости, как пра­вило, необходимо найти зависимости этого показателя от сочетания элементов сечения среза, геометрии инстру­мента, свойств инструментального, обрабатываемого мате­риалов и других факторов. Это ответственная и трудоем­кая работа. В настоящее время существует несколько путей получения таких экспериментальных зависимостей. Широко распространено использование однофакторных планов проведения эксперимента. В этом случае для нахождения общей зависимости от n переменных факторов необходимо сначала получить п частных зависимостей, в которых изменяется только один фактор, а затем с по­мощью расчетов вывести общую зависимость, например:

.