Резание материалов

наступает тогда, когда нагрузка и другие условия работы становятся такими, что зерна раскалываются, образуя новые острые выступы. В дальнейшем силы, действующие на зерно, увеличиваются и зерно удаляется.

Вразличных условиях обработки абразивный инструмент подвергается следующим видам износа: хрупкому, адгезионному, диффузионному и абразивному. В зависимости от конкретных условий шлифования могут происходить все виды износа инструмента или один вид является преобладающим.

При работе изношенным кругом возрастают усилие и температура резания, появляются вибрации, что ухудшает качество обработанной поверхности.

Для исправления геометрической формы круга и восстановления его режущей способности применяют правку, чаще всего алмазным инструментом (карандаши, ролики и т.д.). При правках удаляется более 60…70 % рабочего объема круга. Время работы абразивного инструмента между двумя правками характеризует его стойкость.

Взависимости от точности, чистоты обработанной поверхности

ирежима резания стойкость кругов колеблется от 300 до 2400 с.

5.5.6. Назначение режимов резания при шлифовании

Порядок назначения режимов шлифования следующий.

1.Выбирают характеристику шлифовального круга в зависимости от данных условий шлифования.

2.Находят глубину резания (поперечную подачу).

3. Определяют скорость вращения обрабатываемой детали с учетом твердости обрабатываемого материала, точности обработки, твердости шлифовального круга и т.д.

4.Подсчитанное число оборотов детали корректируют по станку

изатем определяют действительную скорость вращения детали.

5.Определяют продольную и минутную подачи.

6.Выбирают скорость вращения шлифовального круга (скорость резания) с учетом жесткости станка и прочности шлифоваль-

301

ного круга. По выбранной скорости определяют число оборотов шпинделя и корректируют по станку.

7.Определяют силу Рz и мощность, необходимую для шлифования. Шлифовальные круги перед установкой на станок должны быть отбалансированы и испытаны на прочность при окружной скорости, в 1,5 раза превышающей рабочую скорость.

8.Определяют машинное время.

5.6.Контрольные вопросы и задания

1.Что такое поверхностный слой, возникающий при резании?

2.Перечислите основные параметры, определяющие качество поверхностного слоя.

3.Как параметры качества поверхностного слоя зависят от условий обработки?

4.Как качество поверхностного слоя влияет на эксплуатационные свойства деталей?

5.Перечислите особенности образования поверхности при чистовой лезвийной и абразивной обработке.

6.Что такое абразивный инструмент? Перечислите характеристики абразивного инструмента.

7.Какие виды шлифования вам известны?

8.Какова физическая сущность процесса шлифования?

9.Каковы характерные особенности износа абразивного инструмента?

Глава 6 ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ

6.1. Понятие об обрабатываемости материалов резанием

Способность металлов поддаваться резанию принято называть обрабатываемостью. Понятие «обрабатываемость» охватывает совокупность нескольких технологических свойств материала, характеризующих его влияние на различные стороны процесса резания.

302

6.1.1. Основные параметры обрабатываемости

На рис. 141 приведены основные параметры, характеризующие обрабатываемость металлов.

1. Скорость резания, с которой наиболее рационально обрабатывается металл: скорость резания VT, соответствующая заданному периоду стойкости Т при износе инструмента до принятого критерия затупления hз. Например, V60, V120 или Vhз = 0,4, оптимальная скорость резания Vо, при которой наблюдается наименьшая интенсивность изнашивания инструмента и наименьший относительный поверхностный износ hо.п, экономическая скорость резания Vэ, при которой достигается наименьшая себестоимость обработки условной детали при заданной стоимости станко-минуты, времени на смену затупившегося инструмента и стоимости его эксплуатации за период стойкости.

2.Возможность получения необходимой точности обработки при чистовых и отделочных операциях, характеризуемая главным образом интенсивностью размерного износа инструмента, возникающими при резании силами и их изменением по мере затупления инструмента.

3.Возможность получения обработанных поверхностей с мини-

мальной или заданной шероховатостью, степенью и глубиной на-

клепа и других характеристик качества поверхностного слоя при отделочных операциях.

4.Силы, возникающие при резании, и потребная мощность.

5.Характер образования стружки и ее деформация (усадка).

6.Температура резания.

7.Легкость ломания и отвода стружки, определяемые ее деформацией и характером стружкообразования.

При исследовании каждого из указанных параметров обрабатываемость металла сопоставляется с обрабатываемостью другого материала. При различных видах обработки и условиях эксплуатации инструмента главенствует один из перечисленных показателей. Например, при окончательных операциях (чистовое точение, протягивание, развертывание и т.д.) большое значение имеет качество

303

304

Рис. 141. Показатели обрабатываемости

обработанной поверхности (шероховатость, наклеп и др.), а при нарезании резьб в глубоких отверстиях – вид стружки и легкость ее отвода (то же и при работе на автоматах). Однако во всех случаях, независимо от особенностей технологического процесса и требований к качеству обрабатываемых поверхностей, производительность и стоимость обработки определяются целесообразными скоростями резания. Чем большую скорость резания при прочих равных условиях допускает режущий инструмент при обработке данного металла, тем лучше его обрабатываемость.

Для оценки обрабатываемости можно использовать также другие показатели.

Единой универсальной характеристики обрабатываемости нет. Металл, обладающий хорошей обрабатываемостью с точки зрения уровня целесообразных скоростей, не может иногда обеспечивать требуемой шероховатости поверхности, при этом возникают слишком большие силы резания, и наоборот. Кроме того, необходимо учитывать, что оценка обрабатываемости имеет всегда относительный характер. Например, допускаемая скорость зависит не только от свойств обрабатываемого материала, но и от качества режущего инструмента. Шероховатость обработанной поверхности тесно связана с геометрическими параметрами инструмента и с условиями резания, в частности со скоростью резания, при изменении которых можно получить самые различные результаты.

Сравнительная оценка обрабатываемости нескольких металлов в значительной степени зависит от специфических особенностей процесса резания (показатели приведены по убыванию значимости) представлена в табл. 19.

Обрабатываемость может сильно отличаться для таких разнородных процессов, как точение проходными резцами, зубодолбление, фрезерование, протягивание и т.д. Таким образом, нельзя говорить об обрабатываемости без конкретного указания о том, какая сторона этого комплексного понятия имеется в виду и каковы особенности производимой операции.

305

Таблица 19

Сравнительная оценка значимости влияния различных факторов на обрабатываемость

6.1.2. Выбор рациональных скоростей резания

Количественной характеристикой обрабатываемости при точении принято считать скорость резания VT, соответствующую определенному периоду стойкости Т.

Определять и сравнивать обрабатываемость металлов по скорости резания VT наиболее правильно при периоде стойкости, обеспечивающем наивысшую производительность общественного труда и наименьшую себестоимость обработки, т.е. при экономическом периоде стойкости. Но один и тот же инструмент (например, резец) можно использовать в различных условиях производства. Следовательно, инструмент может иметь различные экономические периоды стойкости.

Теоретический анализ, выполненный А.Д. Макаровым, и проведенные большие экспериментальные исследования показали, что наиболее объективными и ценными для современного производства

306

характеристиками обрабатываемости применительно к чистовой обработке являются оптимальная скорость резания VT и оптимальный поверхностный относительный износ hо.п.о Указанные характеристики обладают следующими преимуществами перед VT:

1)оптимальная скорость резания Vо соответствует критической точке (точке минимума) на кривой hо.п = f(V), в то время как VT ни с какой критической точкой кривой Т = f(V) не связана;

2)оптимальным скоростям резания Vо при работе на различных подачах (для заданной пары инструмент–деталь) соответствует постоянная оптимальная температура резания, в то время как скоро-

стям резания VT для разных подач в общем случае не соответствуют постоянные температуры резания;

3)на основе ТЭДС, зафиксированной при оптимальной скорости

резания Vо, можно осуществлять автоматические процессы обработки на оптимальных режимах. Автоматические процессы обработки резанием на основе сохранения постоянства ТЭДС, зафиксированной

при VT, найденной для одной из подач, не дают удовлетворительных результатов, так как одной и той же ТЭДС при работе на различных подачах соответствуют различные периоды стойкости, различающиеся в ряде случаев в 2…5 раз;

4)скорости Vо, являющиеся оптимальными по интенсивности размерного износа, являются оптимальными и по шероховатости обработанной поверхности;

5)при работе на Vо обеспечиваются и другие лучшие (стабильные) характеристики (показатели) поверхностного слоя – наклеп, остаточные поверхностные напряжения, микроструктура поверхностного слоя и т.д.;

6)оптимальная скорость резания Vо и величина hо.п.о не зависят от абсолютных величин износа резца hз и hr, принимаемых в качестве критерия затупления, а скорость VT и период стойкости Т являются функцией величины hз. Например, при обработке стали 13Х14Н3В2ФР резцом Т14К8 для периода стойкости Т = 30 мин при

изменении величины hз на 0,3 мм, что считается критерием затупления, скорость резания изменяется в 1,67 раза (более чем

307

в 1,5 раза). Независимость величин Vo и hо.п.о от критерия затупления позволяет резко сократить продолжительность стойкостных исследований;

7) количественной характеристикой обрабатываемости металла принято считать скорость резания, соответствующую периоду стойкости Т = 60 мин, т.е. VT60. Однако при обработке ряда материалов, особенно труднообрабатываемых, невозможно вообще получить период стойкости, равный 60 мин, при самом широком изменении скорости резания;

8)скорости VT неудобны и при сравнении режущих свойств инструментальных (различных) материалов, так как эти скорости могут (для разных марок сплавов) соответствовать различным ветвям кри-

вой Т = f(V);

9)в отличие от скорости Vo скорость VT не раскрывает резервов повышения размерной стойкости инструмента.

Вместе с тем обрабатываемость металлов резанием нельзя ха-

рактеризовать только оптимальной скоростью резания Vo. При обработке различных металлов при одной и той же Vo интенсивность износа инструмента hо может быть различной. Например, при обработке (чистовой) сплавов ЭИ437А и ЭП220 резцом ВК6М она различается почти в 50 раз.

Таким образом, для полного представления об обрабатываемости металлов резанием необходимо знать величину как оптимальной скорости резания, так и поверхностного относительного износа, наблюдаемого при этой скорости.

В нормативно-справочной литературе обрабатываемость оценивается в первую очередь интенсивностью затупления режущих инст-

рументов и уровнем целесообразных скоростей резания VT. Необходимо, однако, отметить, что скорость резания VT как характеристика обрабатываемости имеет ряд недостатков: не известен предел допустимого снижения скоростей резания, проводимого в целях повышения периода стойкости; при сравнении режущих свойств различных

инструментальных материалов в зависимости от уровня скорости VT не всегда правильно можно оценить их относительную износо-

308

стойкость; скорость VT зависит от принятого критерия затупления. Эту характеристику невозможно использовать для автоматического регулирования процесса резания, так как разным комбинациям V, S, t будут соответствовать резко отличающиеся периоды стойкости.

Основные недостатки, присущие скорости VT, имеет и скорость Vэ, поскольку она зависит от организационно-технических условий производства, модели станка, конструкции и способа заточки инструмента, разряда рабочего и др. Скорость Vэ стабилизируется только для конкретных условий. Более перспективным с этих позиций является оптимальная скорость резания Vo, которая не базируется на абсолютных показателях. К сожалению, подробная систематизация уровней Vo и hо.п для различных обрабатываемых материалов в настоящее время отсутствует. Это заставляет пользоваться в качестве основного показателя обрабатываемости значе-

нием VT.

Допустимая скорость VT, или обрабатываемость металла с точки зрения уровня скоростей резания, определяется двумя характеристиками обрабатываемого металла. Это, во-первых, истирающая способность kист, во-вторых, степень нагрева рабочей части инструмента при снятии стружки, характеризуемая температурой резания θ, поскольку они связаны с двумя указанными особенностями, т.е.

VT = f(θ, kист).

6.1.3.Способы определения обрабатываемости

Внастоящее 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 стойко-

сти Т, можно найти соответствующие ему скорости резания VT1, VT2 , … и определить коэффициент обрабатываемости: Kм = VT1/VT2.

309

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

310