книги из ГПНТБ / Макаров, А. Д. Износ инструмента, качество и долговечность деталей из авиационных материалов учебное пособие

Г Л А В А VI

ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ И ТЕМПЕРАТУРЫ РЕЗАНИЯ НА СУММАРНУЮ ИНТЕНСИВНОСТЬ ИЗНОСА

Вопросы оптимального ведения рабочих процессов в машино­ строении и, в частности, процессов резания всегда были предметом пристального внимания инженеров и ученых. В связи с появлением новых обрабатываемых материалов, обладающих повышенными и специфическими физико-механическими свойствами, острой не­ обходимостью автоматизации механической обработки и повыше­ нием эксплуатационной надежности и долговечности машин проб­ лема оптимального ведения процессов резания становится особенно актуальной. Вопрос об установлении оптимальных режимов реза­ ния академик В. И. Д и к у ш и н относит к числу важнейших экономических проблем современного машиностроения 11].

Оптимизация процессов механической обработки может быть осуществлена только на основе глубокого изучения закономерно­ стей процесса резания и в первую очередь закономерностей размер­ ного износа инструмента, так как главным фактором, влияющим на точность обработки и показатели качества обработанной поверх­ ности, является потеря размеров режущего инструмента вследствие его износа.

Как было отмечено выше, наиболее объективной и универ­ сальной характеристикой стойкости инструмента является по­ верхностный относительный износ hon (или обратная его величи­ н а — удельная размерная стойкость 7\:.р.).

Эксперименты показывают, что зависимость поверхностного от­ носительного износа твердосплавных инструментов от скорости резания /гоП = / (v) при обработке широкого круга конструкцион­ ных металлов обычно выражается тремя характерными типами кривых (рис. 6.1).

образованием и застойными явлениями, предохраняющими инст­ румент от износа.

80

Рис. 6.1. Три характерных типа кривых hon = / (%>)

Второй тип кривых hon = f (v) имеет место при точении ти­ тановых сплавов, являющихся малопластичными материалами 14]. По-видимому, для титановых сплавов характерно отсутствие каких-либо существенных изменений в соотношении механических и фрикционных свойств контакта в значительном интервале ско­ ростей (температур) резания (в зоне превалирующего адгезионного износа).

Третий тип кривых hon = f (v) является наиболее характер­ ным при обработке большинства закаленных сталей, жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов [5]. Этот вид кривых является наиболее типичным, и в дальнейшем ему будет уделено основное внимание.

Оптимальной скоростью резания ]/0 называется максимальная скорость (1/Аили 1/в),при которой наблюдается минимум интенсив­ ности износа инструмента или максимум пройденного инструмен­

том пути до затупления. Действительно, скорости VA и VB (бо­ лее низкие, чем VB) не могут быть оптимальными, так как они обусловливают значительно меньшую производительность обработ­ ки по сравнению со скоростью V„.

Температура 0 О, соответствующая оптимальной скорости реза­ ния, называется оптимальной температурой резания [5].

Как показали многочисленные исследования, выполненные под руководством А. Д. Макарова, оптимальная температура реза­ ния является характерной для заданного сочетания контактирую­ щей пары: инструментальный — обрабатываемый материал — и метода обработки (точение, фрезерование и т.д.) и инвариантной (независимой) по отношению к изменению параметров резания (по­ дачи, глубины, геометрии инструмента, термообработки и пр.). В таблице 6.1. приведены некоторые значения оптимальных тем­ ператур, полученные при чистовом точении.

81

Т а б л и ц а 6. Ь

Оптимальная температура резания в зависимости от обрабатываемого и инструментального материалов. Чистовое точение.

Влияние скорости резания на длину пути резания и период стойкости инструмента

Анализ экспериментальных данных отечественных и зарубеж­ ных исследователей показывает, что при изменении скорости ре­ зания в широком диапазоне различных процессов обработки резанием (точение и растачивание, цилиндрическое и торцовое фрезерование, сверление, зенкерование и развертывание, скорост­ ное нарезание резьбы и зубофрезерование) при обработке различ­ ных материалов (углеродистые и легированные стали, закален­ ные стали, жаропрочные стали и сплавы, молибденовые и тита­ новые сплавы, чугун) инструментами из углеродистых и быстро­ режущих сталей, а также инструментами, оснащенными твердым, сплавом, минералокерамикой и алмазом, зависимость длины пути резания от скорости I —VT = / (и) носит экстремальный характер

[5, 6, 7].

82

t

83

Положение максимума на кривых I — f (v) зависит от физико­ механических свойств обрабатываемого и инструментального ма­ териалов и условий резания (рис. 6. 2а, б, в).

Оптимальная скорость резания при обработке различных материалов колеблется в широких пределах: от 10—30 м/мин — при обработке закаленных сталей и жаропрочных сплавов твер­ досплавным инструментом до 300 350 м/мин — при обработке углеродистых сталей минералокерамическим инструментом.

84

При экстремальности зависимостей размерной стойкости от скорости резания I = / (и) зависимость периода стойкости от скорости резания Т = f (v) во многих случаях может быть моно­ тонно убывающей. Максимум размерной стойкости инструмента (iI) и максимум общей стойкости (Т) наблюдаются при различ­ ных скоростях, а следовательно, и температурах в зоне резания

(рис. 6.3 а, б, в).

Оптимальная скорость V0 резания соответствует максималь­ ной длине пути резания (при постоянном критерии затупления),, поэтому, чтобы найти У0, надо первую производную пути I по ско­

Скорость резания V0 и период стойкости Т всегда являются положительными числами. Тогда из выражения (6.1) следует, что

число (T)v должно быть отрицательным. Следовательно, ско­ рость резания V0должна быть на правой, ниспадающей ветви кри­ вой Т = / (v). Поэтому всегда справедливо неравенство

Такое соотношение между скоростями Ум и V0 подтверждается, и экспериментами.

Рассмотрим пример чистового точения жаропрочного сплава.

85.

Ум и У0 наблюдается при обработке углеродистых и малолегиро-

Из таблицы видно, что при работе на втором варианте режимов резания наблюдается повышение периода стойкости по сравнению с первым вариантом, хотя длина пути резания, а следовательно, количество деталей, которое может быть обработано инструментом за период его стойкости, во втором варианте ниже.

Следовательно, работа на скоростях резания V„ является невыгодной, так как при этом снижаются и производительность, ш размерная стойкость, и точность, и качество обработки (хотя

.период стойкости может несколько повышаться).

Стойкостная зависимость для правой ветви кривой Т = f (р)

В первом и грубом приближении зависимость износа режу­ щего инструмента от времени работы т и скорости резания v шри постоянных подаче s и глубине резания t представляется в -виде формулы [8]

•116

je,! хг, x3, и x 4— показатели степени, С.— постоянный коэффициент.

Величины хц х2, х3 и х4 зависят от свойств обрабатываемого» и инструментального материалов, смазочно-охлаждающих средств

с осью абсцисс угол у], тангенс которого равен показателю сте­ пени р, т. е.

степени р не является какой-то константой, определяющейся фи­ зическими и механическими свойствами обрабатываемого мате­ риала и материала инструмента, хотя он в значительной степени от них зависит (например, при чистовом точении конструкцион­ ных сталей на высоких скоростях резания резцами из быстроре­ жущей стали р = 8; из твердого сплава— р ~ 5; из минералокерамики— р ^ 2). Фактически величина р существенно зависит от скорости резания, геометрии режущих инструментов, абсолют­ ной величины критерия затупления и др. [5, 9, 10, 11 и др.].

Из рис. 6.2 и 6.3 видно, сколь велико влияние высоких ско­ ростей резчння на период стойкости. Например, при точении

87-

«стали Х18Н9Т резцом ВК6 (t — 0,5 мм; s = 0,20 \мм!об) дву­ хкратное изменение скорости резания (от 100 до 200 м/мин) приво­ дит к более чем 15-кратному изменению периода стойкости.

лолагаются горизонтально, а линия постоянной размерной стой­ кости должна располагаться под углом 45° к оси абсцисс (рис. 6 2

Чем дальше от начала координат располагаются такие линии, тем больше произведение vT (больше величина А), тем выше размерная ■стойкость. Поэтому для определения оптимальной скорости ре­ зания по графической зависимости Т — v в двойной логарифмичес­ кой сетке необходимо к кривой Т = f(o) провести касательную прямую, проходящую под углом 45° к оси.

Абсцисса точки касания и будет соответствовать оптимальной

•скорости резания [12 1.

На рис. 6.2 и 6.3 в качестве примеров приведено несколько построений с целью определения V0. Из этих построений видно, что скорости V0 больше скоростей VM, т. е. выдерживается соот­ ношение (6.2). Следует еще раз отметить, что в погоне за более высокой стойкостью инструмента по зависимости Т — f(o) может быть выбран такой режим, при котором, наряду с низкой ско­

Характер изменения показателя относительной стойкости на разных участках кривой Т = f(v)

Выражение (6.4) можно представить как

Показатель степени m обычно называют показателем отиосйтель-

.ной стойкости.

:88

Выражение (6.7) удобно для различного рода технологических, расчетов. При этом рассчитывается скорость резания VT, соот­

ветствующая принятому периоду стойкости.

Но получение и использование выражения (6.7) затруднено, гак как при изменении скорости резания в широком интервале величины Ст и (х (а следовательно, и Cv и т) существенно изме-

работы [91. На рис. 6.5 приведена характерная кривая Т = / (п), на рис. 6.6 — зависимость m = f (v), а в таблице 6.4 значения.

89-