книги из ГПНТБ / Вульф А.М. Резание металлов

быстрорежущих резцов допускается ширина фаски износа по задней грани п3 = 1,5-^2,0 мм при грубой обработке стали и п3 = Зн-4 мм при обработке чугуна. Столь-различные значения при обработке стали и чугуна объясняются слабым износом перед­ ней поверхности и повышенным износом задней поверхности резца при обработке чугуна.

Естественно, что для твердосплавных резцов, как более хруп­ ких и работающих с высокими скоростями резания, величины допустимого износа уменьшаются до значений h3 = 0,8-^-1,0 мм при грубой обработке стали и h3 = 1,4-=-1,7 мм при обработке чугуна с подачей s >» 0,3 мм/об или п3 = 0,8-=-1,0 мм при обработке

Рис. 102. Кривые износа по задней поверхности резца

чугуна с подачей s << 0,3 мм/об. Несколько сниженные нормы износа для твердосплавных резцов вызваны необходимостью из­ бежать чрезмерного их затупления, способствующего разрушению и вибрациям, особенно вредным для хрупкого инструмента.

С увеличением фаски износа по задней поверхности и при чрез­ мерном затуплении твердосплавного резца возрастает частота выкрашивания режущей кромки и вместе с этим увеличивается стоимость инструмента. Но с увеличением фаски износа при по­ стоянном режиме работы инструмента сокращаются затраты, свя­ занные с его сменой и заточкой. В результате можно найти опти­ мальный износ, при котором обеспечивается минимальная стои­ мость инструмента, отнесенная на одно изделие. На рис. 103 показано изменение элементов стоимости инструмента с увеличе­ нием фаски износа по задней грани п3.

Практически при определенных обстоятельствах норму износа приходится значительно уменьшать. Например, при чистовой

180

отделке стальных валов широкими резцами с большими подачами за критерий затупления резца принимается износ по задней по­ верхности лишь до 0,2—0,25 мм, так как после достижения его

обработанной поверхности. И, вообще, при отделочных операциях критерий затупления устанавливается исходя из требований

пройденного пути, является минимальным, а производительность—• максимальной

181

Г л а в а IX

ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

42.СТОЙКОСТЬ ИНСТРУМЕНТА И СКОРОСТЬ РЕЗАНИЯ

Производительность процесса резания в значительной мере определяется стойкостью режущего инструмента, поскольку стой­ кость в сильнейшей степени зависит от скорости резания, как основного фактора износа режущего клина. Попытки теоретиче­ ского расчета износа при помощи единой формулы не увенчались успехом. Этому препятствует чрезвычайная сложность процесса резания, на течение которого влияет очень много параметров в самых разнообразных сочетаниях (некоторые исследователи насчитывали свыше 13 млн. сочетаний).

Все более раскрывается физическая сущность явлений износа (абразивного, адгезионного, диффузионного и др.), и отдельные виды износа описаны математическими уравнениями, показываю­ щими доминирующую роль скорости резания и позволяющими ориентировочно рассчитать стойкость инструмента, работающего при определенных условиях. Должно быть очевидным, что с повы­ шением скорости, а тем самым температуры резания в некотором диапазоне возрастает работа трения, изменяются адгезионные связи, форсируется диффузионное растворение и, следовательно,

метрах может быть.выражена графиком (рис. 105, а) в виде кривой стойкости, более или менее круто спускающейся вниз с увеличением

(рис. 105, б), находим выражение зависимости стойкости от ско­ рости резания

183

— — степень относительной стойкости, равная тангенсу наклона прямой; v — скорость резания в м/мин.

Величина -— имеет большое практическое значение. Она

т

показывает, насколько интенсивно изменяется стойкость инстру-

мента с изменением скорости резания. Эта величина — зависит

главным образом от обрабатываемого материала и материала ин­ струмента и приближенно равна (в среднем):

рости резания и размеров среза t, s, выбранного критерия затуп­ ления h . Так, по данным А. А. Авакова [1], величина — изме­ нялась согласно уравнению

184

при обработке стали и чугуна. И, наоборот, при работе фасонным инструментом (резцом, протяжкой, зуборезным инструментом и т. д.), когда допустимый износ по задней грани инструмента весьма

малый показатель степени — . m

Однако необходимо подчеркнуть значительное усложнение зависимости Т—и при обработке высокопрочных материалов или при резании любых материалов в широком диапазоне скоростей резания, когда могут появляться и исчезать наросты и налипы на режущей кромке, меняется соотношение твердостей контактных поверхностей резания, стружки и инструмента, появляются и исчезают окисные пленки или развиваются химические реакции в зоне резания. В этом случае зависимость Т—v изменяется не монотонно: она может быть выражена экстремальной кривой с одним или большим числом экстремумов, как это показано на рис. 106.

185

Заслуживает большого внимания гипотеза проф. А. Д. Мака­ рова [59] об оптимальном режиме резания в связи с экстремаль­ ным изменением зависимости Т—v, вызванным немонотонным характером изменения износа инструмента от скорости резания. Утверждается, что наименьшей интенсивности износа твердосплав­ ного инструмента (его наибольшей стойкости Т п р ) при резании конструкционных материалов соответствует своя оптимальная

t), геометрии инструмента и других внешних условий. На этой

шероховатость, глубина и степень наклепа обработанной поверх­ ности. При оптимальной скорости резания и о п т обеспечивается меньшая себестоимость процесса резания [59].

Гипотеза А. Д. Макарова согласуется с физической природой процесса резания и дает возможность прогнозировать результаты процесса и автоматического управления им путем регулирования элементов режима резания (например, скорости резания) и реги­ страции зависимых от них факторов (например, температуры ре­ зания).

Однако положение усложняется, если в широком диапазоне изменения скорости резания v имеются не один, а несколько эк­ стремальных значений стойкости Т. При зависимости Т—v це­ лесообразно для работы с оптимальной скоростью резания ориен­

На многоинструментальных автоматических линиях желарельно работать в условиях, обеспечивающих большую стойкость режущего инструмента, близкую к вершине второго горба, опре­

186

снижается при обработке высокопрочных сталей и сплавов, умень­ шаясь иногда до Тпр = 20 мин и менее.

При наличии нескольких экстремумов в зависимости Т—v в широких пределах прибегают к более глубокому математическому описанию этой зависимости, пользуясь многочленами в виде различных тригонометрических полиномов. Наиболее удачным для решения уравнения Т = f (v) был признан тригонометриче­ ский полином, коэффициенты которого определяются по формуле Фурье

В последнее время в СССР и за рубежом все более внедряется инженерный стоимостный анализ (ИСА), снижающий на 15—25% себестоимость производственных операций. Подобный анализ имеет большое значение также при определении рациональной

' Г р а н о в с к и й Г. И. О методике исследования и назначения режимов резания на автоматических линиях. «Вестник машиностроения», 1963, № 10.

187

нормы стойкости (периода стойкости) режущего инструмента и соответствующей скорости резания v.

С уменьшением периода стойкости можно увеличивать скорость резания согласно формуле (133), но при этом учащаются переточки инструмента, а следовательно, и простои станка. При слишком

тате чего производительность будет снижаться. В этом легко

построенной по данным 1ГПЗ (рис. 107); прямая 1 показывает неизменное повышение Fup с увеличением vs при идеальных усло-

VS,CM2/MUH

Рис. 107. Производительность инструмента в зависи­ мости от vs

виях работы, когда отсутствуют потери, связанные со сменой за­ тупленного инструмента, а прямая 2 — фактическое изменение величины Fnp с учетом потерь на смену инструмента. Как видим, с увеличением vs производительность сначала растет до некоторого максимума, после чего начинает снижаться.

Так как стойкость инструмента является основным исходным параметром для расчета режима резания, уделяют большое вни­ мание вопросам оптимизации нормы стойкости, а тем самым и оп­ тимизации режима резания металлов.

Назначение режима резания — достаточно сложная инженер­ ная задача, при решении которой необходимо учитывать большой комплекс физических, экономических и организационных фак­ торов.

В зависимости от конкретных условий оптимальные нормы стойкости и соответствующие режимы резания рассчитываются на основе следующих показателей: наибольшей производительности станка; наименьшей себестоимости единицы изделия или операции; наименьшей стоимости единицы изделия (наименьших приведенных

188

затрат); наибольшей производительности общественного труда; наибольшей массы прибавочного труда (прибыли); наибольшей рентабельности.

Расчет стойкости, обеспечивающей наибольшую производи­ тельность. Производительность можно измерять различно в за­ висимости от характера операции. Например, при грубой обдирке производительность удобно определять количеством металла, срезаемого инструментом в единицу времени (в см3 /мин),

В этих формулах / — площадь среза в мм2 ; s — подача в мм/об; v — скорость резания в м/мин.

И, наконец, в серийном или массовом производстве технологи­ ческая производительность измеряется количеством деталей, об­

тали на станке, контролем и настройкой; t'CM — потери в минутах, связанные с установкой инструмента после переточки и отнесен­ ные к одной детали.

Обозначим через Т время работы инструмента до затупления со скоростью v\ tCM — потери в минутах, связанные со сменой

189