книги из ГПНТБ / Вульф А.М. Резание металлов

Подставив выражения (139) и (140) в формулу (138), получим

Для упрощения вывода освободим уравнение (141) от величины ^в с п , как не связанной со стойкостью инструмента, считая ее малой сравнительно с периодом стойкости. Эту величину учтем позже. Тогда

Очевидно, наиболее выгодными будут такие соотношения между Г и tcu, при которых обеспечивается наибольшая производитель­ ность, т. е. У будет максимальным. Это возможно при минимальном значении знаменателя выражения (142). Находим условия, при которых получается минимум этого знаменателя, для чего берем первую производную J' по переменной Т и приравниваем ее нулю; тогда имеем

C0mTm~l + C0tcu(m—l) Tm~~2 = 0.

Делим последнее выражение на С0Т'п~2 и после упрощения по­ лучаем

Эту стойкость, обеспечивающую максимальную производи­

При одновременной работе числа одинаковых резцов z (на многорезцовом токарном станке при смене каждого резца в от­ дельности) получаем

Т„. = zt,

м- nпрn

При обработке деталей с малым машинным временем (когда имеет место неоднократная смена обработанных деталей до затуп­ ления резца) чем значительнее ручное вспомогательное время V всп> затрачиваемое на снятие и установку детали, пуск станка, тем больше, очевидно, будет общее время работы инструмента до

190

смены его. В самом деле, число деталей, обработанных за время

При назначении режима резания необходимо комплексно ре­ шать вопросы производительности, качества и экономичности обработки. Повышение производительности предполагает и учет затраты труда как живого, так и овеществленного в оборудовании, инструменте, материалах, топливе, энергии. В прошлом в ка­ честве критерия наивыгоднейшей обработки принимали макси­ мальную выработку (наименьшую трудоемкость), считая, что режим резания, обеспечивающий наибольший выпуск продукции, наиболее экономичен; ускорение обработки вызывает не только удешевление самой операции, но и сокращение капитальных за­

при обработке колец на полуавтомате повышение производитель­ ности в смену сопровождается снижением себестоимости (рис. 108) с изменением скорости резания. То же самое показано на рис. 109, где замечается любопытное явление: с увеличением произведения скорости резания и подачи vs стоимость обработки растет в ос­ новном за счет расходов, связанных с износом инструмента, в то время как заработная плата и стоимость электроэнергии остаются почти неизменными.

Последнее обстоятельство объясняет стремление принимать в качестве критерия экономичности минимальные затраты, свя­ занные с режущим инструментом. Но чаще за критерий эконо­ мичности принимали минимальную себестоимость обработки де­ тали по совокупности взаимосвязанных операций.

В литературе освещаются также методы оптимизации режимов резания, обеспечивающие минимальные приведенные народнохо­ зяйственные затраты [12] на операции технологического процесса или минимальные приведенные затраты на единицу срезаемого объема металла [141—143].

191

менты полной заводской себестоимости единицы изделия (или опе­

относятся: номинальная заработная плата станочника, аморти­ зационные отчисления за основные производственные фонды и затраты на их содержание и текущий ремонт, затраты на износ и ремонт специальных приспособлений, вспомогательного и ме­ рительного инструмента и инвентаря, затраты на силовую и све­

При калькуляции себестоимости продукции эти затраты учиты­

192

риалы, вспомогательные материалы, топливо и технологическую энергию, потребляемые в заготовительных цехах. Стоимость их, отнесенная к одной обработанной детали, — постоянна и не свя­ зана с режимом резания.

Очевидно, первая группа затрат определяет полную себестои­ мость станко-минуты работы станка Е.

Можно принять

Е— # с т ~\~ ^раб>

По-прежнему (п. 42) выразим машинное время обработки од­ ной детали определенного размера при определенном размере среза ts в долях от периода стойкости (140):

'маш — и о '

Число деталей, обработанных за период стойкости Т,

Тогда себестоимость обработки единицы детали может быть выражена следующим равенством:

и приравняв ее нулю; таким образом найдем значение экономи­ ческой стойкости

194

Здесь Ел — полная себестоимость станко-линии за 1 мин

работы; / ц — цикловое время; *ц = / м а ш + / в с п + / с м л ; ги — число режущих инструментов линии; tCM л — время простоя обо­

рудования, связанное со сменой и подналадкой затупившихся инструментов линии, отнесенное к одной обработанной детали,

Производительность станка QC T определяется количеством обработанных в единицу времени деталей на данной операции:

Для оценки стоимости операции необходимо определить ве­ личину прибавочного продукта (прибыли), созданного производи­ тельным трудом. Прибавочный продукт, как условная категория, устанавливается в форме налогов с оборота, платы за основные производственные фонды и нормируемые оборотные средства пред­ приятия, фиксированных рентных платежей, процентов за бан­ ковский кредит, начислений на заработную плату для целей со­ циального страхования, займов, лотерей и т. д., а также взносов свободного остатка прибылей.

Величина прибавочного труда за одну минуту при выполне­ нии технологической операции рассчитывается по следующей фор­

изводственные фонды данной операции в руб.; Нчр — часть сум­ марного прибавочного продукта производителей данной операции (станочника, заточника, наладчика) в виде начислений для целей социального страхования, налогов в руб.; Я ч ц — то же в виде начисления на соцстрах, налогов на заработную плату цехового

новных производственных фондов операции к стоимости основных

соцстрах, налогов на заработную плату заводского персонала, фиксированных (рентных) платежей, процентов за банковский

Производительность общественного труда <Зо б щ определяется делением действительного фонда времени работы оборудования F на стоимость операции С С Т 0 , выраженной во времени. Стоимость операции получается в результате деления ее на стоимость станко-

минуты

- ^СТ. Oj

Масса прибавочного продукта П за определенное время равна разности С С Т 0 — С П О Л Н . с (стоимости и полной себестоимости), умноженной на количество обработанных за это время деталей QC T .

Рентабельность операции Эр за определенный промежуток времени равна отношению разности С С Т . 0 — С П О Л Н с , умноженной на количество обработанных в единицу времени деталей, к стои­ мости производственных фондов данной операции k

Аналогично расчету, приведенному выше [4 ], даны также урав­ нения для стойкости инструмента, обеспечивающей минимальную стоимость и себестоимость расходов по режущему инструменту, максимальную производительность общественного труда, макси­ мальную массу прибавочного продукта (прибылей, народного дохода).

Эти расчеты вызывают значительные затруднения на практике. К тому же в настоящее время считают, что ни себестоимость, ни

196

производительность живого труда на конкретном рабочем участке, предприятии не могут быть безупречными критериями эффектив­ ности с точки зрения народнохозяйственных интересов. Снижение себестоимости или рост производительности труда на одном уча­ стке (предприятии) может быть достигнуто отвлечением капиталь­ ных вложений на других участках (предприятиях). Представ­ ляется, что с точки зрения народнохозяйственных интересов сле­ дует учитывать затраты труда в трех его формах — живого, прошлого и будущего труда. Необходимо оптимальное сочетание всех затрат, обеспечивающее наибольшее сбережение совокуп­ ного труда.

с ш- = ^ 8 , , ^ — m i n .

где Сх1 — полная себестоимость выполнения i-й технологической операции в руб/опер.; е н — норма народнохозяйственной эффек­ тивности дополнительных капиталовложений в руб/год/руб.; kt — удельные капиталовложения в основные и оборотные средства,

меры соответствующих расчетов экономических режимов резания приводятся в работе [12] Эти расчеты вызывают серьезные за­ труднения, особенно при резании высокопрочных, труднообраба­ тываемых материалов, что объясняется большой нестабильностью обрабатываемого и инструментального материалов, жесткостью системы и многочисленными неучитываемыми явлениями, сопро­ вождающими сложный процесс резания. Это особенно справедливо для уравнений производительности, связывающих такие факторы, как физико-механические свойства обрабатываемых и инструмен­ тальных материалов, скорость резания и стойкость инструмента, его геометрия, глубина резания, подача и др. Соответствующие коэффициенты и показатели степеней имеют столь большой раз­ брос, что функциональные зависимости становятся вероятност­ ными и тогда приходится отказываться от традиционных анали­ тических расчетов.

Нормы стойкости практически изменяются в зависимости от конкретных условий работы. Так, приходится снижать период стойкости и повышать до предельно высокой скорость резания, если рассматриваемый станок лимитирует производительность технологического участка.

При некоторых режимах резания учащаются выкрашивания или поломки хрупкого инструмента, что приводит к браку изде­ лий и, следовательно, к удорожанию продукции и одновременно

197

к уменьшению производительности вследствие слишком частых настроек станка.

На автоматических линиях период стойкости инструмента доводят до одной-двух смен, замену его производят в нерабочее время (обеденные перерывы или между сменами). И только при наличии специальных приспособлений для быстрой смены ин­ струмента период стойкости уменьшают до нормального.

При чистовой обработке крупных деталей процесс резания дол­ жен быть непрерывным до окончания полного прохода и, следова­ тельно, норма стойкости должна быть связана с размерами обра­ батываемой детали и качеством обработанной поверхности.

Методика и техника расчета оптимальных режимов при много­ инструментальных операциях на автоматах и автоматических линиях излагаются в специальной литературе [41 ].

44.ОБРАБАТЫВАЕМОСТЬ РАЗЛИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Обрабатываемость материалов — это комплексное понятие; она характеризуется рядом факторов:

1) скоростью резания (основной критерий обрабатываемости), допускаемой режущим инструментом при определенной стойкости

идругих постоянных параметрах;

2)силами резания или мощностью, потребной для обработки резанием при определенных условиях;

3)качеством обработанной поверхности;

4)характером образующейся стружки — степенью дробимости, значительно влияющей на производительность при скоростном резании.

Все эти факторы тесно связаны с физико-механическими свой­ ствами обрабатываемых материалов и, следовательно, с их хими­ ческим составом и структурой. Одни и те же металлы, но различно термически обработанные, обладают различной структурой и различной обрабатываемостью.

Обрабатываемость углеродистых нелегированных сталей, даже закаленных, не представляет затруднений для современных инстру­ ментов; здесь могут быть успешно применены высокие скорости резания. Сложнее обстоит с обработкой резанием специальных сталей и сплавов и, в частности, жаропрочных.

веющих и жаропрочных. Некоторые из них достигают прочности ав 300 кгс/мм2 . Жаропрочность их колеблется от 500 до 2000° С (на никелевой основе до 1110° С, на кобальтовой до 1200° С, на основе молибдена и ниобия до 1500° С, на основе вольфрама до 2070° С).

С ростом прочности и жаропрочности снижаются скорости ре­ зания в 10—20 раз сравнительно с нелегированной сталью. Стали с ав > 200 кгс/мм2 не поддаются обработке инструментами

198

из быстрорежущей стали. Причины низкой обрабатываемости: большие силы резания, высокие температуры резания и абразив­ ные свойства, затрудненное стружкообразование. Этим можно объяснить, что некоторые исследователи рекомендуют оценивать обрабатываемость сталей и сплавов условным безразмерным коэффициентом (рр), равным произведению удельной силы резания

р ( ^ г у и коэффициента трения р пары обрабатываемой ма­ териал — инструмент. Здесь требуется большая жесткость системы СПИД, износостойкий, теплоустойчивый режущий ин­ струмент, стойкий против абразивного, адгезионного, диффузион­ ного износа.

Ниже рассматривается роль основных химических элементов

вобрабатываемости их резанием.

Уг л е р о д . При резании стали с весьма малым содержанием углерода трудно обеспечить чистую обработанную поверхность. Для обеспечения стойкости инструмента при обработке нелеги­ рованной стали оптимальным содержанием углерода считают примерно 0,10% для бессемеровских и 0,20% для мартеновских сталей. При увеличении количества углерода свыше 0,20—0,30% стойкость инструмента заметно ухудшается, так как прочность стали повышается в большей степени, чем снижается ее пла­ стичность.

Положение улучшают тем, что стали с весьма низким содержа­ нием углерода подвергают нормализации, а высокоуглеродистые стали — отжигу. В этом случае уменьшается пластичность мало­ углеродистой стали и ее склонность к надирам при обработке

чению чистой обработанной поверхности. Однако при этом не­ сколько форсируется износ инструмента.

Для легированных и особенно жаропрочных сталей влияние углерода более сложно, так как их твердость, и тем самым обраба­ тываемость, зависит от содержания легирующих элементов, по­ скольку последние дают карбиды различной твердости. В зави­ симости от режима термической обработки, т. е. температуры и времени выдержки, изменяется величина зерна твердого раствора, количество выделений упрочняющих фаз и их дисперсность. В этом случае с увеличением содержания углерода может быть замедлен рост зерна и тем самым улучшена обрабатываемость.

М а р г а н е ц упрочняет феррит и снижает пластичность стали. Соответствующий эффект зависит от количества углерода, марганца и фосфора. Полагают, что при содержании углерода менее 0,20% и марганца до 1,5% улучшается процесс резания, но с дальнейшим увеличением количества марганца и водорода быстро растет прочность стали и обрабатываемость ее ухудшается. В сильно легированных сталях (Г13, 45, Г17ЮЗ и др.) марганец,

199