Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Особенности технологической подготовки производства при обработке цветных металлов. Учебное пособие.pdf
11
Режущие пластины соединяют с головкой резца пайкой, сваркой или
механическим способом. В первых двух случаях на головке резца предварительно фрезеруется паз той или иной формы: открытый, полузакрытый, закрытый. Однако твердосплавные пластины при напайке подвергаются действию
перепада температур, что вызывает появление микротрещин и выход резцов
из строя. Однако, самым лучшим и распространенным вариантом в современной металлообработке является закрепления пластин с помощью механического крепления (рис. 1.5). Данный вид крепления эффективен и способен сократить ценное время на смену режущего инструмента, а именно режущих
пластин.
Также хотелось бы указать на то, что в дальнейшем при назначении
режимов резания одним из основных технологических мероприятий является
обоснованный выбор оптимальной марки инструментального материала.
Материал режущей части инструмента выбирается в зависимости от марки
обрабатываемого материала и вида обработки, примеры ориентировочного соответствия отечественных сталей к зарубежным аналогам приведены в табл. 1.1.
Рис. 1.5. Основные виды механических крепления пластин
12
1.1. Примерное соответствие марок отечественных
быстрорежущих сталей зарубежным аналогам [12, 13]
Обозначение марки стали по ГОСТ или стандарту
Область применения
ГОСТ
19265–73
DIN
(ФРГ)
AISI
(США)
AFNOR
(Франция)
ISO
Р18
S18-0-2
T1
Z80W18
1.3353
Для всех видов режущего инструмента при
обработке углеродистых, легированных,
конструкционных сталей
Р12
–
T7
–
1.3302
То же, что и для стали
Р18
Р9
– – –
–
Для инструмента простой формы, для обработки конструкционных
материалов
Р6М5
S6-5-2
M2
Z85WDV
06-05-02
1.3343
То же, что и для стали
Р18
ИРЗАМЗФ2
– – –
–
Для инструмента простой формы и обработки
углеродистых и малолегированных сталей
с прочностью не более
800 МПа, а также цветных металлов и сплавов
Р6М5Ф3
S6-5-3
M3
Z130WDV
06-05-04
–
Для чистовых и получистовых инструментов
при обработке цветных
металлов и сплавов
Р12Ф3
S12-1-4 – –
1.3318
Для инструментов при
обработке материалов,
обладающих абразивными свойствами
Р18К5Ф2
–
T4
Z85WK
18-05
–
Для черновых и получистовых инструментов
при обработке высокопрочных, коррозионностойких и жаропрочных
сталей и сплавов
13
Продолжение табл. 1.1
Обозначение марки стали по ГОСТ или стандарту
Область применения
ГОСТ
19265–73
DIN
(ФРГ)
AISI
(США)
AFNOR
(Франция)
ISO
Р9К5
– – –
–
Для различных инструментов при обработке
коррозионно-стойких
сталей и жаропрочных
сплавов, а также сталей
повышенной
Р6М5К5
S6-5-2-5
M35
Z80WDKV
06-05-05-02
1.3243
Для черновых и получистовых инструментов
при обработке цветных
металлов и сплавов,
а так же, коррозионностойких сталей
Р9М4К8
– – –
–
Для различных инструментов при обработке
высокопрочных, жаропрочных и коррозионностойких сталей и
сплавов
В данный момент времени на Российском рынке представлен режущий
токарный инструмент производителей, занимающийся поставками: Sandvik,
Mitsubishi, TaeguTec, KENNAMETAL, GUHRING, ТУНГАЛОЙ.
Эти производители себя зарекомендовали как производители инструмента повышенной стойкости, способного работать на больших скоростях резания,
и давать наилучшее качество наружных и внутренних обработанных поверхностей.
1.3. РЕЖИМЫ РЕЗАНИЯ И ИХ РОЛЬ В ОБРАБОТКЕ ИЗДЕЛИЯ
Режимами резания называется совокупность всех элементов, определяющих условия протекания процесса резания.
К режимам резания относятся – глубина резания, подача, период стойкости режущего инструмента, скорость резания, частота вращения шпинделя,
14
сила и мощность резания. При проектировании технологических процессов
механической обработки или режущих инструментов возникает необходимость
в определении и назначении элементов режима резания. Практика механической обработки накопила огромный нормативно-справочный материал,
с помощью которого можно назначить любой режим резания для любого вида
механической обработки. Однако, табличный метод назначения режимов резания является весьма громоздким, так как требует анализа большого количества
справочного материала. Более того, все режимные параметры взаимосвязаны
и при изменении хотя бы одного из них автоматически изменяются и другие,
что еще более усложняет процесс назначения режимов резания [14].
Существует два способа назначения рациональных режимов резания:
табличный и аналитический. На машиностроительных предприятиях отрасли
чаще используют табличный способ для того, чтобы сократить время на выбор
оптимальных режимов резания, и сократить количество расчетов. Суть этого
способа заключается в следующем.
1. Изучения задания, это исходные данные, какой материал у детали,
какие будут припуски на обработку (расчет заготовки), конфигурация детали,
ее размеры и требуемые параметры шероховатости к обрабатываемым поверхностям.
2. Выбор и обоснование рациональной марки инструментального материала в зависимости от обрабатываемого материала.
3. Выбор конструкции и геометрии режущего инструмента.
4. В зависимости от величины припуска на обработку и требуемой шеро-
ховатости на обработанных поверхностях назначается глубина резания t, число
проходов с учетом вида обработки: черновая или чистовая обработка.
5. Назначается подача s с учетом требований к шероховатости обработанной поверхности, геометрии инструмента, марки обрабатываемого материала,
особенности задания подачи для токарных станков с ЧПУ (для разных типов
станков, подача указывается либо как F200, либо как F0.02, т.е. либо в сотых
долях, либо в целых значениях), жесткости технологической системы. Из всех
подач выбирается наименьшая, которая называется технологически допустимой
15
подачей s0. Наименьшая подача выбирается с целью исключения случаев
по выходу из строя инструмента (скалывание режущих кромок, отлома державок и т.д.), и на настройку оборудования на выполнения заданной операции.
В дальнейшем эти подачи можно увеличить, чтобы сократить машинное время,
которое напрямую связано со стоимостью готовой детали, но не стоит
забывать о том, что получаемая шероховатость на обработанной поверхности
может стать хуже.
6. Выбирается по соответствующим таблица или рассчитывается скорость
резания Vt и оптимальная скорость резания V0.
При черновом и чистовом точении обработку следует проводить на оптимальных режимах резания, которые обеспечивают высокую точность и качество обработанной поверхности.
Под оптимальными режимами резания понимают такие режимы, которые
обеспечивают минимум интенсивности износа инструмента при оптимальной
температуре резания, инвариантной к изменению элементов сечения срезаемого
слоя, геометрии инструмента, жесткости СПИД и ряду других технологических
факторов. Работа на оптимальной скорости резания обеспечивает также максиму длины пути резания, максимум удельной размерной стойкости инструмента,
более высокое качество обработанной поверхности.
При использовании инструментов с износостойкими покрытиями рабочих
поверхностей наиболее оптимально эксплуатировать инструмент с покрытием
на оптимальных скоростях резания, минимизирующих износ инструмента,
которые на 30…50% превышают оптимальные скорости резания для инструмента без покрытия.
При выборе или расчете скорости резания, в случае при обработке
с СОЖ, необходимо учитывать ее влияние на качество обработанной поверхности и производительность обработки. При этом смазывающий эффект СОЖ
приводит, как правило, к снижению интенсивности износа инструмента
и улучшению качества обработанной поверхности, а охлаждающий эффект
позволяет увеличить значение оптимальной скорости резания на 20…30%, что
ведет к повышению производительности обработки.
16
7. Выбранная скорость резания корректируется с учетом реальной
геометрии инструмента, использования СОЖ, износостойких покрытий
на рабочих поверхностях инструментов и других технологических факторов,
возникающих при обработке деталей.
8. Определяется число оборотов шпинделя станка n, которое по факту
обработки корректируется, и подсчитывается действительная скорость резания.
9. Производится проверка выбранных режимов резания на прочность
механизма подачи и мощности станка.
10. Производится расчет машинного времени путем фактического замера
времени обработки.
Расчет режимов резания табличным методом является наиболее точным,
но требует большее вспомогательное время. Расчет следует проводить по следующим пунктам:
1. Выбирают и обосновывают в зависимости от марки обрабатываемого
материала марку инструментального материала. Для токарных резцов рекомендуется применять твердые сплавы или минералокерамику, так как они обеспечивают значительно большую производительность обработки по сравнению
с быстрорежущими сталями. Статистика показывает, что в металлообрабатывающей промышленности на долю твердосплавного инструмента приходится
70% объема снятой стружки.
2. Выбирают форму заточки передней поверхности резца в зависимости
от марки обрабатываемого материала и его прочностных свойств, жесткости
технологической системы, характера выполняемой операции и необходимости
завивания и дробления стружки.
3. Выбирают размеры поперечного сечения державки резца, исходя
из паспортных данных станка. Выбранные размеры округляют до ближайших
меньших стандартных размеров, в соответствующей литературе по расчетам
режимов резания [15].
4. Выбирают геометрические параметры режущей части инструмента.
17
Следующим этапом в расчете идет выбор глубины резания t и числа проходов I. При выборе глубины резания необходимо стремиться снять весь припуск за один проход и лишь при повышенных классах шероховатости и точности получаемого размера, припуск снимается за два, и более проходов. Например, при черновой обработке с шероховатостью поверхности до Rz = 80 мкм
весь припуск следует снимать за один проход, т.е. ∆ = t. При получистовой
обработке Rz от 10 до 40 мкм припуск ∆ ≤ 2 мм следует снимать за один проход,
т.е. t = ∆. Если же припуск более 2 мм, то обработку производят за два прохода.
При проектировании технологических процессов рекомендуется выбирать значения параметров шероховатости из числа предпочтительных значений,
принятых в ГОСТ 2789–73 и приведенных в табл. 1.2.
1.2. Параметры шероховатости
Область применения
Значение Rz, мкм
Значение Ra, мкм
Отделочная
и доводочная
обработка
0,025
0,05
0,1
0,2
0,4
0,8
–
0,012
0,025
0,05
0,1
0,2
Чистовая
и получистовая
обработка
1,6
3,2
6,3
12,5
25,0
0,4
0,8
1,6
3,2
6,3
Предварительная
(черновая)
обработка
50
100
200
400
12,5
25
50
100
18
После выбора глубины резания необходимо задать подачу S. Подача
назначается с учетом требований к шероховатости обработанной поверхности,
радиуса при вершине резца r, марки обрабатываемого материала, жесткости
технологической системы. Величина подачи уточняется по станку; берется
ближайшая меньшая подача. Выбранная величина подачи проверяется по прочности пластинки твердого сплава или минералокерамики, для чего находится
вертикальная составляющая силы резания Рz при выбранном режиме резания и
сопоставляется с силой резания, допустимой прочностью пластинки для заданных условий обработки. Если фактическая сила Рz не превышает допустимую,
то подача выбрана правильно, в противном случае выбранную подачу необходимо уменьшить [1, 4].
Далее следует произвести расчет скорости резания V. Скорость резания V,
м/мин: при наружном продольном и поперечном точении и растачивании рассчитывают по эмпирической формуле
, (1.1)
а при отрезании, прорезании и фасонном точении – по формуле
. (1.2)
Среднее значение стойкости Т у режущего инструмента при одноинструментальной обработке составляет в среднем 30…60 мин на универсальном оборудовании ГОСТовским инструментом, и 200 – 260 деталей для импортного
инструмента.
Значения коэффициента СV и показателей степени х, у и m приведены
в справочной литературе. Коэффициент KV является произведением коэффициентов, учитывающих влияние материала заготовки KМV, состояния поверхности
KПV, материала инструмента KИV. При многоинструментальной обработке и
многостаночном обслуживании период стойкости увеличивают, вводя соответственно коэффициенты KТИ и KТС, угол в плане резцов Kφ и радиуса при вершине резца Kr.
19
Определяют число оборотов шпинделя n по следующей формуле
, об/мин, (1.3)
где D – диаметр обрабатываемой поверхности, мм.
Число оборотов шпинделя уточняется по станку, что применимо лишь
к универсальным токарным станкам, так как станки с ЧПУ имеют возможность
за счет электронного блока управления работать на любых оборотах, которые
способен развивать двигатель, и рассчитывается уточненная скорость резания.
Далее следует выполнить проверку выбранного режима резания по прочности механизма подачи станка и мощности станка.
Для проверки выбранного режима необходимо знать составляющие сил
резания, которые рассчитываются по формуле:
, Н. (1.4)
При отрезании, прорезании и фасонном точении t – длина лезвия резца.
Постоянная Ср и показатели степени х, y, n для конкретных условий обработки
приведены в справочной литературе [15].
Поправочный коэффициент Kp = KMp Kφp Kγp Kλp Krp. Численные значения
этих коэффициентов приведены в справочной литературе. [15] Наибольшее
усилие, допускаемое механизмом подачи станка, Qст сравнивается с осевой
составляющей силы резания Рх
. (1.5)
Если условие (1.5) не выполняется, то надо уменьшать подачу.
Мощность на шпинделе станка Nшп сравнивается с мощностью процесса
резания N
рез
.
, (1.6)
где Nдв – мощность двигателя станка, кВт; η – КПД станка, η = 0,81; Kп – коэффициент перегрузки станка.
, кВт, (1.7)
где Рz – вертикальная составляющая силы резания, Н.
20
. (1.8)
Если условие (1.8) не выполняется, то надо уменьшить скорость резания.
Расчет машинного времени Тм
, (1.9)
где L – общая длина прохода инструмента в направлении подачи, мм; n – число
оборотов заготовки в минуту; s – подача, мм/об; i – число проходов.
, (1.10)
где l – длина обработанной поверхности, мм; l1 – величина врезания, мм;
l2 – величина выхода (перебега) резца, мм.
Следующий параметр – это расчет стойкости инструмента. Определим
экономический период стойкости инструмента Тэ соответствующий наименьшей себестоимости механической обработки.
, мин, (1.11)
где m – показатель относительной стойкости; tсм – время на смену затупившегося инструмента и его подналадку за период стойкости, мин, или иными словами
вспомогательное время; с – стоимость эксплуатации инструмента за период его
стойкости, руб.; Е – стоимость станко-минуты, руб.,
, (1.12)
где a
раб
– минутная заработная плата рабочего с начислениями, руб.; аcт – затра-
ты, связанные с эксплуатацией станка в течение 1 мин его работы, руб.
Последним расчетом является расчет скорости резания V.
Скорость резания рассчитывается из условия полного использования
режущих свойств инструмента и полного использования мощности станка.
Расчет скорости резания из условия полного использования режущих свойств
инструмента. Выбрав глубину резания t, подачу s, период стойкости инструмента Тэ, скорость резания можно рассчитать по формуле
, м/мин, (1.13)