15.6. Износ фрез

Процессу фрезерования всегда присущи прерывистость и переменность механических нагрузок и, что не менее существенно, резкая переменность теплового режима на каждом участке работающей части зуба фрезы. Поэтому часто имеет место преимущественно механический износ фрез, характеризующийся как микровыкрашиваниями, так и микроскопическими сколами режущих кромок. В настоящее время доказано, что фактором, усиливающим разрушение режущих кромок, является их мгновенное охлаждение (так называемый «тепловой удар») в момент выхода из контакта с заготовкой, в результате чего появляется сетка микротрещин на рабочих поверхностях зуба. Сказанное особенно важно учитывать при рассмотрении износа твердосплавных фрез, но оно сохраняет определенное значение и для фрез из быстрорежущих сталей.

В силу большой роли, которую играет механический износ при фрезеровании, а также потому, что толщина среза здесь всегда невелика, фрезы изнашиваются преимущественно по задним поверхностям, причем при цилиндрическом фрезеровании износ по передней поверхности почти не обнаруживается, а при торцовом фрезеровании хотя и наблюдается, но не приобретает решающего влияния.

Зависимость темпа износа фрез от элементов режима резания в большой степени обусловлена характером влияния элементов режима резания на контактную температуру.

Так же, как и при точении, на контактную температуру наиболее сильно влияет скорость резания, менее сильно толщина среза и еще слабее – ширина среза. В связи с этим, например для цилиндрического фрезерования, можно написать

.

Так как , то отсюда следует, что наиболее сильно на контактную температуру влияет скорость резания, менее сильно подача на зуб, еще слабее глубина резания и наиболее слабо ширина фрезерования. Аналогично перечисленные элементы режима резания влияют и на износ фрез.

В качестве примера приводим эмпирические зависимости, полученные при резании цилиндрической фрезой заготовки из стали 40X:

,

.

В условиях торцового фрезерования открытых плоскостей при сохранении постоянными всех элементов режима резания, а также конструктивных параметров, износ их зубьев существенно зависит от взаимного расположения фрезы и заготовки.

В большинстве случаев наиболее рационально заготовку смещать в сторону выхода фрезы. При этом уменьшается срединная толщина среза, направление суммарной силы подачи совпадает с направлением подачи, а также уменьшается скорость нагружения и разгружения зуба при входе и выходе.

Когда величина износа связана с шероховатостью и точностью изготовления деталей, за критерий износа принимают технологический критерий. Величина технологического критерия износа зависит от качества обрабатываемого материала, типа фрезы и жесткости системы СПИД. Этот критерий выражается обычно определенной величиной износа по задней поверхности.

15.7. Режимы резания при фрезеровании и стойкость фрез

Скорость резания, допускаемая фрезой, зависит от свойств обрабатываемого материала и материала режущей части фрезы, от элементов режима резания, конструкции и геометрии режущей части фрезы.

Общая структурная формула скорости резания при фрезеровании, м/мин, имеет вид

, (15.13)

где – коэффициент, характеризующий условия обработки (обрабатываемый металл, материал режущей части фрезы, охлаждение);– коэффициент, учитывающий влияние качества материала режущего инструмента;– коэффициент, учитывающий влияние качества обрабатываемого материала;– коэффициент, учитывающий состояние поверхностного слоя обрабатываемой заготовки (окалина, корка);– коэффициент, учитывающий влияние угла в плане; Т – стойкость фрезы в мин.

Значения показателей x_V, y_V, _V, n_V, q_V, m и коэффициентов ,,,иопределяются опытным путем и обычно приводятся в справочниках по режимам резания.

Рассмотрим влияние основных факторов на скорость резания при фрезеровании.

Влияние подачи s_z и глубины резания t. При увеличении s_z растет толщина среза, работа деформации и трение, что приводит к снижению стойкости и допускаемой скорости резания. С увеличением глубины резания увеличивается угол контакта и соответственно количество зубьев фрезы, находящихся одновременно в работе, и количество выделяющегося тепла.

Влияние диаметра D и числа зубьев фрезы z. При увеличении D уменьшается толщина среза и снижается нагрузка на режущую кромку фрезы. Изменяются также длина дуги контакта, шаг зубьев и масса фрезы. С уменьшением z также увеличивается масса каждого зуба; все это приводит к лучшему теплоотводу и увеличению стойкости фрезы и к повышению скорости резания.

Влияние ширины фрезерования В. При увеличении В растет количество зубьев, участвующих в работе, возрастают суммарная площадь поперечного сечения среза, работа резания и тепловыделение. Поэтому растет износ фрезы и снижается допускаемая скорость резания.

Влияние материала фрезы. Материал фрезы оказывает существенное влияние на допускаемую скорость резания. Если, например, для твердого сплава Т15К6 при обработке стали с = 750 Н/мм² допускаемую скорость резания принять за единицу, т. е. = 1, то для сплава ВК6= 1,26.

Влияние стойкости. Скорость резания связана со стойкостью зависимостью

или ,

где Т – период стойкости в мин; А – постоянный коэффициент, зависящий от условий обработки, материала заготовки и фрезы, сечения среза, геометрических параметров режущей части фрезы, охлаждения и другого; m – показатель относительной стойкости.

Из приведенной зависимости следует, что чем больше период стойкости, при прочих равных условиях, тем меньше допускаемая скорость резания. Интенсивность уменьшения скорости резания при увеличении стойкости фрезы определяется показателем m, величина которого зависит от условий резания. Для фрез из быстрорежущей стали m = 0,15…0,33, а для твердосплавных фрез m = = 0,2…0,6.

Рекомендуемые периоды стойкости для цилиндрических фрез из быстрорежущей стали Т = 120…180 мин, а для цилиндрических твердосплавных фрез Т =180 мин, для торцовых фрез из быстрорежущей стали Т = 120…240 мин, для торцовых твердосплавных фрез Т = 120…420 мин.

Порядок расчета режимов резания при фрезеровании. Глубину резания выбирают в зависимости от припуска на обработку, мощности и жесткости станка. Припуск выгодно всегда снимать за один проход, если это позволяет мощность станка. На мощных фрезерных станках при работе торцовыми фрезами глубина резания может достигать 25 мм. Обычно глубина резания составляет 2…6 мм. Если требуется высокая точность обработки, то фрезерование ведут в два прохода (черновой и чистовой). При чистовом проходе глубину резания принимают в пределах 0,75…2 мм.

Подача. Чтобы уменьшить машинное время на фрезерование, применяют максимально возможную подачу на зуб фрезы s_z. Определение этой подачи производится в зависимости от шероховатости обработанной поверхности, прочности обрабатываемого материала, прочности зуба фрезы, жесткости системы СПИД. При назначении максимальной технически допустимой подачи пользуются нормативами.

Скорость резания. Соответственно выбранной подаче s_z и периоду стойкости по нормативам или по формуле (15.13) определяют скорость резания. По найденной скорости резания подсчитывают частоту вращения n, которую корректируют по паспорту станка, и подсчитывают действительную скорость резания, м/мин,

.

Минутную подачу, мм/мин, определяют по формуле

;

ее также корректируют по паспорту станка, после чего определяют действительную подачу на зуб фрезы:

.

В заключение подсчитывают эффективную мощность N_э и сопоставляют с полезной мощностью станка N_ст = N_эд. Если окажется, что N_э  > N_ст, то необходимо соответственно понизить скорость резания, обеспечив условие N_е N_ст. После этого подсчитывают машинное время по формуле (15.10).