Введение

Повышение эффективности металлообработки является одним из основных направлений развития современного машиностроения. По мере прогресса техники, с одной стороны, непрерывно улучшаются эксплуатационные характеристики материалов и, с другой – повышается производительность и экономичность их обработки. Последнее, как правило, обеспечивается назначением наивыгоднейших режимов резания. Под наивыгоднейшими режимами резания понимают такое сочетание глубины резания t, подачи s и скорости резания V, при которых в данных условиях производства обеспечивается максимальная производительность обработки.

В настоящее время широкое промышленное применение в механообработке нашли инструменты с многогранными неперетачиваемыми пластинами МНП (резцы, торцевые фрезы, сверла и др.), с нанесенными на них различными износостойкими покрытиями, которые позволяют значительно повысить стойкость и надежность режущих инструментов, увеличить производительность обработки деталей резанием и улучшить качество поверхностного слоя обработанных деталей. Кроме того, при механической обработке инструментами, особенно из быстрорежущих сталей, а их изготавливают около 70 %, рекомендуется применять смазочно-охлаждающие технологические средства (СОТС), так как рациональное применение СОТС позволяет примерно от 1,5 до 4 раз повысить стойкость инструмента и примерно на 20–60 % форсировать режимы резания и уменьшить энергозатраты при механообработке [3]. Применение современных эффективных СОТС позволяет резко увеличить качество обработки, а также в полной мере использовать широкие возможности современного высокопроизводительного оборудования при обработке труднообрабатываемых материалов. Классификация СОТС и область их применения представлены в табл. П. 9.1–9.7.

Учебное пособие предназначено для закрепления теоретических знаний студентов по курсам «Резание материалов», «Режущие инструменты» и приобретения дополнительных практических навыков по расчету наивыгоднейших режимов резания при различных видах обработки резанием, необходимых при конструировании режущего инструмента и разработке технологических процессов изготовления деталей машин.

1. Общая последовательность назначения режимов резания при механической обработке

Существует два способа назначения наивыгоднейших режимов резания: табличный и аналитический. На машиностроительных предприятиях отрасли чаще используют табличный способ. Суть этого способа заключается в следующем:

1. Изучение задания (исходные данные: материал детали, припуски на обработку, конфигурация, размеры и шероховатость обрабатываемых поверхностей).

2. Выбор и обоснование рациональной марки инструментального материала в зависимости от марки обрабатываемого материала.

3. Выбор конструкции и геометрии режущего инструмента.

4. В зависимости от величины припуска на обработку и шероховатости обработанной поверхности назначается глубина резания t, число проходов с учетом вида обработки.

5. Назначается подача s с учетом требований к шероховатости обработанной поверхности, геометрии инструмента, марки обрабатываемого материала, жесткости технологической системы. Из всех подач выбирается наименьшая, которая называется технологически допустимой подачей s₀. Выбранная величина подачи уточняется по станку (для универсального оборудования).

6. Выбирается по соответствующим таблицам или рассчитывается скорость резания V_т и оптимальная скорость резания V₀.

Следует отметить, что скорость резания V_т, соответствующая точке максимума , ниже оптимальной V₀ и тем более экономической V_э, т.е. всегда соблюдается неравенство V_т < V₀< V_э. Однако при обработке жаропрочных сплавов, закаленных сталей, некоторых марок жаропрочных сталей и титановых сплавов, а также при обработке любых материалов в условиях автоматизированного производства оптимальная скорость резания V₀ практически совпадает с экономической V_э [3].

При точении, фрезеровании, сверлении и протягивании деталей, особенно из труднообрабатываемых материалов, обработку рекомендуется проводить на оптимальных режимах резания, которые обеспечивают высокую точность и качество обработанной поверхности.

Под оптимальным режимом резания понимают такой, который обеспечивает минимум интенсивности износа инструмента при оптимальной температуре резания Θ₀, инвариантной к изменению элементов сечения срезаемого слоя, геометрии инструментов, СОТС и ряду других технологических факторов. Работа на оптимальной скорости резания обеспечивает также максимум длины пути резания, максимум удельной размерной стойкости инструмента, более высокое качество обработанной поверхности.

При назначении оптимальных режимов резания (на токарную, сверлильную, фрезерную и протяжную операции) рекомендуется использовать учебное пособие [10] или расчет производить по нижеприведенным зависимостям.

При чистовой обработке конструкционных сталей (при точении) расчет оптимальных скоростей резания, обеспечивающих максимальную размерную стойкость инструмента, рекомендуется вести с использованием следующих зависимостей [3].

При точении конструкционных сталей резцами Т15К6

(1.1)

где σ_в – предел прочности (от 37 до 92 кгс/мм²);

s – подача, мм/об;

t – глубина резания, мм.

При продольном точении жаропрочных никелевых сплавов резцами ВК6М

(1.2)

где S_в – действительный предел прочности

S_в=σ_в(1+δ), (1.3)

где δ – относительное удлинение, %,

или

(1.4)

где r – радиус резца при вершине, мм;

φ – главный угол в плане, град.

При торцевом точении жаропрочных никелевых сплавов резцами ВК6М

(1.5)

При точении титановых сплавов резцами ВК6М

lgV₀=1,0795+0,074lgβ–0,5158lgs+0,2192lgr–0,1151lgt+

+0,0087 lgslgβ–0,0636lgβlgr+0,0594lgβlgt+0,0213lgslgr+

+0,3026lgslgt–0,0771lgrlgt, м/мин (1.6)

или

(1.7)

где β – количество фазы, %.

При торцевом фрезеровании жаропрочных никелевых сплавов фрезой с пластинками ВК6М в широком диапазоне изменения действительного предела прочности S_в подачи s_z, глубины резания t, радиуса при вершине r и главного угла в плане φ [9]

(1.8)

При торцевом фрезеровании литейных жаропрочных никелевых сплавов фрезой с использованием твердого сплава ВК8 [18]

м/мин, (1.9)

где S_к – истинное сопротивление разрыву, Н/мм²,

S_к =С(γ')^х,

γ' – % упрочняющей γ'-фазы в жаропрочном сплаве типа Ni₃(Al, Ti).

При использовании инструментов с износостойкими покрытиями рабочих поверхностей «…наиболее выгодно эксплуатировать инструмент с покрытием на оптимальных скоростях резания, минимизирующих износ инструмента, которые на 30–50 % превышают оптимальные скорости резания для инструмента без покрытия» [2].

При выборе или расчете скорости резания, в случае использования при обработке СОТС, необходимо учитывать их влияние на качество обработанной поверхности и производительность обработки. При этом смазывающий эффект СОТС 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.

7. Выбранная скорость резания корректируется с учетом реальной геометрии инструмента, использования СОТС, износостойких покрытий на рабочих поверхностях инструментов др. технологических факторов.

8. Определяется число оборотов шпинделя станка п (при точении, фрезеровании и сверлении), которое корректируется по станку (для универсального оборудования), и подсчитывается действительная скорость резания.

9. Производится проверка выбранного режима резания по прочности механизма подачи и мощности станка.