Элементы режима резания

Режимом резания называется совокупность элементов, определяющих условия протекания процесса резания.

К элементам режима резания относятся – глубина резания, подача, период стойкости режущего инструмента, скорость резания, частота вращения шпинделя, сила и мощность резания.

При проектировании технологических процессов механической обработки или режущих инструментов возникает необходимость в определении и назначении элементов режима резания. Отечественная 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 справочной информации. 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.

Аналитический (расчетный) метод определения режима резания менее трудоёмок и более предпочтителен при учебном проектировании технологических процессов механической обработки резанием. Он сводится к определению, по эмпирическим формулам, скорости, сил и мощности резания по выбранным значениям глубины резания и подачи.

Для проведения расчетов необходимо иметь паспортные данные выбранного станка, а именно - значения подач и частот вращения шпинделя, мощности электродвигателя главного движения. При отсутствии паспортных данных расчет выполняется приблизительно, в проделах тех подач и частот вращения шпинделя, которые указаны в справочной литературе.

Основные элементы технологического процесса:

Технологический процесс обработки до превращения заготовки в готовую для сборки деталь состоит из нескольких операций. Основными элементами технологического процесса являются: операция, установка, переход и проход. Под операцией подразумевается часть технологического процесса, имеющая законченный цикл (выполняется на одном рабочем месте одним рабочим или бригадой). Шлифование резьбы на деталях в зависимости от точности технических условий ведется в одну, две или несколько операций. Примером может служить шлифование резьбы на калибрах по целому. Одна операция — шлифование резьбы предварительно многониточным крутом с припуском под окончательное шлифование. Для этой операции подбирают соответствующий режущий, мерительный и вспомогательный инструмент, устанавливают режимы резания и т. д. Обработка детали ведется на одном рабочем месте одним рабочим, что соответствует понятию об операции. Окончательное шлифование профиля резьбы выполняют на другом рабочем месте другие рабочие, пользуясь иным режущим, мерительным и вспомогательным инструментом. Такая обработка будет считаться другой операцией. При обработке резьбы на калибрах возможно применение как предварительной, так и окончательной операции на одном рабочем месте, но после перенастройки станка. Такой порядок обработки также соответствует изготовлению резьбы в две операции. Если станок не переналаживают, а только изменяют режимы резания (при шлифовании резьбы однониточным кругом), обработка происходит в одну операцию. Установка — часть технологической операции, необходимая для закрепления обрабатываемой детали при ее изготовлении (в опорные центры, патрон, цангу и т. д.). В каждой технологической операции можно применять одну или несколько установок. Лишняя установка (перестановка) увеличивает время на обработку детали. При разработке технологического процесса стремятся вести обработку детали в каждой операции с одной установкой. Переходом называется часть операции, характеризующаяся неизменностью обрабатываемой поверхности, рабочего инструмента и режима стайка. Перемещение шлифовального круга для обработки резьбы на разных участках (с другим наружным диаметром) или изменение режимов резания создают отдельные переходы. Например, первый переход — прошлифовать предварительно резьбу, оставив припуск под окончательную обработку: второй переход — прошлифовать начисто резьбу в размер, выдержав технические условия чертежа. Проходом называется часть перехода, при выполнении которого снимается определенный слой металла. Переход делится на проходы в тех случаях, когда инструмент не в состоянии удалить весь слой металла за один проход. При разработке технологического процесса для изготовления детали любой сложности первоначально устанавливается вид получаемой заготовки, очередность обработки по операциям, припуски и допуски на обработку для каждой операции, вид оборудования и применяемого инструмента.

62. Классификация и требования, предъявляемые к инструментальным материалам для режущего инструмента. 1. Требования, предъявляемые к инструментальным материалам

При резании контактные площадки инструмента подвергаются интенсивному воздействию высоких силовых нагрузок и температур, величины которых имеют переменный характер, а взаимодействие с обрабатываемым материалом и реагентами из окружающей среды приводит к протеканию интенсивных физико-химических процессов: адгезии, диффузии, окисления, коррозии и др.

С учетом необходимости сопротивления контактных площадок режущего инструмента микро- и макроразрушению в указанных условиях, к свойствам инструментальных материалов предъявляется ряд специальных требований, выполнение которых определяет место их эффективного применения для режущих инструментов. Основные требования к инструментальным материалам следующие:

1. Инструментальный материал должен иметь высокую твердость.

Твердость инструментального материала должна быть выше твердости обрабатываемого не менее чем в 1,4 - 1.7 раза.

2. При резании металлов выделяется значительное количество теплоты и режущая часть инструмента нагревается. Поэтому, инструментальный материал должен обладать высокой теплостойкостью. Способность материала сохранять высокую твердость при температурах резания называется теплостойкостью.. Для быстрорежущей стали - теплостойкость еще называют красностойкостью (т.е. сохранение твердости при нагреве до температур начала свечения стали)

Увеличение уровня теплостойкости инструментального материала позволяет ему работать с большими скоростями резания (табл. 2.1).

Таблица 2.1 - Теплостойкость и допустимая скорость резания инструментальных материалов

Материал	Теплостойкость, К	Допустимая скорость при резании Стали 45 м/мин
Углеродистая сталь	473 - 523	10 - 15
Легированная сталь	623 - 673	15 - 30
Быстрорежущая сталь	873 - 823	40 - 60
Твердые сплавы:
Группа ВК	1173 - 1200	120 - 200
Группы ТК и ТТК	1273 - 1300	150 - 250
безвольфрамовые	1073 - 1100	100 - 300
с покрытием	1273 - 1373	200 - 300
Керамика	1473 - 1500	400 - 600

3. Важным требованием является достаточно высокая прочность инструментального материала. Если высокая твердость материала рабочей части инструмента не обеспечивается необходимой прочностью, то это приводит к поломке инструмента и выкрашиванию режущих кромок.

Таким образом, инструментальный материал должен иметь достаточный уровень ударной вязкости и сопротивляться появлению трещин (т.е. иметь высокую трещиностойкость).

4. Инструментальный материал должен иметь высокую износостойкость при повышенной температуре, т.е. обладать хорошей сопротивляемостью истиранию обрабатываемым материалом, которая проявляется в сопротивлении материала контактной усталости.

5. Необходимым условием достижения высоких режущих свойств инструмента является низкая физико-химическая активность инструментального материала по отношению к обрабатываемому. Поэтому кристаллохимические свойства инструментального материала должны существенно отличаться от соответствующих свойств обрабатываемого материала. Степень такого отличия сильно влияет на интенсивность физико-химических процессов (адгезионно-усталостные, коррозионно-окислительные и диффузионные процессы) и изнашивание контактных площадок инструмента.

6. Инструментальный материал должен обладать технологическими свойствами, обеспечивающими оптимальные условия изготовления из него инструментов. Для инструментальных сталей ими являются хорошая обрабатываемость резанием и давлением; благоприятные особенности термической обработки (малая чувствительность к перегреву и обезуглероживанию, хорошие закаливаемость и прокаливаемость, минимальные деформирование и образование трещин при закалке и т.д.); хорошая шлифуемость после термической обработки.

На рис. 2.1 показано расположение основных групп инструментальных материалов по их свойствам. Из рисунка видно, что твердость и прочность инструментальных материалов это свойства антагонисты, т.е. чем выше твердость материала, тем ниже его прочность. Поэтому набор основных свойств и определяет область и условие рационального использования инструментального материала в режущем инструменте.

Например, инструмент из сверхтвердых инструментальных материалов на основе алмаза и кубического нитрида бора (СТМ) или из режущей керамики (РК), используют исключительно для суперчистовой обработки изделий на высоких и сверхвысоких скоростях резания, но при весьма ограниченных сечениях среза.

При обработке конструкционных сталей на малых и средних скоростях резания в сочетании со средними и большими сечениями среза большие преимущества получают инструменты из быстрорежущей стали.

Инструментальные материалы подразделяются на пять основных групп: инструментальные стали (углеродистые, легированные и быстрорежущие); металлокерамические твердые сплавы (группы ВК, ТК и ТТК); режущая керамика (оксидная, оксикарбидная и нитридная); абразивные материалы (см. абразивная обработка) и сверхтвердые материалы СТМ (на основе алмаза и кубического нитрида бора (КНБ)).

1 - Принципиальная зависимость основных свойств инструментальных материалов (твердость - прочность)

Рисунок 2.1 - Классификация инструментальных материалов по их свойствам

Наиболее распространенная из этих групп - быстрорежущая сталь, из которой изготавливается около 60% инструмента, из металлокерамических твердых сплавов - около 30%, из остальных групп материалов - только около 10 % лезвийного инструмента.

Анализ основных направлений совершенствования инструментальных материалов (см. рис. 2.1) позволяет отметить, что они связаны с ростом твердости, теплостойкости, износостойкости при снижении прочностных характеристик, вязкости и трещиностойкости. Эти тенденции не соответствуют идее создания идеального инструментального материала с оптимальным сочетанием свойств по твердости, теплостойкости, ударной вязкости, трещиностойкости, прочности.

Очевидно, что решение этой проблемы должно быть связано с разработкой композиционного инструментального материала, у которого высокие значения поверхностной твердости, теплостойкости, физико-химической инертности сочетались бы с достаточными значениями объемной прочности при изгибе, ударной вязкости, предела выносливости.

В мировой практике указанные методы совершенствования инструментальных материалов находят все большее применение, особенно при производстве сменных многогранных пластин (СМП) для механического крепления на режущем инструменте.