книги / Резание материалов
..pdfПолученная зависимость позволяет определять период стойкости для заданной скорости или скорость резания для заданной стойкости. Но здесь могут возникнуть неверные результаты.
Поскольку T = CT/Vm, то Vm Т = CT |
= const. Тогда V m T |
V m T , |
|||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
2 |
2 |
отсюда T T |
V1 |
m |
или V V |
T1 |
m |
. |
|
|
|
V |
|
T |
|
|
|
|
|||
2 1 |
2 1 |
|
|
|
|
||||
|
2 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
Показатель относительной стойкости т характеризует степень изменения скорости резания с изменением стойкости резца. Он определяется опытным путем и зависит от материала детали и инструмента, толщины среза, вида и условий обработки. Чем ниже износостойкость режущей части инструмента и тяжелее условия резания, вызывающие повышение тепловыделения, тем меньше т:
для быстрорежущих инструментов т << 0,125; для твердосплавных инструментов т << 0,2; для минералокерамических инструментов т >> 0,5.
При решении практических задач необходимо учитывать, что даже небольшое увеличение скорости резания может вызвать резкое падение стойкости, и наоборот.
Рассмотрим следующий пример: пусть m = 8, V1 = 20 м/мин, Т1 = 45 мин, V2 = 30 м/мин. Определить стойкость при скорости
|
|
V |
m |
8 |
|
|
30 м/мин. Найдем: T2 |
T1 |
1 |
|
= 45(20/30) |
= 1,7 мин. |
|
V |
|
|||||
|
|
2 |
|
|
|
|
Таким образом, увеличение скорости в 1,5 раза снижает период стойкости более чем в 25 раз.
С другой стороны, при стойкости Т1 = 60 мин и скорости резания 15 м/мин снижение скорости резания до 10 м/мин приведет к увеличению стойкости Т2 до 26 ч, что на практике нереально. При пользовании эмпирическими формулами нужно знать, в каком диапазоне режимов резания проведены экспериментальные исследования, на основании которых получены эти завсимости.
Каждый инструмент допускает определенную скорость резания при назначенном периоде стойкости. Поэтому записывают
301
такую скорость с индексом стойкости VТ. Например, V15, V30, V60
ит.д., что означает периоды стойкости Т = 15, 30 и 60 мин.
4.3.7.Экономическая скорость резания
искорость резания, соответствующая максимальной производительности на данном рабочем месте
Вобщем случае работа должна вестись на экономических
скоростях резания Vэ, т.е. скоростях, когда себестоимость обработки минимальна. Скорость Vэ (на рисунке не указана) расположена на правой ветви зависимости Т = f(V) и всегда соблюдается
неравенство Vэ > Vм (см. рис. 165).
Переменная доля себестоимости операции, зависящая от скорости резания, определяется формулой
A = tм(aраб + aст) + tсм/Q(aраб + aст) + e/Q,
где tм – машинное время на операцию, мин; aраб – минутная зарплата рабочего с начислениями, коп.; aст – затраты, связанные с экс-
плуатацией станка в течение 1 мин, коп.; aраб + aст = Е – стоимость станко-минуты, коп.; tсм – время на смену затупившегося инстру-
мента и его подналадку за период стойкости, мин; e – стоимость эксплуатации инструмента за период стойкости, коп.; Q – количество обрабатываемых деталей за период стойкости, шт.
Выразим Q и tм через период стойкости инструмента: tм = D·L·h/1000V·S·t,
где D – диаметр обрабатываемой детали, мм; L – путь инструмен-
та, мм; h – припуск на сторону, мм. С учетом формулы V = CV/Tm
tм = D·L·h/1000V·S·t = D·L·h·Tm/1000V·S·t CV = Co·Tm.
Переменная доля себестоимости операции зависит от скорости резания. Для обеспечения максимальной производительности труда на данном рабочем месте обработку необходимо вести на Vм.п. При определении периода стойкости Тм.п, соответствующего скорости Vм.п, пренебрегают затратами на эксплуатацию инструмента за период его стойкости.
302
Поскольку Тм.п < Тэ, то скорость резания Vм.п, при которой достигается максимальная производительность труда на данном рабочем месте, выше экономической скорости резания, т.е. Vм.п > Vэ.
4.3.8. Возможные потери при выборе высоких периодов стойкости
Как было показано выше, зависимость Т–V в двойной логарифмической сетке имеет вид прямой линии лишь в узком диапазоне скоростей резания. Этот участок кривой Т–V (рис. 166), содержащий наиболее употребительные периоды стойкости для данного инструмента, является
основой для получения формул вида V = CV/Tm, котoрые
впоследствии служат для расчета и назначения режимов резания (нормативы по режимам резания НИАТ, 1965 г.). Вместе с тем указанные формулы используются для значительно более широкого диапазона периода стойкости.
Рассмотрим это на примере обработки жаропрочного сплава ЭП220 резцом ВК6М (t = 0,5 мм; S = 0,09 мм/об).
Повышение технологической стойкости при работе на Vo для разных периодов стойкости приведено в табл. 19.
Таблица 1 9
Параметры технологической стойкости при работе на оптимальной скорости Vo
Т, мин |
VТ, м/мин |
Vо, м/мин |
Vо/VТ |
hо |
hо.п |
hо/hо.п |
30 |
17 |
35 |
2,06 |
390 |
168 |
2,32 |
60 |
13 |
35 |
2,7 |
498 |
168 |
2,43 |
|
11,5 |
|
|
412 |
|
2,45 |
90 |
35 |
3,04 |
168 |
303
Как видно из табл. 19, при обработке на оптимальных режимах технологическая производительность может быть повышена в 2…3 раза, а размерная стойкость инструмента – более чем в 2 раза по сравнению сработойна режимах, рекомендуемых нормативами.
Это объясняется тем, что нормативы рекомендуют работу на более низких скоростях резания (но высоких Т), соответствующих левым ветвям кривых hо.п = f(V), которые приводят к более интенсивному износу и по-
|
вышенному расходу инстру- |
|
мента (рис. 167). Подобная |
|
картина роста интенсивности |
|
износа инструмента наблю- |
|
дается и при назначении ско- |
|
ростей резания, превышаю- |
|
щих Vо. В этом случае скоро- |
|
сти резания расположены на |
|
правой ветви кривой hо.п = |
Рис. 167. Зависимость hо.п = f(V) |
= f(V), что также приводит |
к значительному повышению |
|
для разных периодов стойкости |
интенсивности износа инст- |
(Т = 30; 60; 90 мин) |
румента и снижению ее раз- |
|
|
|
мерной стойкости. |
4.3.9. Влияние различных факторов на скорость резания и стойкость инструмента.
Третий закон резания
На скорость резания и стойкость инструмента оказывают существенное влияние следующие факторы:
глубина резания и подача (сечение среза);
геометрия инструмента;
вид обработки и сечение резца;
величина износа инструмента;
обрабатываемый и инструментальный материалы;
состояние поверхностного слоя обрабатываемой детали;
СОТС и т.д.
304
С увеличением t и S возрастают силы резания и повышается количество выделяющегося тепла, а следовательно, при сохранении постоянной стойкости инструмента скорость резания должна быть уменьшена. Зависимость V = f(T, t, S) выражается формулой
V CV /T m t xV S yV KV .
Многочисленные экспериментальные данные показывают, что при t > S показатели степени xV < уV. Это объясняется тем, что с увеличением t и S повышается температура резания, но увеличение t в большей мере оказывает влияние на улучшение теплоотвода, чем увеличение подачи. Если же t < S, то показатели степени хV и уV нужно поменять местами. В результате этого сформулирован третий закон резания: для повышения скорости резания V при заданной стойкости Т = const и сохранении постоянного сечения среза (а×b) = const необходимо увеличить глубину резания t и соответственно снизить величину подачи S.
Влияние вида обработки на износ и стойкость:
при расточке скорость резания несколько ниже, чем при
обычном точении и KV = 0,9, так как расточной резец работает в более тяжелых условиях, чем проходной;
при подрезке торца подрезные резцы работают в несколько лучших условиях, чем проходные, так как скорость при обработке к центру снижается. Поправочный коэффициент приэтом KV = 1,04;
при отрезке в особо тяжелых условиях работают отрезные
резцы, поэтому KV принимают 0,5…0,6.
Влияние обрабатываемого материала на износ, стой-
кость и скорость резания. Самое сильное – твердость (выше твердость – ниже скорость резания); кроме того, жаропрочность; склонность к адгезии; химическое сродство или инертность обрабатываемого материала к материалу инструмента; истирающая способность, или абразивность; теплопроводность и т.д.
Если скорость резания может изменяться в зависимости от геометрии резца и ширины среза до 3 раз, от толщины среза до 5 раз, от материала режущей части инструмента до 75 раз, то в зависимости от обрабатываемого материала – до 200 раз. Это
305
значит, что при обработке, например, закаленной стали или твердого чугуна скорость резания в 200 раз меньше, чем при обработке алюминия.
Поправочный коэффициент на материал инструмента – KVи, а на обрабатываемый материал – KVм.
Влияние заготовки, износа, СОТС. Кованые и литые детали имеют более твердый поверхностный слой, в связи с чем скорость резания по корке ниже, чем по детали без корки.
Если работа будет производиться до износа выше нормального, скорость должна быть уменьшена. Если же будет возможность работать до hз = 1,5…2 мм(нормативный hз = 0,8…1,5), то KVh = 1,33.
При применении СОТС скорость резания может быть повышена (в зависимости от вида и характера подвода СОТС в зону резания): KVСОТС = 1…1,15.
Влияние геометрических параметров. На износ и период стойкости, а значит, и на скорость резания влияет геометрия инструмента. Так, уменьшение угла приводит к уменьшению величины износа (за счет изменения соотношения между шириной и толщиной среза), стойкость при этом повышается. Скорость резания при сохранении прежнего Т увеличивается.
С повышением заднего угла снижается трение, но ухудшается теплоотвод и ослабляется режущий клин. Значение оптимального заднего угла опт может быть определено по формуле
sin опт = С/aq,
где = S sin , С и q зависят от обрабатываемого материала. Передний угол для разных обрабатываемых материалов
различный, т.е. зависит от твердости обрабатываемого материала
иможет быть определен следующим образом:
для стали при 0,7 НRС опт = 18º;
для чугуна при 0,066 НВ опт = 17,8º.
Обычно радиус при вершине R изменяется в небольшом диапазоне от 0,5 до 2 мм: при R < 0,5 мм обеспечивается, как правило, низкая Т, а при R > 2 мм возникают вибрации. При этом не следует
306
забывать, что изменение R приводит к изменению соотношения между толщиной и шириной среза. Значение оптимального радиуса Rопт может быть определено взависимостиотподачиS как
Rопт = (8…10)S.
С увеличением поперечного сечения стержня резца улучшается теплоотвод, что положительно сказывается на стойкости.
Итак, обобщенная формула для выбора скорости резания V имеет следующий вид:
V CV /T m txV S yV KVм KVи KV KVh KVСОТС.
Значения СV, хV, уV и поправочных коэффициентов приведены в соответствующей справочной литературе.
В каком же соотношении находятся Vэ и Vo?
Почти всегда (в большинстве случаев) экономическая скорость резания выше Vо. Эти скорости могут быть приняты одинаковыми при обработке:
жаропрочных сплавов в любых условиях производства;
закаленных сталей при любых условиях производства;
некоторых марок жаропрочных сталейи титановыхсплавов;
любых материалов в условиях автоматизированного производства.
4.3.10. Номограммы для выбора режимов резания
Для быстрого определения наивыгоднейших сочетаний подач и скоростей резания, обеспечивающих наименьшие интенсивность износа инструмента или себестоимость обработки, а также для определения износов hо.п.о и hо.п.з разрабатываются специальные номограммы (рис. 168). В основе номограмм лежат параметрические уравнения максимальной размерной стойкости инструмента, полученные на основании стойкостных и температурных испытаний, результаты исследования высоты неровностей обрабатываемой поверхности при оптимальных сочетаниях S и V и экономические расчеты.
307
Рис. 168. Номограмма для определения подач и скоростей резания при точении (t = соnst)
Номограмма позволяет по заданной высоте неровностей и принятой величине радиуса R при вершине резца определить максимально допустимую подачу Smax. Работа на подачах S > Smax не обеспечит требуемой высоты неровностей, а на подачах S < Smax нерациональна, так как снижает производительность труда, повышает себестоимость обработки и поверхностный относительный износ hо.п.о (т.е. снижает точность обработки), а также увеличивает расход инструмента.
Для определения требуемых скоростей резания по найденной подаче на номограмме нанесены линии Vо и Vэ. Линия Vо соответствует таким сочетаниям подач и скоростей резания, при которых в зоне резания создается оптимальная температура и обеспечивается минимальный поверхностный относительный износ, определяемый линией hо.п.о. При работе на оптимальных скоростях резания Vo достигается наибольшая размерная стой-
308
кость инструмента и наименьшая погрешность обработки, вызываемая износом инструмента. Линия Vэ соответствует сочетаниям подач и скоростей резания, при которых обеспечивается наименьшая себестоимость обработки и наибольшая производительность общественного труда. Поверхностный относительный износ при этом получается более интенсивным и определяется
линией hо.п.з.
Повышение скорости резания от Vo до Vэ увеличивает технологическую производительность от По до Пэ и снижает себестоимость обработки от Ао до Аэ. Поверхностный относительный износ при этом возрастает от hо.п.о до hо.п.з; следовательно, размерная стойкость и точность обработки снижаются.
Работа на скоростях резания ниже Vо снижает производительность обработки и повышает ее себестоимость. Точность обработки и размерная стойкость инструмента при этом снижаются, а расход инструмента, отнесенный к одной детали, повышается. Работа на скоростях больше Vэ повышает поверхностный относительный износ, а также себестоимость обработки и снижает производительность общественного труда при некотором повышении технологической производительности труда на данном рабочем месте за счет резкого возрастания расхода инструмента.
Целесообразный диапазон изменения скоростей резания на номограмме заключен между линиями Vо и Vэ. Скорости резания по линии Vо следует выбирать при повышенных требованиях к точности обработки деталей, а также при эксплуатации инструмента на многорезцовых и автоматизированных станках. В остальных случаях скорость резания нужно выбирать по линии Vэ. По полученной скорости резания и диаметру детали находят n. Номограммы одинаково удобны для рабочего и конструктора, технолога и нормировщика, так как они позволяют увязать выбор режимов обработки с параметрами шероховатости, точностью, производительностью, себестоимостью обработки.
309
4.3.11. Характер изнашивания и средние величины максимально допустимого износа различных режущих инструментов
Токарные резцы с пластинками твердых сплавов при обработке сталей и чугуна изнашиваются как по задней, так и по передней поверхности. Чаще всего максимальную ширину площадка износа имеет у вершины резца или на переходной задней поверхности, т.е. в месте резца с наихудшими условиями теплоотвода. Допустимая величина линейного износа h задней поверхности при обработке: стали – 0,8…1 мм; чугуна с подачей 0,3 мм/об – 1,4…1,7 мм; чугуна сподачей > 0,3 мм/об– 0,8…1 мм.
Винтовые сверла при обработке сталей изнашиваются по передней и задним поверхностям. Изнашивание перемычки считается ненормальным; оно происходит или в результате неправильной заточки сверла, или из-за недостаточной твердости инструментального материала после термообработки. Износ задней поверхности вдоль главного лезвия неравномерен: ширина площадки износа непрерывно возрастает по мере удаления от перемычки сверла. В отличие от резцов лунка износа вдоль всего главного лезвия не образуется. Она возникает у уголка сверла в том месте, где главное лезвие переходит во вспомогательное. Изнашиванию также подвергается вспомогательная задняя поверхность (фаска), на которой появляются штрихи износа у уголка сверла. Допустимая величина износа h сверл из быстрорежущих сталей при диаметре до 20 мм равна 0,6…0,8 мм и при диаметре свыше 20 мм равна 0,8…1 мм. При обработке чугуна передняя поверхность сверла не изнашивается. Износ задней поверхности «соединяется» с износом фаски, что приводит к скруглению уголка сверла. Поэтому лимитирующим износом является скругление hу уголка. Допустимая величина износа hу сверл из быстрорежущих сталей при работе без СОТС при диаметре до 20 мм равна 0,5…0,8 мм и при диаметре свыше 20 мм равна 0,8…1,2 мм.
Метчики при обработке как сталей, так и чугуна изнашиваются только по задней поверхности. Максимальный износ сосредоточивается в месте перехода главного лезвия во вспомогатель-
310