книги / Резание материалов.-1

Уровень скорости резания VT при обработке титановых сплавов

в2,5…5 раз ниже, чем при обработке стали 45 (см. табл. 24).

5.При обработке титановых сплавов особое внимание необходимо уделять вопросам техники безопасности, так как образование тонкой стружки и тем более пыли может привести к ее самовоспламенению и интенсивному горению. Кроме того, пылеобразная стружка вредна для здоровья. Поэтому не допускается работа с подачами менее 0,08 мм/об., использование затупленного инструмента

с износом более 0,8...1,0 мм и со скоростями резания более 100 м/мин, а также скопление стружки в большом объеме (исключение делается для сплава ВТ1, обработка которого разрешается при скоростях резания до 150 м/мин).

6.2. Выбор и назначение оптимальных параметров режущего инструмента

Определение оптимальных режимов работы инструмента является важной технико-экономической задачей в области машиностроения. Значение этой задачи особенно возрастает в связи с широкой автоматизацией машиностроительного производства, применением станков с числовым программным управлением, автоматических станочных линий и многооперационных станков, а также широким использованием новых материалов, как правило, обладающих низкой обрабатываемостью резанием. Оптимизация процессов резанием охватывает вопросы производительности, экономичности и точности обработки, качества поверхностного слоя и эксплутационной надежности и долговечности деталей машин. Оптимизация процессов обработки на металлорежущих станках может быть осуществлена только на основе изучения физической сущности явлений, сопровождающих процесс резания, и основных закономерностей износа инструмента как главного фактора, влияющего на точность обработки.

В связи с этим весьма важно правильно назначать геометрию режущего инструмента. Порядок назначения может быть следующий.

341

1.Выбор режущего инструмента. Проводится согласно виду обработки. Например, токарный проходной отогнутый резец. Такой резец позволяет проводить обработку как цилиндрических, так и торцовых поверхностей со свободным выходом резца.

2.Выбор инструментального материала. Зависит главным образом от химсостава и механических свойств обрабатываемого материала. Например, для легких цветных сплавов выгоднее применять инструменты из быстрорежущих сталей, для чугунов, титановых сплавов и при прерывистом резании наиболее рациональны твердые сплавы группы ВК, для пластичных сталей – группа ТК.

3.Выбор типоразмера инструмента. Зависит от применяемого оборудования и параметров обрабатываемой заготовки. Например, токарные резцы выбираются по размерам сечения державки резца для конкретного токарного станка.

4.Выбор геометрических параметров резца. Зависит от условий обработки. Геометрические параметры выбираются по справочникам и по рекомендациям с учетом влияния рассмотренных выше физических явлений процесса резания на износ и стойкость инструмента.

6.3. Назначение оптимальных режимов резания различными методами

Под оптимальными режимами резания понимают такое наивыгоднейшее сочетание глубины резания t, подачи S и скорости резания V, при котором в данных условиях производства обеспечивается максимальная производительность, наименьшая себестоимость и требуемое качество обработки.

Наивыгоднейшие условия резания рассчитываются:

1)табличным методом;

2)аналитически;

3)нормированием.

342

6.3.1.Табличный метод

1.Выбирается марка инструментального материала и геометрические параметры режущей части инструмента.

2.Выбирается глубина резания. Причем необходимо стремиться снять весь припуск за один проход и лишь при повышенных классах чистоты и точности припуск снимается за два и более проходов.

Например, при черновой обработке с чистотой поверхности до

Rz = 80 мкм весь припуск следует снимать за один проход, т.е. А = ∆. При получистовой обработке Rz от 10 до 40 мкм припуск А < 2 мм следует снимать за один проход, т.е. А = ∆. Если же припуск более 2 мм, то обработку производят за два прохода.

3.Назначается подача. При черновой обработке подача назначается с учетом следующих факторов: размеров державки резца, диаметра детали, глубины резания и марки обрабатываемого материала.

Для чистовой (и получистовой) обработки подача выбирается

взависимости от R при вершине резца, V резания и обрабатываемого

материала, из всех подач выбирается минимальная подача S0, которая корректируется по станку.

4.Выбирается скорость резания V по таблицам, подсчитываются обороты п и корректируются по станку.

5.Проверяется выбранный режим резания по прочности механизма подачи станка и по прочности пластинки твердого сплава.

6.Проверяется выбранный режим резания по мощности или двойному крутящему моменту.

7. Подсчитывается Тмаш.

6.3.2. Аналитический расчет оптимальных режимов резания

Выбор инструментального материала, геометрических параметров режущей части инструмента и глубины резания производится так же, как и при назначении режимов резания, – табличным методом.

Далее производится выбор подачи из следующих ограничивающих факторов:

343

–величина шероховатости обработанной поверхности (подача выбирается табличным способом S1);

–прочность пластины твердого сплава (табличным способом S2);

–прочность механизма подачи станка (табличным способом S3);

–жесткость детали (выбирается с учетом способа крепления);

–прочность державки резца. Резец можно считать балкой, защемленной одним концом и нагруженной на другом тремя силами –

Рz, Ру, Рх, – создающими сложное напряженно-деформированное состояние в державке резца. Однако, как показывает анализ, с достаточной для практики точностью прочность резца может быть рассчитана по силе Рz. Итак,

Mизг = Pz l, a [Mизг] = W [σизг],

где W – момент сопротивления;

[σизг] – допускаемое напряжение на изгиб. Для прямоугольного сечения

W = BH2/6;

для круглого сечения

W= πD3/32;

–жесткость державки резца. Под действием сил резания державка резца деформируется, и в результате отклонения вершины резца от первоначального положения возникают погрешности. Стрелка прогиба f при черновом точении равна 0,1 мм, при получистовом и чистовом точении f = 0,03...0,05 мм; момент инерции для

круглого сечения J = πD4/64, для квадратного J = BH3/32.

Далее производится расчет скорости резания Vрез. Скорость резания ограничивает или материал резца, или мощность станка. Скорость резания из условия полного использования режущих свойств инструмента

По скорости можно определить число оборотов п. Для станков со ступенчатым рядом оборотов п может находиться между какимито соседними числами оборотов пх, так что число оборотов корректируется по станку, а чтобы стойкость резца сохранялась неизменной, производится коррекция подачи. Для любой заданной подачи мы можем определить пх, при котором полностью используются режущие свойства резца.

Скорость резания можно найти исходя из мощности станка:

– мощность резания

Np = PzV/60 · 75 · 1,36, кВт,

где Pz (кгс), V (м/мин);

– мощность электродвигателя

Nдв = Nр/η = PzV/60 · 102η,

где η – КПД станка. Отсюда

V = Nдв 60 · 102η/Pz.

Наименьшую из этих скоростей и назначают. После этого подача и скорость корректируются применительно к станку.

Затем подсчитывается машинное время:

tмаш = L · i/n Sо,

где L – длина обрабатываемой поверхности; i – число проходов; L = у + l + у1; у = t ctg ϕ – величина врезания; у1 – величина перебега; у1 = 1…3 мм; l – длина обработанной поверхности.

6.4.Контрольные вопросы и задания

1.Что такое обрабатываемость материалов резанием?

2.Перечислите основные параметры обрабатываемости.

3.Каков порядок выбора рациональных скоростей резания?

4.Перечислите способы определения обрабатываемости.

5.Назовите методы улучшения обрабатываемости.

345

6.Назовите особенности обрабатываемости резанием различных материалов.

7.Каков порядок выбора и каково назначение оптимальных геометрических параметров режущего инструмента?

8.Каков порядок назначения оптимальных режимов резания различными методами?

9.В чем особенности табличного метода?

10.В чем особенности аналитического расчета оптимальных режимов резания?

Глава 7 СОВРЕМЕННЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ НАУКИ

ИПРАКТИКИ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ РЕЗАНИЕМ

7.1.Адаптивное управление процессом резания

Внастоящее время большинство машиностроительных предприятий активно оснащаются высокопроизводительными станками

сЧПУ и обрабатывающими центрами с компьютерным управлением отечественного и зарубежного производства. В Пермском крае это ОАО «Новомет», ОАО «Протон», ОАО «Пермский моторный завод», ОАО «Инкар», ОАО «Редуктор» и др. Стоимость новых станков дос-

таточно велика – достигает 2–3 млн евро за станок. Значительно, в десятки раз, выросла и стоимость режущих сборных инструментов.

Непредвиденный выход из строя этого оборудования и инструмента по различным причинам приводит к большим издержкам производства на машиностроительных заводах. Поэтому резко вырос уровень активности исследований в области контроля и управления процессами механической обработки и инструмента в нашей стране и за рубежом.

Основная деятельность разработчиков систем управления направлена на контроль износа инструмента или интенсивности его износа в любой текущий момент времени процесса обработки резани-

346

ем. Известно, что износ инструмента вызывает рост температуры, силы резания, увеличение шума и вибраций в зоне резания. Установленная взаимосвязь этих параметров с износом инструмента позволила разработать ряд устройств адаптивного слежения и управления режимами обработки. Например, увеличение силы резания по мере износа инструмента вызывает увеличение мощности резания, что отслеживается системой ЧПУ. Система ЧПУ выдает команду на снижение режимов резания – скорости и подачи на определенную величину. При увеличении силы резания сверх допустимого значения подается мгновенная команда на остановку процесса резания и смену инструмента. Аналогичным образом действуют системы адаптивного управления по величине температуры резания, допустимой величине шума и вибрации в зоне резания.

7.2. Развитие высокоскоростного резания

Одним из развивающихся направлений совершенствования процессов резания является высокоскоростное резание. Высокоскоростным резанием называется резание со скоростями в десятки или сотни раз выше нормативных. Для различных материалов величины этих скоростей значительно отличаются. Для легких цветных сплавов это 1500…3000 м/мин. Для жаропрочных сплавов это 300…400 м/мин. Появление нового метода резания связано с появлением новых скоростных станков и новых марок инструментальных материалов. Физическое обоснование применения высокоскоростного резания заключается в том, что с резким увеличением скорости резания снижается толщина срезаемой стружки, уменьшается работа пластической деформации, снижаются силы резания, все тепло уходит в стружку, а не в деталь. В результате повышается в несколько раз производительность процесса резания и улучшается качество поверхностного слоя. К недостаткам применения высокоскоростного резания можно отнести возможное появление вибраций из-за неуравновешенности вращающихся масс деталей или инструмента. Для устранения этих недостатков высокоскоростного резания при внедрении в производ-

347

ство разработаны более жесткие станки, приспособления и инструменты и предусмотрена балансировка державок вращающегося инструмента.

7.3.Новые принципы резания

вусловиях гибкого производства

На современных многоцелевых обрабатывающих центрах сегодня применяются новые методы резания и новые конструкции инструмента.

Современные многоцелевые обрабатывающие центры (рис. 147) представляют собой гибкие автоматизированные модули. Эти модули содержат в своем составе различные процессы резания. Например, на японских центрах, имеющих два шпинделя на одной оси (рис. 148), имеется возможность обработки детали с двух торцов методами точения, фрезерования, сверления, шлифования, зубонарезания последовательно с одной установки детали. Всем процессом резания управляет система ЧПУ. Поэтому станок может в течение смены обрабатывать деталь по всем поверхностям без вмешательства рабочего. Подключение автоматизированных устройств или роботов к подаче заготовок и смене инструмента создает реальные условия безлюдной технологии. Такой центр может самостоятельно работать непрерывно в течение нескольких суток без перенастройки. Однако

348

здесь необходима постоянная диагностика процесса резания по комплексу показателей – мощности, температуре резания, шуму и вибрации в зоне резания. При отсутствии такой системы диагностики возможно разрушение инструмента и поломка дорогостоящих частей станка.

Сегодня японская станкостроительная компания Mazak входит

втройку лидеров мирового станкостроения, занимает первое место

вЯпонии по производству токарных и обрабатывающих центров. Mazak всегда стремилась идти на несколько лет впереди требований рынка, общепризнанных представлений о возможностях металообрабатывающих станков. Уже сегодня в конструкторских отделах Mazak разрабатываются модели, намеченные к выпуску в 2019 году. Это будет супермногофункциональная машина, объединяющая обычную механообработку, зубообработку, шлифовку, закалку, лазерную обработку и сборку. При этом машина будет ультраскоростной и ультраточной. Это обрабатывающие центры фрезерно-сверлильно-рас- точной группы (ОЦ), токарные центры (ТЦ), машины для лазерной резки и многое другое.

При проектировании оборудования Mazak ориентируется на сегодняшние потребности рынка и на тенденции его изменения в будущем. Отсюда вытекают требования к производству и к оборудованию. Разнообразие требований покупателя, сокращение срока службы изделий, постоянные изменения в мировой экономике привели промышленность к концу эры массового производства. Сегодня необходимо изготавливать все более разнообразные и сложные детали малыми партиями. Стало трудно прогнозировать загрузку производства, обострилась конкуренция по ценам. Все это обусловило следующие требования к оборудованию:

–повышение производительности не на 20…30 % за счет увеличения скорости выполнения операций, а в 5…10 раз за счет кардинального изменения технологий и методов обработки;

–переход от специального оборудования к универсальному. Особо стоит отметить многофункциональные машины серии

Integrex, которые объединяют в себе возможности ОЦ и ТЦ и позво-

349

ляют делать детали самой сложной конфигурации из цельного куска материала без переустановки (рис. 149). Integrex выполняет операции точения, растачивания, фрезерования (до пяти осей), сверления, закалки, шлифовки, зубонарезания и т.д. Заготовка загружается на Integrex один раз, снимается полностью обработанная деталь. При этом возможна обработка из цельного блока материала, соответственно исключается оснастка. Эти станки привели к революции в механообработке, так как они позволяют эффективно изготавливать партию любого размера. Цель оборудования Integrex – прорыв от серийного производства к производству под заказ. Обеспечиваются минимальные сроки от поступления заказа до изготовления детали.

и с вертикальной осью вращения заготовки. Широкий размерный ряд позволяет изготавливать и мелкие, и крупные детали. Есть модели с противошпинделем, а также с дополнительной нижней револьверной головкой.

Рассмотрим пример эффективности Integrex на примере коробчатой детали.

350