56 Основные параметры обрабатываемости

1. Скорость резания, с которой наиболее рационально обрабаты­вается металл: скорость резания V_T, соответствующая заданному периоду стойкости Т при износе инструмента до принятого критерия затупления h_з.

2. 2. Возможность получения необходимой точности обработки при чистовых и отделочных операциях, характеризуемая главным образом интенсивностью размерного износа инструмента, возникающими при резании силами и их изменением по мере затупления инструмента.

3. 3. Возможность получения обработанных поверхностей с минимальной или заданной шероховатостью, степенью и глубиной наклепа и других характеристик качества поверхностного слоя при отделочных опера­циях.

4. 4. Силы, возникающие при резании, и потребная мощность.

5. 5. Характер образования стружки и ее деформация (усадка).

6. 6. Температура резания.

7. 7. Легкость ломания и отвода стружки, определяемые ее деформацией и характером стружкообразования.

К первой группе прежде всего надо отнести «классический» способ. Он заключается в определении зависимостей V = f(T) для различных материалов. Путем измерения износа резца через небольшие промежутки времени, задавшись определенным периодом стойкости Т, можно найти соответствующие ему скорости резания V_T1, V_T2 , … и определить коэффициент обрабатываемости: K_м = V_T1/V_T2.

Во второй группе способов оценки обрабатываемости физическими параметрами процесса резания являются силы резания, уровень темпе­ратур в зоне резания (или термоЭДС), угол сдвига, угол трения, усадка стружки и др.

Методы улучшения обрабатываемости

1. Подбор оптимальных составов технологической среды. Известно что технологическая среда снижает температуру в зоне резания, трение на площадках контакта, охрупчивает металл в зоне пластической дефор­мации и т.д. Правильно подбирая состав технологической среды, можно резко снизить

интенсивность изнашивания и улучшить качество обработанной поверхности.

2. Подвод в зону резания дополнительной энергии. Этот способ широко применяется при резании труднообра­батываемых материалов. В частности, производится их обработка в нагретом состоянии, с наложением электрических и магнитных полей, принудительных колебаний строго определенной частоты и т.д. Вследствие этого изменяется интенсивность изнашивания режущих кромок и период стойкости возрастает в несколько раз.

3. Регулирование микроструктуры за счет подбора режи­мов термической обработки. Для каждой группы материа­лов можно подобрать такой режим термообработки, который обеспечивает получение строго определенной микроструктуры и уровня механических свойств.

4Введение в состав обрабатываемого материала специальных присадок. Известны два механизма действия присадок, способствующих улучшению обрабатываемости. В первом случае снижается коэффициент трения на контактных площадках и интенсивность изнашивания, поскольку присадки образуют в металле твердые смазоч­ные вещества (сульфиды, селениды, сульфоселениды и др.). Во втором – присадки, являясь концентраторами напряжений, способствуют охрупчиванию обрабатывае­мого материала, снижают силы резания и уровень температур.

57 важно правильно назначать геометрию режущего инструмента. Порядок назначения может быть следующий.

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.

58 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.

61. понятие о скоростном и высокоскоростном резании. Преимущества и недостатки применения высокоскоростного резания. Мероприятия по устранению недостатков высокоскоростного резания при внедрении в производство.

Скоростное резание (резание металлов на больших скоростях) - возникло в СССР, к настоящему времени получило теоретическое обоснование и широко применяется на металлорежущих станках.

Сущность: с повышением скорости резания уменьшается степень деформации металла в процессе стружкообразования, что подтверждается, в частности, уменьшением усадки стружки и силы резания при скоростном точении.

Плюсы:

+ уменьш. кол-во теплоты, образующейся в процессе резания в каждой частице т.к. умен. деформации в отдельных частицах стружки.

+ каждая частица стружки при высок. скорости резания соприкасается с передней поверхностью резца в течение меньшего времени, чем при сравнительно низкой скорости.

+ благодаря этому при скоростном точении из каждой отдельной частицы стружки в резец поступает меньше теплоты, чем при низкой скорости резания.

+ умен. кол-во теплоты, переходящей из стружки в обрабат. деталь.

+ обработанная поверхность нагревается незначительно.

+ распределение образовавшейся теплоты благоприятнее, чем при умеренных скоростях

Минусы:

-условия работы режущей кромки резца тяжелее.

-хоть кол-во теплоты из каждой частицы стружки в резец меньше, чем при умеренных скоростях резания, общее кол-во теплоты, которое поступит в резец за одно и то же время его работы, будет больше при высокой скорости резания, чем при низкой.

-резец нагревается значительно больше.

Поэтому развитие скоростного резания обусловило необходимость дальнейшего повышения прочности и стойкости твердосплавных резцов.

Мероприятия:

- улучшение качества твердых сплавов, что и было осуществлено.

- применение отрицательного переднего угла резца, т.к. твердосплавные пластинки с положительными передними углами склонны к выкрашиванию.

Плюсы использования отрицат. переднего угла:

+ напрвление действующей силы Р обусловливает сжатие (рис. 214, а) и обеспечивает более благоприятные условия работы пластинки твердого сплава в сравнении с условиями работы резца с положительным (+ у) передним углом (рис. 214, б);

+вершина резца предохранена от ударов при обтачивании прерывистых поверхностей.

Минусы использования отрицат. переднего угла:

- возрастает сила трения стружки о резец, вследствие чего увел. и потребная мощность. Поэтому при работе на недостаточно Мощных станках приходится умен. скорость резания или подачу.

- возрастает радиальная сила Ру, что приводит к искажению формы обрабатываемой детали (при ее недостаточной жесткости), вибрациям и т. д..

62 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.

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.

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