Элементы режима резания. Элементы режима резания и срезаемого слоя

К элементам режима резания относятся глубина резания, подача и скорость резания.

Глубина резания определяется в основном величиной припуска на обработку. Припуск на обработку выгодно удалять за один проход. Глубина резания оказывает большое влияние на силы резания, поэтому иногда возникает необходимость разделить припуск на несколько проходов. Суммарный припуск разделяется следующим образом: 60%-на черновую обработку, 20-30% - на получистовую и 10-20%-на чистовую.

Для черновой обработки глубину резания принимают t = 3- 5 мм, получистовой - 2-3 мм и чистовой - 0,5-1,0 мм.

Величина подачи ограничивается силами, действующими в процессе резания; эти силы могут привести к поломке режущего инструмента, деформации и искажению формы заготовки, поломке станка. Целесообразно работать с максимально возможной подачей. Обычно подача назначается из таблиц справочников по режимам резания, составленным на основе специальных исследований и изучения опыта работы машиностроительных заводов. После выбора величины подачи из справочников ее корректируют по кинематическим данным станка, на котором будет вестись обработка (берется ближайшая меньшая величина подачи).

Для черновой обработки принимают s = 0,3-1,5 мм/об, для чистовой - 0,1 -0,4 мм/об.

При одинаковой площади поперечного сечения среза нагрузка на резец меньше при работе с меньшей подачей и большей глубиной резания; нагрузка на станок (по мощности), наоборот, меньше при работе с большей подачей и меньшей глубиной резания, так как на силу резания глубина оказывает большее влияние, чем подача.

Скорость резания зависит от конкретных условий обработки, которые влияют на, стойкость инструмента (время работы инструментом от переточки до переточки). Чем большую скорость резания допускает инструмент при одной и той же стойкости, тем выше его режущие свойства, тем более он производителен.

На скорость резания , допускаемую резцом, влияют следующие факторы: стойкость режущего инструмента, физико-механические свойства обрабатываемого металла, подача и глубина резания, геометрические элементы режущей части резца, размеры сечения державки резца, смазочно-охлаждающая жидкость, максимально допустимая величина износа резца.

Стойкость резцов из быстрорежущих сталей уменьшается с увеличением скорости резания. Рациональная скорость резания для этих резцов от 20 до 50 м/мин.

Стойкость резцов, оснащенных пластинками твердых сплавов, находится в более сложной зависимости от скорости резания. Рациональная скорость резания для этих резцов находится в пределах v = 80- 140 м/мин при стойкости T=30-60 мин. Скорость резания уменьшается с увеличением содержания в стали легирующих элементов: хрома, вольфрама, марганца, кремния и др.

Скорость резания уменьшается с увеличением сопротивления резанию, которое приводит к возникновению больших сил, высокой температуры, интенсивному износу режущего инструмента.

С большей скоростью резания обрабатываются автоматные стали, цветные и легкие сплавы. Алюминий обрабатывается со скоростью в 5-6 раз большей, чем скорость обработки углеродистой конструкционной стали.

Подача и глубина резания определяют нагрузку на резец и температуру резания. С увеличением подачи и глубины резания интенсивнее износ резца, что ограничивает скорость резания. Для достижения большей производительности резания выгоднее работать с большими сечениями среза за счет уменьшения скорости резания. Например, при увеличении подачи в 2 раза (с 0,3 до 0,6 мм/об) скорость резания необходимо уменьшить на 20-25%. При удвоении глубины резания скорость резания должна быть уменьшена на 10-15%. На практике скорость резания увеличивают после того, как достигнуты предельные величины по глубине резания и подаче.

Необходимая скорость резания и стойкость инструмента определяются правильным выбором геометрии режущей части резца, необходимо также учитывать обрабатываемость заготовки, режущие свойства материала резца и другие условия обработки.

Чем больше площадь сечения державки быстрорежущего резца, тем допускаются большие скорости резания, так как этим улучшается теплоотвод и повышается жесткость резца.

Для резцов, оснащенных пластинками твердых сплавов, влияние сечения державки незначительно и им можно пренебречь.

При черновом точении сталей быстрорежущими резцами обильное охлаждение смазочно-охлаждающими жидкостями (8-12 л/мин) повышает скорость резания на 20-30%. При чистовом точении интенсивность охлаждения 4-6 л/мин обеспечивает повышение скорости резания на 8-10%.

Для твердосплавного инструмента особенно необходимо постоянное охлаждение, так как в случае прерывистого охлаждения могут образоваться трещины на пластинке и резец выйдет из строя.

Допустимая величина износа резцов определяет выбор величины скорости резания. Увеличение допустимой величины износа резцов по задней поверхности от 0,8 до 1,6 мм позволяет увеличить скорость резания на 30%.

Ориентировочные значения скорости резания для наружного точения по стали и чугуну приведены в табл. 3.

3. Скорости резания для наружного точения, м/мин

Резцы, оснащенные минералокерамическими пластинками, при чистовой и получистовой обработке стальных деталей позволяют повысить скорость резания на 20-30% по сравнению с резцами, оснащенными твердосплавными пластинками марки Т15К6, а при чистовой и получистовой обработке чугунов - на 50% по сравнению с твердосплавными резцами с пластинками марки ВК8.

Под режимом резания подразуме­вается совокупность глубины резания, подачи, скорости резания и стойкости инструмента.

Элементы режима резания уста­навливаются в такой последователь­ности: сначала определяется макси­мально возможная глубина резания (допустимая технологией обработки); по выбранной глубине определяется максимальная величина подачи (допу­стимая технологией обработки); по выбранной глубине и подаче, задав­шись определенным периодом стойко­сти инструмента, находят допустимую скорость резания. Затем производится проверка выбранных элементов режи­ма резания. Подачу контролируют по прочности механизмов станка, ско­ рость - по соответствию мощности резания и мощности станка.

Глубина резания определяется в основном припуском, оставленным на обработку. Если нет ограничений по точности и шероховатости обработки, то весь припуск срезают за один рабо­чий ход. Если технические условия не позволяют производить обработку за один рабочий ход, припуск разбивают на черновые и чистовые рабочие ходы. Черновые рабочие ходы выполняют с максимальной глубиной резания, а на чистовые оставляют минимальный припуск, обеспечивающий изготовле­ние детали с заданной шерохова­тостью и допуском.

Подача. Для повышения произво­дительности труда целесообразно ра­ботать с максимально возможной по­дачей. Величина подачи, как правило, ограничивается крутящим моментом станка, прочностью слабого звена ме­ханизма подачи, жесткостью обраба­тываемой детали, прочностью инстру­мента и требованиями шероховатости обрабатываемой поверхности. Вели­чины подач на практике обычно берут­ся из справочников.

Скорость резания. После определе­ния глубины резания и подачи опреде­ляется скорость резания.

Частота вращения шпинделя п (в об/мин) станка определяется по фор­муле

Расчетная частота вращения кор­ректируется с учетом действительной частоты вращения станка. По дейст­вительной частоте вращения подсчиты­вается действительная скорость реза­ния. Действительная частота враще­ния станка не должна отличаться от расчетной более чем на 5 %.

Проверка выбранных элементов режима резания

Проверка скорости. Проверка ско­рости производится по мощности станка. Может оказаться, что мощно­сти данного станка будет недостаточ­но для того, чтобы вести обработку с выбранными основными элементами режима резания. Расчетная мощность электродвигателя станкаN рез должна быть меньше или, по крайней мере, равна мощности электродвигателя станкаN ст , т. е.N рез N ст .

Если окажется, что мощности стан­ка не хватает, то принятую скорость необходимо уменьшить.

Проверка подачи. При черновой об­работке назначенная подача обяза­тельно проверяется по прочности де­талей механизма подачи станка. Опре­деляется осевая составляющая силы резанияР x при принятой подаче. Она должна быть меньше или, по крайней мере, равна наибольшей силе, допус­каемой прочностью механизма станкаP ст , которая указывается в паспорте станка завода-изготовителя, т. е. Р x Р ст . В случае еслиР x Р ст , необхо­димо подачу уменьшить.

§ 14. Сведения об инструментальных материалах. Требования, предъявляемые к ним

В конце прошлого. и в начале на­шего столетия процессы снятия струж­ки в металлообрабатывающей про­мышленности были на очень низком уровне развития.. Главным инструмен­тальным материалом была углероди­стая сталь, обладающая низкой износостойкостью и недостаточной способ­ностью противостоять тепловым на­грузкам. В процессе резания режущая кромка инструмента, изготовленная из инструментальной стали с содержани­ем углерода 1,2 % и закаленная до твердости 66 HRC, могла противо­стоять температурам 200-250 °С и до­пускать обработку со скоростями ре­зания 10-15 м/мин.

Несколько позднее появились ин­струментальные стали, легированные присадками хрома, вольфрама, мо­либдена, ванадия и др., которые поз­волили работать со скоростями 20- 25 м/мин. Резцы из углеродистых и ле­гированных сталей изготовляются цельными, из одного куска металла.

В первые два десятилетия двадца­того столетия была открыта быстроре­жущая сталь (1906), которая при со­держании в ней вольфрама около 19 % могла работать при температу­ре до 650 °С. Быстрорежущие стали допускают работу при скоростях реза­ния, в 2-3 раза превышающих ско­рости, возможные при использовании инструментов, изготовленных из инст­рументальных углеродистых сталей.

Дальнейшие эксперименты с мате­риалами, имеющими повышенное со­держание кобальта (Со), хрома (Сг) и вольфрама (W), привели к получе­нию сплава из этих металлов - стел­лита (1915) с температурным преде­лом 800 °С.

Эти два новых материала явились большим достижением в области об­работки резанием. Для обточки сталь­ного валика диаметром 100 мм и дли­ной 500 мм резцом из инструментальной стали требовалось 100 мин ма­шинного времени. Быстрорежущая сталь позволила сократить это время До 26 мин, а резцы из стеллита дове­ли его до 15 мин.

В 1920 г. впервые был получен металлокерамический твердый сплав. Этому открытию суждено было сыг­рать самую важную роль в развитии режущего инструмента. В 30-е годы металлокерамические твердые сплавы нашли широкое применение в металло­обработке. Уже первые инструменты из твердых сплавов позволили умень­шить время обработки образцового валика до 6 мин. Сейчас этот инструментальный материал занимает доми­нирующее положение в области реза­ния металлов.

Твердые сплавы сохраняют отно­сительно высокую твердость при на­греве до температуры 800-900 °С и позволяют вести обработку на высо­ких скоростях резания. При соответ­ствующих геометрических параметрах инструмента скорость резания дости­гает 500 м/мин при обработке сталей марки 45 и 2700 м/мин при обработке алюминия. Твердосплавным инстру­ментом можно обрабатывать детали из закаленной (HRC до 67) и труднообрабатываемых сталей.

Твердые сплавы выпускаются в ви­де пластинок, стандартизованных по форме и размерам, и сплошных или пустотелых столбиков. Важным собы­тием в инструментальной промыш­ленности было создание на основе принципа «неперетачиваемости» в се­редине 50-х годов инструментов с поворотными неперетачиваемыми пла­стинками.

При износе одной режущей кромки пластинка не снимается на переточку, а поворачивается, и новая режущая кромка продолжает резание. В 50-е годы появился минералокерамический материал. Его производство очень схо­же с процессом изготовления металлокерамических твердых сплавов. Осно­вой минералокерамических материа­лов является очень часто корунд (окись алюминия Аl 2 О 3). Минералокерамика не нашла, однако, широкого применения. Главной причиной тому является недостаточная прочность.

В 1969-1973 гг. появились пово­ротные пластинки с покрытием, сущ­ность которого заключается в том, что на прочную твердосплавную основу наносится слой износостойкого карби­да. Первые твердосплавные пластин­ки имели слой карбида титана тол­щиной 4-5 мкм. Применение покры­тия увеличило срок службы пластинок примерно на 300 %. Столь сущест­венное улучшение объясняется тем, что наносимый слой действует как диффузионный барьер, имеющий вы­сокую химическую стабильность при повышенных температурах.

В 1976 г. были созданы пластинки с двухслойным покрытием (типа GG015) с использованием окиси алю­миния. Наружный слой толщиной в 1 мкм делается из окиси алюминия, а промежуточный слой толщиной и 6мкм - из карбида титана.

Твердосплавные пластинки с двух­слойным, покрытием этого типа обладают отличными режущими свойствами при высоких, средних и низких режимах резания при обработке стали, чугуна при температурах до 1300 °С.

Особое место среди инструмёнтальных материалов занимают алмазы, яв­ляющиеся самыми твердыми, самыми износостойкими материалами, но хрупкими и самыми дорогими из всех материалов.

В нашей стране на основе кубического нитрида бора (вещества, состоящего из атомов азота и бора) создан новый сверхтвердый; синтетический материал эльбор, обладающий большой твердостью (до 9000 кгс/мм 2) и высокой теплостойкостью (1400 С). Эльбор химически инертен по отношению к углеродсодержащим материалам и более прочен, чем алмаз. Инструмент, изготовленный из эльбора, имеет высокую износостойкость. Эльбор в виде порошка используют для изготовления шлифовальных кругов и дру­гого абразивного инструмента, а эль­бор в виде столбиков - для изготовле­ния резцов.

На рис.19 развитие инструменталь­ных материалов изображено в форме

Рис. 19. Диаграмма развития инструментальных материалов

графика, на котором по оси абсцисс отложены годы, а по оси ординат - время, требовавшееся для обточки од­ного и того же валика в разные годы нынешнего столетия. Как видно из Графика, время обработки образцово­го валика сократилось со 100 мин в начале 1900-х г. до 1 мин в середине 1970."х г.

Требования, предъявляемые к ин­струментальным материалам. Режущие материалы должны удовлетворять следующим основным требованиям:

высокой твердости, значительно превосходящей твердость обрабатываемого металла;

высокой механической прочности - режущая поверхность инструмента должна выдерживать большое давление, без хрупкого разрушения и заметного пластичного деформирования;

высокой теплостойкости - материал должен сохранять при нагре­ве твердость, достаточную для осуществления процесса резания;

высокой износоустойчиво­сти - способности материала работать продолжительное время при вы­сокой температуре.

Для изготовления инструмента применяют следующие группы материалов, в различной степени (в разных условиях) удовлетворяющие этим требованиям: 1) инструментальные углеродистые стали; 2) инструментальные легированные стали; 3) быстрорежу­щие стали; 4) металлокерамические твердые сплавы; 5) минералокерамические материалы; 6) алмазы; 7) аб­разивные материалы; 8) конструк­ционные стали.

В табл. 2 приведены свойства ос­новных инструментальных материалов, а на диаграмме (рис. 20) - твер­дость их в зависимости от температу­ры резания.

Инструментальные углеродистые стали . Для изготовления режущих ин­струментов применяются углеродистые стали марок: У7, У8, ..., У13, У7А, У8А, ..., У13А. Буква У указывает, что сталь углеродистая; цифры-среднее содержание в процентах углерода;

2. Свойства основных инструментальных материалов

Инструментальный материал	материал	Твердость, HRA	Предел прочности на изгиб, Н/м 10 7	Предел прочности на сжатие Н/м 10 7	Теплопроводность, Вт/м*К	Теплостойкость. град	Коэффициент относительной допустимой скорости резания
Углеродистая сталь
Быстрорежу­щая сталь
Твердый сплав
Минералокерамика

Рис. 20. Зависимость твердости инструмен­тальных материалов от температуры

буква А показывает, что сталь повы­шенного качества с минимальным (не­большим) содержанием вредных при­месей. Марки и их состав даны в ГОСТ 1435-54.

Инструмент, изготовленный из уг­леродистой стали, позволяет вести об­работку при скоростях резания 10- 15 м/мин и при температурах резания 200-250°С.

Из углеродистых сталей изготовля­ют слесарные и режущие инструмен­ты, работающие на низких скоростях. Из стали У9А изготовляют зубила, из стали У13 - шаберы, напильники. Учитывая, что углеродистая сталь хо­рошо шлифуется, сталь У12А применя­ют для изготовления метчиков, необ­ходимых, для обработки точных резьб с мелким шагом.

Легированные инструментальные стали. Легированные инструменталь­ные стали отличаются от углеродистых наличием в них легирующих элемен­тов - хрома, вольфрама, молибдена, ванадия, марганца, кремния. Стали с такими добавками называются леги­рованными инструментальными сталя­ми. Легированные стали выдерживают температуру нагрева 250-300°С и дают возможность работать со скоростью резания 20-25 м/мин. Наибольшее распространение получили марки ХВ5, ХВГ, 9ХС, ХГ. Из стали ХВ5 изготовляются развертки и фасонные резцы. Из стали ХВГ изготовляются протяжки крупных размеров Сталь 9ХС отличается высокой карбидной однородностью. Из нее изготовляются инструменты с тонкими режущими элементами - сверла, раз вертки, метчики, плашки, концевые фрезы небольших диаметров. Химический состав легированных сталей группы и марки даны в ГОСТ 5950- 63.

Быстрорежущие стали. Быстрорежущие инструментальные стали отличаются от легированных большим со держанием в них вольфрама, ванадия хрома, молибдена. Быстрорежущие стали обладают более высокой твердостью, прочностью, износостойкость и теплостойкостью. Они не теряют своих режущих свойств при температур 550-600 °С и позволяют работать со скоростью резания в 2,5-3 раза выше, чем инструменты, изготовленные из углеродистых сталей, и в 1,5 раз, выше, чем инструменты, изготовленные из легированных сталей. Быстро режущие стали подразделяются н, стали нормальной производительности (Р18, Р9 и др.) и стали повышенной производительности (Р18Ф2К5, Р9Ф2К5 и др.). Наибольшее распространение получили стали Р9 и Р18. Твердость этих сталей - HRC 62-64 Быстрорежущие стали нормальной производительности позволяют работать со скоростью резания до 60 м/мин, а повышенной производительности - до 100 м/мин. Из быстрорежущих сталей изготовляются инструменты мно­гих наименований: резцы, сверла, зен­керы, развертки, цилиндрические фрезы, червячные фрезы, долбяки, протяжки и др.

Твердые сплавы. Для изготовления режущей части инструмента применя­ют металлокерамические твердые сплавы. Металлокерамические спла­вы получают спеканием порошков карбидов тугоплавких металлов: вольфрама, титана, тантала и связываю­щего их кобальта. Твердые сплавы об­ладают высокой теплостойкостью (до 1000°С) и износостойкостью. Они поз­воляют работать со скоростями реза­ния в 3-4 раза большими по сравне­нию с инструментами из быстрорежу­щей стали. Твердые сплавы выпуска­ются в виде пластинок определенной формы и стандартных размеров (ГОСТ 2209-69).

Область применения твердых сплавов указана в ГОСТ 3882-74. Из твердых сплавов изготовляются рез­цы различных типов, сверла, зенкеры, развертки, торцовые фрезы, червяч­ные фрезы, метчики и др.

Минералокерамические материалы. Для изготовления режущей части ин­струмента применяют минералокерамические материалы (микролит, терликорунд). Микролит, так же как и твердые сплавы, получают спеканием. Пластинки минеральной керамики об­ладают высокой твердостью (HRA=91-93), высокой теплостойкостью (до 1200 °С) и износостойкостью. Не­достатками керамических материалов являются хрупкость и пониженная прочность. Наиболее высокими режу­щими свойствами обладает материал марки ЦН-332.

Керамические материалы применя­ют главным образом при получистовом и чистовом точении и при чистовом и тонком фрезеровании торцовыми фре­зами с неперетачиваемыми пластин­ками.

Алмаз . Алмаз является самым твердым из всех инструментальных материалов. Твердость алмаза в 7 раз превосходит твердость карбида вольф­рама и в 3,5 раза - карбида титана. Алмаз обладает высокой теплопровод­ностью и высокой износостойкостью. Недостатками алмаза являются хруп­кость, низкая критическая температу­ра (700-750 °С) и дороговизна.

Алмазы бывают естественные и синтетические. В природе алмазы встречаются в виде кристаллов и сросшихся кристаллических зерен и кристалликов. Искусственные (синтетические) алмазы получают из обыч­ного графита воздействием на него вы­соких температур и давления. Синтетические алмазы типа «Карбонадо», «Баллас» выпускаются в виде кристал­лов и порошков. Шлифовальные круги из синтетических алмазов применяются для заточки и доводки твердосплав­ных режущих инструментов.

Алмазом оснащаются резцы, тор­цовые фрезы и перовые сверла. В ре­жущих инструментах применяются кристаллы массой от 931 до 0,75 кара­та (1 карат равен 0,2 г).

Кубический нитрид бора. Отечест­венная промышленность выпускает синтетические материалы того же на­значения, что и искусственные алмазы. К ним относится в первую очередь кубический нитрид бора. Он представ­ляет собой химическое соединение бо­ра и азота. Технология его изготовле­ния аналогична с производством син­тетических алмазов. Исходным мате­риалом является нитрид бора, свойст­ва которого сходны со свойствами гра­фита. Промышленные марки кубичес­кого нитрида бора «эльбор Р», «компо­зит», «кубинит» обладают высокой твердостью, высокой теплоемкостью и высокой износостойкостью.

Марки типа «эльбор Р» обладают свойствами, значительно превосходя­щими минеральную керамику и твер­дые сплавы. Резцы из эльбора приме­няют для тонкого чистового точения закаленных сталей (с твердостью HRC45-60), хромоникелевых чугунов. Торцовые фрезы из эльбора поз­воляют производить чистовое фрезеро­вание закаленных сталей и получать шероховатость поверхности доRa 1,25 мкм.

В последнее время освоено произ­водство крупных поликристаллических образований нитрида бора с диамет­ром 3-4 мм и длиной 5-6 мм, обла­дающих высокой прочностью. Осна­щение такими поликристаллами рез­цов и торцовых фрез позволяет обра­батывать закаленные стали с твер­достью HRC до 50 и высокопрочных чугунов с параметрами шероховато­сти до Ra 0,50 мкм.

Конструкционные стали. Для изго­товления державок, корпусов хвостови­ков и деталей для клеймения состав­ного инструмента применяют конструк­ционные стали: Ст5» Стб, стали 40, 45, 50 и др.

Высокое качество изготавливаемой детали и её низкую стоимость, выполняют расчет режима резания. Из данной статье вы узнаете, как правильно его рассчитывать и какие данные использовать при вычислениях.

Что такое режим резания

Чаще всего под этим термином имеют в виду вычисление глубины, подачи и скорости резания. Это основные параметры, без которых выточить деталь невозможно. Кроме того, также в расчет могут входить припуски на обработку, частота вращения шпинделя, масса заготовки и другие элементы обработки, которые оказывают влияние на условия протекания процесса точения.

Рассчитать режим резания можно несколькими способами. Первый и самый точный - это аналитический, и он предполагает собой использование эмпирических формул. Второй способ - табличный. Для его осуществления требуется изучение и анализ большого количества информации из различных справочников. Кроме того, для расчета режимов резания также могут быть использованы различные программы. Они значительно упрощают вычисление. Для этого требуется только ввести все известные параметры, и программа сама выполнит расчет.

Для чего необходимо выполнять расчет

Технологический маршрут обработки детали или поверхности включает в себя наименования необходимых операций и состоит из переходов. Для каждого из них необходимо рассчитать режим резания, определить оборудование, на котором будет производиться обработка, выбрать режущий инструмент, сделать чертеж и назначить необходимые размеры. Это необходимо для того, чтобы минимизировать затраты на производство и получить качественную деталь. Так, не выполнив расчет режима резания при точении, можно как сломать режущий инструмент, так и повредить деталь. Все это принесет убытки компании или предприятию, где выполнялась обработка. Выполнив расчет глубины, скорости резания и подачи, токарь с легкостью сможет выполнить свою работу.

Режущий инструмент при токарной обработке

Токарная работа выполняется на токарных станках при помощи резцов. Их существует огромное множество. Они классифицируются по виду обработки, по материалу, по виду конструкции. Отрезной резец - один из самых популярных. Из названия становится понятным, что он предназначен для отрезания торцов под прямым углом. Еще один наиболее популярный - расточной. Он предназначен для растачивания отверстий. Глубина резания для такого резца равна величине отгиба его рабочей части. Выбор режущего инструмента, прежде всего, зависит от требуемой операции и материала заготовки. Так, например, для чугунных изделий рекомендуется выбирать вольфрамовые резцы (ВК6М,ВК2, ВК3), для ковочных и жаропрочных сталей - титано-тантало-вольфрамовые (ТТ20К9, ТТ8К6, Т14К8). Чаще всего для обработки обычной стали используют инструмент из быстрорежущей стали (Р18,Р9) и с добавлением легирующих элементов (Р18К5Ф2, Р6МЗ, Р18Ф2). Кроме того, возможно применение резцов из углеродистой стали (У10А и У12А), однако следует учитывать, что при нагревании этого материала выше 200 °С он теряет стойкость и становится непригодным для дальнейшей работы. Режимы резания при обработке поверхностей обязательно учитывают режущий инструмент и его материал.

С чего начать

Прежде чем приступить к расчету режимов резания, необходимо выбрать режущий инструмент и определить, из какого материала выполнена его режущая часть и сама заготовка. Так, для хрупких металлов выбирают наименьшие значения. Кроме того, нужно знать, что при точении деталь нагревается и если скорость резания будет слишком высокая, из-за повышения температуры может деформироваться сама деталь. Далее, определяют вид обработки (черновая, чистовая). Для этих двух операций режим резания существенно отличается. Для чистовой обработки выбирают наименьшие допустимые значения, для получения необходимого класса точности. В зависимости от толщины срезаемого слоя также выбирают и количество проходов, за которые будет обработана поверхность.

Глубина

Одним из важных элементов режима резания является толщина срезаемого слоя за один проход - глубина. Если выполняется подрезание торца, то за глубину необходимо принимать всю снимаемую поверхность - её диаметр. Как уже было сказано ранее, немаловажным является и количество проходов. Они рассчитываются в зависимости от припусков на обработку. При этом около 60 % уходит на черновую обработку, 20-30 % - на получистовую и на чистовую (последний проход) - 10-20 %. Для цилиндрических поверхностей глубина резания t завит от диаметров детали. Так, расчет выполняют по формуле t = (D - d) / 2. Для плоских деталей, в расчете вместо диаметра используют длину. Для черновой обработки глубина принимается больше 2 мм, при получистовом - 1-2 мм, а при чистовом 0,3-1 мм. В целом, конечно же, этот параметр зависит от необходимого качества получаемой поверхности. Чем меньший класс точности необходим, тем меньшая должна быть глубина резания и тем больше будет проходов.

Подача

Величина перемещения резца за один оборот заготовки именуется подачей. При черновом точении этот параметр выбирается максимально допустимым. При чистовой обработке величина подачи будет зависеть от требуемого квалитета шероховатости. Конечно же, подача зависит и от глубины резания и размера детали. Чем меньше деталь, тем меньшее число необходимо выбрать. Что же касается срезаемого слоя, то чем он больше, тем подача меньше. Для удобства существуют специальные таблицы. В них можно увидеть зависимость величины этого значения от других параметров. Кроме уже вышеописанных элементов, иногда требуется знать размер державки резца, так он также влияет на величину подачи. При выборе этого параметра существуют и определенные исключения. Так, при токарных режимах резания с ударными нагрузками, значение из таблицы необходимо умножить на коэффициент 0,85. А если обрабатывается жаропрочная сталь, то подача не должна превышать 1 мм/об.

Скорость резания

Еще один важный элемент режимов резания - это скорость. В первую очередь она зависит от выполняемой операции. Например, отрезание торца можно производить на достаточно высокой скорости. Режимы резания при сверлении и точении весьма отличаются. По этой причине перед выполнением расчета необходимо точно знать название слесарной операции, используемый инструмент и материал заготовки. При токарной обработке для вычисления скорости диаметр детали умножают на количество её оборотов в минуту и на π. Полученное число делят на 1000. Как уже говорилось ранее, используя табличный метод можно не выполняя расчет подобрать скорость резания.

Проверка режима резания

После того как подача, глубина и скорость резания назначены, их необходимо проверить. Полученные значения не должны превышать те, которые записаны в паспорте станка. В противном случае при точении может быть поврежден не только режущий инструмент, но и сам станок.

Первый и самый важный показатель, который необходимо проверить, - это мощность двигателя станка и её необходимо вычислить по формуле: P x V / 1000, где Р - это сила резания, а V - уже рассчитанная действительная скорость резания. Теперь полученную мощность необходимо сравнить с допустимой по паспорту станка. Если она не превышает это значение, значит, расчет выполнен верно. Можно приступать к обработке. Если же расчетная мощность больше паспортной, то необходимо корректировать скорость резания, подачу и глубину.

На предприятиях, в составе которых есть подразделения, занимающиеся поверхностной обработкой заготовок, на основе нормативных документов составляются специальные карты, которыми руководствуется оператор при изготовлении той или иной детали. Хотя в некоторых случаях (к примеру, новое оборудование, инструмент) нюансы технологических операций фрезеровщику приходится определять самостоятельно. Если маломощный станок эксплуатируется в домашних условиях, тем более, никаких официальных подсказок под рукой, как правило, нет.

Эта статья поможет не только понять, на основе чего производится расчет режима резания при фрезеровании и выбор соответствующего инструмента, но и дает практические рекомендации, которые достаточны для обработки деталей на бытовом уровне.

Тем, кто по большей степени связан с металлами, для более детального ознакомления с нюансами фрезерования стоит обратиться к учебнику «Металлорежущие станки» – 2003 года, Черпаков Б.И., Альперович Т.А. Порядок расчета режимов резания также хорошо изложен в различных пособиях. Например, в методических рекомендациях от 2000 года (МГАУ – Колокатов А.М., Баграмов Л.Г.).

Особенность фрезерования в том, что режущие кромки вступают в прямой контакт с материалом лишь периодически. Как следствие – вибрации, ударные нагрузки и повышенный износ фрез. Наиболее эффективным режимом считается такой, при котором оптимально сочетаются следующие параметры – глубина, подача и скорость резания без ухудшения точности и качества обработки. Именно это позволяет существенно снизить стоимость технологической операции и повысить производительность.

Предусмотреть буквально все нюансы фрезерования невозможно. Заготовки, подлежащие обработке, отличаются структурой, габаритами и формой; режущие инструменты – своей геометрией, конструктивным исполнением, наличием/отсутствием защитного слоя и тому подобное. Все, что изложено по режимам резания далее, следует рассматривать всего лишь как некий ориентир. Для уточнения конкретных параметров фрезерования следует пользоваться специальными таблицами и справочными данными.

Выбор инструмента

Главным образом это относится к его диаметру. В чем особенность подбора фрезы () по этому параметру?

• Повышение диаметра автоматически приводит к увеличению стоимости инструмента.
• Взаимозависимость двух показателей – если подача возрастает, то скорость резания падает, так как она ограничивается структурой обрабатываемой детали (см. ниже).

Оптимальным считается такой диаметр фрезы, при котором его величина соответствует (или немного больше) требуемой глубине резания. В некоторых случаях за 1 проход можно выбрать стружку и более толстую, но это относится лишь к материалам, характеризующимся невысокой плотностью. Например, пенопласт или некоторые породы древесины.

Скорость резания

В зависимости от материала образца можно ориентироваться на следующие показатели (м/мин):

• древесина, термопласты – 300 – 500;
• ПВХ – 100 – 250;
• нержавейка – 45 – 95;
• бронза – 90 – 150;
• латунь – 130 – 320;
• бакелит – 40 – 110;
• алюминий и его сплавы – 200 – 420.

Частота вращения фрезы

Простейшая формула выглядит так:

N (число оборотов) = 1000 Vc (желаемая скорость реза) / π D (диаметр фрезы).

Гонять шпиндель на максимальных оборотах с точки зрения безопасности не следует. Значит, только за счет этого скорость резания уменьшится примерно на 10 – 15%. Частично компенсировать эту «потерю» можно установкой фрезы большего диаметра. Этим скорость несколько повышается. Если подходящей под рукой нет, придется решать – тратить деньги на новый инструмент или довольствоваться теми возможностями, которые имеются у фрезерного станка. Опять-таки, все это проверяется лишь практикой работы на конкретном оборудовании, но общий смысл рекомендации понятен.

Подача

На этот параметре фрезерования следует обратить пристальное внимание!

Долговечность фрезы и качество обработки заготовки зависят от того, какой толщины слой снимается за одну проходку, то есть при каждом обороте шпинделя. В этом случае говорят о подаче на 1 (2,3) зуба, в зависимости от разновидности инструмента (фреза одно- , двух- или трехзаходная).

Рекомендуемые значения подачи «на зуб» указываются производителем инструмента. Фрезеровщик по этому пункту режима резания сталкивается с трудностями, если работает с фрезами «made in China» или какого-то сомнительного (неизвестного) происхождения. В большинстве случаев можно ориентироваться на диапазон подачи (мм) 0,1 – 0,25. Такой режим подходит практически для всех распространенных материалов, подвергающихся обработке фрезерованием. В процессе реза станет понятно, достаточно или несколько «прибавить» (но не раньше, чем после 1-го захода). А вот менее 0,1 пробовать не стоит, разве только при выполнении ювелирной работы с помощью микрофрез.

Начинать фрезерование следует с минимальной подачи – 0,1. В процессе станет понятно, насколько податлив обрабатываемый материал перед конкретной фрезой. Это исключит вероятность слома режущей кромки (зуба) и позволит поставить возможностям станка и инструмента точный «диагноз», особенно если это «чужое» оборудование.

• Превышение значения оптимальной подачи чревато повышением температуры в рабочей области, образованием толстой стружки и быстрой поломкой фрезы. Для инструмента диаметром свыше 3 мм начинать следует с 0,15, не более
• Если скорость фрезерования детали повысить за счет оптимального использования возможностей оборудования не получается, можно попробовать установить фрезу двухзаходную.
• При выборе инструмента нужно учитывать, что увеличение длины режущей части приводит к снижению подачи и увеличению вибраций.
• Не следует стремиться повысить скорость обработки за счет замены фрезы на аналогичную, но с большим количеством зубьев. Стружка от такого инструмента отводится хуже, поэтому часто приводит к тому, что качество фрезерования резко снижается. В некоторых случаях, при полной забивке канавок, фреза начинает работать «вхолостую». Толку от такой замены никакого.

Вывод

Качественного фрезерования можно добиться только опытным путем. Конкретные станок + инструмент + практический опыт, навыки. Поэтому не стоит слепо доверять даже табличным данным. Например, в них не учитывается степень износа фрезы, с которой предстоит работать. Не нужно бояться экспериментировать, но начинать всегда следует с минимального значения параметров. Когда мастер «почувствует» и станок, и фрезу, и обрабатываемый материал, он сам определит, в каком режиме стоит работать.

Одним из многофункциональных способов обработки металлов является точение. С его помощью осуществляется черновая и в процессе изготовления или ремонта деталей. и эффективная качественная работа достигается путем рационального подбора режимов резания.

Особенности процесса

Токарная отделка осуществляется на специальных станках с помощью резцов. Главные движения выполняются шпинделем, который обеспечивает вращение закрепленного на нем объекта. Движения подачи совершаются инструментом, который закреплен в суппорте.

К основным видам характерных работ относятся: торцевое и фасонное обтачивание, растачивание, обработка углублений и канавок, подрезание и отрезание, оформление резьбы. Каждый из них сопровождается производительными движениями соответствующего инвентаря: проходных и упорных, фасонных, растачивающих, подрезных, отрезных и резьбовых резцов. Разнообразный типаж станков позволяет обрабатывать мелкие и очень крупные объекты, внутренние и внешние поверхности, плоские и объемные заготовки.

Основные элементы режимов

Режим резания при токарной обработке - это комплекс параметров работы металлорежущего станка, направленный на достижение оптимальных результатов. К ним относятся следующие элементы: глубина, подача, частота и скорость вращения шпинделя.

Глубина - это толщина металла, снимаемая резцом за один проход (t, мм). Зависит от заданных показателей чистоты и соответствующей шероховатости. При черновом точении t = 0,5-2 мм, при чистовом - t = 0,1-0,5 мм.

Подача - расстояние перемещения инструмента в продольном, поперечном или прямолинейном направлении относительно одного оборота обрабатываемой детали (S, мм/об). Важными параметрами для ее определения являются геометрические и качественные характеристики

Частота вращения шпинделя - количество оборотов главной оси, к которой крепится заготовка, осуществляемое за период времени (n, об/с).

Скорость - ширина прохода за одну секунду с соответствием заданной глубины и качества, обеспеченная частотой (v, м/с).

Сила точения - показатель расходуемой мощности (P, Н).

Частота, скорость и сила - важнейшие взаимосвязанные элементы режима резания при токарной обработке, которые задают и оптимизационные показатели отделки конкретного объекта, и темп работы всего станка.

Исходные данные

С точки зрения системного подхода процесс точения можно рассматривать как слаженное функционирование элементов сложной системы. К ним относятся: инструмент, заготовка, человеческий фактор. Таким образом, на эффективность этой системы влияет перечень факторов. Каждый из них учитывается тогда, когда необходимо рассчитать режим резания при токарной обработке:

• Параметрические характеристики оборудования, его мощность, тип регулирования вращения шпинделя (ступенчатое или бесступенчатое).
• Способ крепления заготовки (с помощью планшайбы, планшайбы и люнета, двух люнетов).
• Физические и механические свойства обрабатываемого металла. Учитывается его теплопроводность, твердость и прочность, тип производимой стружки и характер ее поведения относительно инвентаря.
• Геометрические и механические особенности резца: размеры углов, державки, радиус при вершине, размер, тип и материал режущей кромки с соответствующей теплопроводностью и теплоемкостью, ударной вязкостью, твердостью, прочностью.
• Заданные параметры поверхности, в том числе ее шероховатость и качество.

Если все характеристики системы учтены и рационально просчитаны, становится возможным достижение максимальной эффективности ее работы.

Критерии эффективности точения

Детали, изготавливаемые с помощью токарной отделки, являются чаще всего составляющими ответственных механизмов. Требования выполняются с учетом трех основных критериев. Наиболее важным является максимальное выполнение каждого из них.

• Соответствие материалов резца и обтачиваемого объекта.
• Оптимизация между собой подачи, скорости и глубины, максимальная производительность и качество отделки: минимальная шероховатость, точность форм, отсутствие дефектов.
• Минимальные затраты ресурсов.

Порядок расчета режима резания при токарной обработке осуществляется с высокой точностью. Для этого существует несколько различных систем.

Способы вычисления

Как уже было сказано, режим резания при токарной обработке требует учета большого количества разных факторов и параметров. В процессе развития технологии многочисленные ученые умы разработали несколько комплексов, направленных на вычисление оптимальных элементов режимов резания для различных условий:

• Математический. Подразумевает точный расчет по существующим эмпирическим формулам.
• Графоаналитический. Совмещение математического и графического методов.
• Табличный. Выбор значений, соответствующих заданным условиям работы, в специальных комплексных таблицах.
• Машинный. Использование программного обеспечения.

Наиболее подходящий выбирается исполнителем в зависимости от поставленных задач и массовости производственного процесса.

Математический метод

Аналитически вычисляются Формулы существуют более и менее сложные. Выбор системы определяется особенностями и требуемой точностью результатов просчетов и самой технологии.

Глубина рассчитывается как разность толщины заготовки до (D) и после (d) обработки. Для продольных работ: t = (D - d) : 2; а для поперечных: t = D - d.

Допустимая подача определяется поэтапно:

• цифры, которые обеспечивают необходимое качество поверхности, S шер;
• подача с учетом характеристик инструмента, S р;
• значение параметра, учитывающее особенности закрепления детали, S дет.

Каждое число вычисляется по соответствующим формулам. В качестве фактической подачи выбирают наименьшую из полученных S. Также существует обобщающая формула, учитывающая геометрию резца, заданные требования к глубине и качеству точения.

• S = (C s *R y *r u) : (t x *φ z2), мм/об;
• где C s - параметрическая характеристика материала;
• R y - заданная шероховатость, мкм;
• r u - радиус при вершине токарного инструмента, мм;
• t x - глубина точения, мм;
• φ z - угол при вершине резца.

Скоростные параметры вращения шпинделя считаются по различным зависимостям. Одна из фундаментальных:

v = (C v *K v) : (T m *t x *S y), м/мин, где

• C v - комплексный коэффициент, обобщающий материал детали, резца, условия процесса;
• K v - дополнительный коэффициент, характеризующий особенности точения;
• T m - стойкость инструмента, мин;
• t x - глубина резания, мм;
• S y - подача, мм/об.

При упрощенных условиях и с целью доступности расчетов, скорость токарной обработки заготовки можно определить:

V = (π*D*n) : 1000, м/мин, где

• n - частота вращения шпинделя станка, об/мин.

Используемая мощность оборудования:

N = (P*v) : (60*100), кВт, где

• где P - сила резания, Н;
• v - скорость, м/мин.

Приведенная методика является очень трудоемкой. Существует большое разнообразие формул различной сложности. Чаще всего сложно правильно подобрать нужные, чтобы произвести расчет режимов резания при токарной обработке. Пример наиболее универсальных из них приведен тут.

Табличный метод

Суть этого варианта состоит в том, что показатели элементов находятся в нормативных таблицах в соответствии с исходными данными. Существует перечень справочников, в которых приведены значения подач в зависимости от параметрических характеристик инструмента и заготовки, геометрии резца, заданных показателей качества поверхности. Есть отдельные нормативы, вмещающие в себе предельно допустимые ограничения для различных материалов. Отправные коэффициенты, необходимые для расчета скоростей, также содержатся в специальных таблицах.

Такая методика используется обособленно или одновременно с аналитической. Она удобна и точна в применении для несложного серийного производства деталей, в индивидуальных мастерских и в домашних условиях. Она позволяет оперировать цифровыми значениями, используя минимум усилий и исходных показателей.

Графоаналитический и машинный методы

Графический способ является вспомогательным и основан на математических расчетах. Вычисленные результаты подач наносятся на график, где расчерчивают линии станка и резца и по ним определяют дополнительные элементы. Этот метод - очень сложная комплексная процедура, которая является неудобной для серийного производства.

Машинный способ - точный и доступный вариант для опытного и начинающего токаря, разработанный для того, чтобы вычислять режимы резания при токарной обработке. Программа предоставляет наиболее точные значения в соответствии с заданными исходными данными. Они обязательно должны включать:

• Коэффициенты, характеризующие материал обрабатываемой детали.
• Показатели, соответствующие особенностям инструментального металла.
• Геометрические параметры токарных резцов.
• Числовое описание станка и способов закрепления заготовки на нем.
• Параметрические свойства обрабатываемого объекта.

Сложности могут возникать на этапе числового описания исходных данных. Правильно задав их, можно быстро получить комплексный и точный расчет режимов резания при токарной обработке. Программа может содержать неточности работы, однако они менее значительны, чем при ручном математическом варианте.

Режим резания при токарной обработке - важная расчетная характеристика, определяющая ее результаты. Одновременно с элементами выбираются инструменты и охлаждающе-смазывающие вещества. Полный рациональный подбор этого комплекса - показатель опытности специалиста или его упорности.