Швидкість різання при різних видах механічної обробки (стр. 2 из 5)

Високоміцний чавун з кулеподібним графітом допускає вищу швидкість різання ніж сірий чавун з пластинчастим графітом при однаковій твердості. При цьому, на відміну від сірого чавуну, оброблюваність високоміцного чавуну можна покращити термообробкою (відпалюванням, або високотемпературним відпуском).

Мідні сплави краще піддаються термообробці, ніж сталь, так як вони мають меншу границю міцності і кращу теплопровідність. Оброблюваність сплавів міді покращується із збільшенням вмісту свинцю і погіршується з збільшенням нікелю і марганцю. Мідні сплави можуть різко відрізнятись своїми властивостями. Так швидкість різання бронзи, яка містить кремній і має стираючу здатність, зменшується в 3 рази.

Оброблюваність алюмінієвих сплавів значно краща ніж сталі і швидкість різання може бути в 6-8 більшою. Оброблюваність покращується, якщо додати Cu, Pb, Sn, Mg, Bi, Zn і погіршується домішками кремнію і марганцю. Оброблюваність титанових сплавів гірша ніж конструкційної і вуглецевої сталі. Це пояснюється тим, що вони мають більшу твердість і невисоку пластичність. Поздовжня усадка стружки близька до 1, питомий тиск на передню поверхню високий Оброблюваність пластмас коливається в широких межах залежно від їх властивостей. Допустима швидкість різання при обробці цих матеріалів може бути вищою (текстоліт) і нижчою (фенопласт), ніж при обробці звичаної конструктивної сталі. Теплопровідність пластмас значно менша, ніж у металів, тому в процесі різання більше теплоти іде на нагрівання стружки та інструменту. Температура, що виникає в зоні різання часто спричиняє розм’якшення, а іноді і деформацію деталі. Тому доводиться знижувати швидкість різання.

В залежності від оброблюваності всі сплави на основі металів поділяються на 14 груп. До перших двох груп відносяться магнієві і алюмінієві сплави, які найлегше обробляются. Чавуни відносяться до четвертої групи, вуглецеві сталі – до пятої, а низько і середньо леговані до шостої групи, а до 14 групи відносяться високоміцні сталі, які найважче обробляються. В кожній групі найбільш характерна марка взята за еталон. Для п’ятої і шостої груп – це сталь45, для чавунів – чавун СЧ20. Коефіцієнт оброблюваності для еталонів рівний одиниці. Коефіцієнти для інших матеріалів приведені у довідниках.

2. Опір матеріалів різанню

В процесі різання виникають пружні і пластичні деформації зруйнованого шару (стружки) і верхнього шару обробленої поверхні, а також сили тертя на контактних поверхнях різального інструменту. При вільному різанні, коли в роботі знаходиться одна різальна кромка, сили різання можна розглядати як плоску систему сил, що діють на контактних площадках інструменту і заготовки. Ця система включає 4 складові: Р і Р₁ сили, що деформують матеріал вище (Р) і нижче (Р₁) лінії зрізу і Р_μ і Р_μ1 –сили тертя по передній ізадній поверхнях (рис.16). Проектуємо ці сили на осі y і z .

P_z=Pcosγ+P_μsinγ+P₁sinα+P_μ1cosαiP_y=-Psinγ+P_μcosγ+P₁cosα+P_μ1sinα .

Визначення цих сил складне завдання, особливо при закритому різанні, коли одночасно працюють дві різальні кромки і має місце об’ємний напружений стан.

3. Сили різання при точінні

Сили різання найбільш зручно розглядати на прикладі точіння, або стругання, оскільки вони найбільше вивчені. Основні закономірності цих процесів розповсюджуються на всі види обробки. Рівнодіюча всіх сил R, прикладених до різця з боку оброблюваного матеріалу, називається силою опору матеріалів різанню, або силою різання (рис.17).

На практиці розглядають складові цієї сили, які діють по трьох координатних осях x,y,zR=

. Р_z – тангенціальна складова сили різання, що діє по дотичній до поверхні різання і збігається з напрямом вектора швидкості різання. Р_у- радіальна складова сили різання, що діє перпендикулярно до осі заготовки. Р_х – осьова складова сили різання, що діє паралельно осі обертання заготовки в напрямку протилежному руху подачі. На співвідношення між цими силами і їх значення впливає багато факторів. Так при φ=45⁰,

λ=0 і γ=15⁰ Р_у/Р_z =0,4 –0,5; Р_х/Р_z=0,3-0,4. Сумарна сила

R=

=1,14-1,18P_z.

Тангенціальна складова P_z є найбільшою. За цією силою розраховують потужність різання, міцність елементів різця і деталей приводу головного руху верстата, а також крутний момент на шпинделі.

За силою Р_х розраховують потужність механізму подачі і міцність його деталей.

Сила Р_у відштовхує різець від заготовки і сприяє вібраціям у горизонтальній площині. На її основі розраховують жорсткість кріплення заготовки. Вона сильно впливає на точність і геометричну форму обробленої поверхні.

Потужність різання

N_p=

кВт.

Потужність подачі

N_n=

кВт.

Потужність головного приводу верстата N=

, тут η_верст –коефіцієнт корисної дії механізму приводу верстата, він рівний переважно 0,80-0,85.

Дослідами встановлено, що на сили різання при точінні впливають оброблюваний матеріал, глибина різання (товщина шару металу, що знімається за один прохід)t, подача s, передній кут різця γ, кут в плані φ, радіус при вершині різця, швидкість різання, кут нахилу головної різальної кромки λ, швидкість різання, мастильно-охолоджуючі речовини. Сили різання визначають за емпіричними формулами, одержаними в процесі обробки результатів досліджень: P_z=C_pzt^xpzs^ypzv^nzK_pz; P_x=C_pxt^xpxs^ypxv^nxK_px; P_y=C_pyt^xpys^ypyv^nyK_py, тут С_рz,, С_рх і С_ру – коефіцієнти, що рівні силам P_z,P_x,P_y коли всі інші величини рівні одиниці. Кожна з зазначених вище величин впливає на сили різання по різному. Коефіцієнт К_рвизначається як добуток ряду коефіцієнтів

К_р=К_мрК _φрК_{γ р}К_λрК_hK_rpK_op

1.Глибина різання і подача. Чим більші tіs тим більша площа поперечного перетину стружки і об’єм матеріалу, що деформується, тим більший опір матеріалу процесу стружкоутворення і процес різання відбувається з більшими силами різання. Проте при поздовжньому точінні на силу різання більше впливає глибина різання. Це пояснюється тим, що при збільшенні глибини різання зростає не тільки обсяг деформацій, але і ширина зрізу, сили нормального тиску і тертя як вздовж передньої так і задньої поверхні різця. При більшій подачі зростає обсяг деформацій, але ширина зрізу залишається попередньою, тобто сили нормального тиску і тертя не змінюються. Отже подача менше впливає на сили різання ніж глибина різання. Враховується цей вплив величинами t і sу відповідних степенях x_py_p.

2. Швидкість різання по різному впливає на сили. При v=3-5 м/хв складові сил різання мають менші значення, при збільшенні v до 15-20 м/хв вони збільшуються і при v> 50 м/хв знову зменшується. Ріст сил різання в зоні швидкостей 25-60 м/хв пояснюється зменшенням наростоутворення. При послідуючому збільшенні швидкості різання зменшується коефіцієнт тертя і, відповідно, зменшуються сили різання. В діапазоні v=50-500 м/хв зменшення сил різання можна виразити функцією P_z=Cv^-n.. Показник п залежить від умов роботи і приводиться в довідниках.

3. Оброблюваний матеріал. Фізико-механічні властивості оброблюваного матеріау і його стан багато в чому визначають процес стружкоутворення і супутні йому деформації, а отже і сили опору, які різець і верстат повинні подолати. Чим більні границя міцності σ_в і твердість матеріалу Нв тим більші сили різання. Це враховує коефіцієнт К_мр:

К_мр=

- для сталі; К_мр=

- для сірого чавуну; К_мр=

- для ковкого чавуну. Показники степені п для різних сил різні.

4. Передній кут γ. При збільшенні переднього кута і зменшенні кута різання (δ=90-γ) процес стружкоутворення супроводжується меншими деформаціями, тобто різцю легше врізатись в оброблювану заготовку, разом з тим зменшуються сили тертя по передній поверхні. Все це приводить до зменшення сил різання. Враховується вплив переднього кута коефіцієнтом К_γ.

5.Головний кут в плані φ. При збільшенні головного кута в плані збільшується товщина зрізу а і зменшується його ширина в. Це приводить до зменшення сили Р_я. Із збільшенням кута φ радіальна складова сили різання зменшується, а осьова – росте. При розрахунках P_z,P_eiP_x вплив кута φ враховують поправочним коефіцієнтом К_φ.