Швидкість різання при різних видах механічної обробки (стр. 1 из 5)

Швидкість різання при різних видах механічної обробки

1. Загальні положення

Швидкість різання – це один з основних факторів, які визначають продуктивність обробки. Із збільшенням швидкості різання росте продуктивність обробки, але швидше спрацьовується інструмент і ростуть зв’язані з цим затрати. Тому в кожному конкретному випадку треба вибирати допустиму швидкість різання, при якій забезпечується найвища продуктивність при найнижчій собівартості виробів.

Швидкість різання обмежують властивості інструментального матеріалу. На швидкість різання, яку допускає інструмент, впливають матеріал різальної частини інструменту, вид обробки, оброблюваний матеріал, подача і глибина різання, геометричні параметри різальної частини інструменту, мастильно-охолоджуючі речовини. Швидкість різання визначається при поздовжньому точінні по залежності

, а при фасонному точінні і відрізанніv=

. В цих залежностях C_v– коефіцієнт, що враховує умови різання і властивості оброблюваного матеріалу, а Т – період стійкості різального інструменту в хв. Його необхідно вибирати так, щоб собівартість виконуваної ними операції була мінімальною. Тому для дорогих інструментів період стійкості повинен бути більшим, так як часті переточування призводять до швидкої втрати інструменту, знижують його продуктивність і збільшують собівартість обробки. Рекомендовані періоди стійкості для різних інструментів приведено в довідниках. Відносна стійкість характеризується показником степені т, який залежить від інструментального матеріалу і характеру спрацювання інструменту. Для швидкорізальних сталей т=0,1-0,125; для твердих сплавів т=0,2-0,25; для мінералокераміки т=0,5.

Чим більша глибина різання і подача тим менша швидкість різання, цей вплив залежить від показників степенів x_viy_v.Ці показники менші 1 і x_v<y_v. Та при точінні конструкційної сталі твердосплавними різцями з s>0,3 мм/об x_v=0,15ay_v=0,25. Тому при розрахунках режимів обробки бажано встановлювати максимальні значення глибини різання (виходячи з припуску на обробку) і менші подачі.

Вплив всіх інших факторів враховує коефіцієнт

К_v=K_mvK_nvK_ivK_φvK_φ1K_gvK_rvK_ov

K_mv враховує вплив на швидкість різання властивостей оброблюваного матеріалу. Чим більше оброблюваний матеріал містить легуючих елементів, тим більша його твердість і міцність, тим більше теплоти виділяється в процесі різання, тим менша швидкість різання. Тугоплавкі домішки зменшують теплопровідність сталі, погіршують відведення тепла з зони різання і зумовлюють інтенсивне нагрівання і спрацювання інструменту. Тому з збільшенням кількості вуглецю і легуючих елементів допустима швидкість різання зменшується. Це враховує поправочний коефіцієнт К_mv. Для сталі

, тут К_Г – коефіцієнт, що характеризує групу сталі по оброблюваності. Для сірого чавуну К_mv=

,а для ковкого- К_mv=

. Окалина чи ливарна кірка на поверхні заготовки також зменшують швидкість різання, Це враховує поправочний коефіцієнт K_nv.

Спрацювання інструменту залежить від твердості, міцності, стійкості проти спрацювання, теплостійкості і опірної адгезії його різальної частини. Чим вищі ці параметри, тим більшу швидкість різання допускає інструмент при тому ж періоді стійкості. Це враховує коефіцієнт K_iv.

Значний вплив на швидкість різання мають геометричні параметри різальної частини інструменту. Із збільшенням переднього кута γ зменшуються деформації оброблюваного матеріалу, сили різання і, відповідно, зменшується спрацювання різця. Все це так до деякого оптимального значення γ, яке відповідає певним оброблюваним і інструментальним матеріалам. Якщо дальше збільшувати передній кут, то погіршується тепловідведення внаслідок зменшення площі поперечного перетину різальної частини інструменту, тому треба зменшити швидкість різання. Вплив переднього кута на швидкість різання враховує поправочний коефіцієнт К_γv/

Задній кут α впливає на швидкість різання аналогічно, як і γ. Із збільшенням

α до певних границь (≈6⁰) швидкість різання можна збільшувати оскільки зменшується тертя по задній поверхні різця. При дальшому збільшенні α починає руйнуватись різальна кромка через зменшення кута загострення β. Вплив кута α на швидкість різання враховує коефіцієнт К_αv.

На швидкість різання значно впливає головний кут в плані φ. З зменшенням кута φзбільшується ширина зрізу і зменшується його товщина, що покращується тепловідведення і зменшується навантаження на одиницю довжини робочої частини леза. Тому різці з малим головним кутом в плані допускають більшу швидкість різання. Враховується цей вплив коефіцієнтом К_φv. Допоміжний кут в плані φ₁впливає на швидкість різання майже так само, як φ. Цей вплив враховує коефіцієнт К_φ1.

Додатне значення кута нахилу головної різальної кромки λ сприяє зміцненню різця, що дає змогу підвищити швидкість різання при тому ж періоді стійкості. Це враховує коефіцієнт К_λv.

Ззбільшення радіуса заокруглення при вершині (плані) r також сприяє підвищенню швидкості різання при всіх інших незмінних умовах. Це враховує коефіцієнт К_rv.

Мастильно-охолоджуючі рідини знижують температуру в зоні різання, змащують поверхні тертя різального інструменту і заготовки, зменшують можливість прилипання стружки до інструменту. В результаті збільшується допустима швидкість різання і покращується якість обробленої поверхні. Вплив МОР враховує коефіцієнт К_ov.

Крім перерахованих факторів на швидкість різання впливають форма поперечного перетину різця, допустима величина спрацювання, що також враховується відповідними коефіцієнтами.

Різання матеріалів, як технологічний спосіб обробки заготовок деталей машин, повинен забезпечити високу точність і якість оброблених поверхонь, високу продуктивність і високу економічність. Виконання цих вимог залежить від комплексу одночасно діючих факторів, які можна умовно розділити на три групи:

1-фактори,які пов’язані з фізичною природою і структурним станом матеріалу оброблюваної заготовки (оброблюваністю);

2- фактори, що визначаються властивостями матеріалу різальної частини інструменту, його конструкцією і якістю виконання;

3-факторами, які відображають експлуатаційні умови проведення процесу різання.

Оброблюваність матеріалів характеризується цілим рядом факторів, які відображають фізичні явища, що відбуваються в процесі різання (сили різання, потужність, якість поверхні…). У більшості випадків за критерій оброблюваності приймають швидкість різання, яка забезпечує деяку, найдоцільнішу в даних умовах, стійкість інструмента. Оброблюваність матеріалів багато в чому залежить від їх властивостей, а саме:

1. Здатності зміцнюватися під дією різального інструменту. В результаті зміцнення ростуть сили різання і тепловиділення, а це потребує більш теплостійкого і міцнішого інструменту.

2.Стираючої (абразивної) здатності деформованого матеріалу, яка безпосередньо діє на різальну частину інструменту. Чим вона вища, тим більша стираюча здатність, тим інструмент повинен бути стійкішим проти спрацювання, а допустима швидкість різання повинна бути меншою.

3.Теплопровідності деформованих шарів матеріалу, чим вона вища, тим менше спрацьовується інструмент і тим більшу швидкість різання можна забезпечити.

4. Рівномірності розподілу структурних складових у сталі, відсутності твердої кірки, твердих включень…

Оброблюваність сталі залежить, в основному, від її структури, вмісту в ній легуючих елементів. Чим більше в сталі мартенситу і троститу (НВ=400-500кГ/мм²) і менше фериту і перліту (НВ=80-200кГ/мм²) тим її оброблюваність гірша. Структура також впливає на якість обробленої поверхні, яка при підвищенні твердості покращується.

Із збільшенням кількості вуглецю в сталі оброблюваність її погіршується, а якість поверхні покращується, знижується теплопровідність, що збільшує температуру різання, зростає її міцність і твердість. Все це веде до зниження швидкості різання.

Легуючі елементи (Cr, Mg ,Si, W, Mo) також погіршують оброблюваність сталі, так як із збільшенням їх кількості зростають твердість і міцність, знижується теплопровідність. Наявність карбідів інтенсифікує спрацювання інструментів. З легованих сталей найгірша оброблюваність у аустенітних (нержавіючих і жароміцних). Це пояснюється їх високою адгезійною здатністю, великим тепловиділенням внаслідок значних сил різання і низької теплопровідності аустеніту, зміцненням зрізуваного шару через наклеп, підвищеною стираючою здатністю через наявність в структурі карбідів.

Чавун обробляти важче ніж сталь. Це пояснюється низькою його теплопровідністю і наявністю включень цементиту і карбідів марганцю, які мають сильну стираючу здатність. Графіт покращує оброблюваність чавуну (сприяє підвищенню швидкості різання), але погіршує якість обробленої поверхні. Оброблюваність чавуну покращується при знижені в ньому вмісту кремнію, оскільки кремній сприяє зміцненню фериту. Оброблюваність відбіленого чавуну, який містить велику кількість цементиту, різко погіршується, його майже неможливо обробляти інструментом з швидкорізальної сталі.