Файл: Макаров, А. Д. Износ инструмента, качество и долговечность деталей из авиационных материалов учебное пособие.pdf

Рис. 9.5. Номограмма для выбора режимов резания при точении жаропрочного сплава ЭИ437БУ резцом ВК6М

крупногабаритных деталей, а также при эксплуатации инструмен­ та на многорезцовых и автоматизированных станках.

В остальных случаях скорости резания должны выбираться по линии Уэ и в исключительных случаях — по линии Умп.

По полученной скорости резания и диаметру обрабатываемой детали находится число оборотов шпинделя станка.

Наличие сетки с числами оборотов п шпинделя станка и ли­ ний V0 и V3 (Уы„), на узловых точках которых могут быть про­ ставлены величины эффективной мощности резания N3, облег­ чает задачу наиболее полного использования мощности станка и режущих свойств инструмента. Числа оборотов необходимо ок­ руглять в большую сторону — при выборе скоростей резания по линии V0 и в меньшую — при выборе скоростей по линии Уэ.

Характерной и важной для практики особенностью обраба­ тываемости жаропрочных сплавов, закаленных сталей и некоторых марок жаропрочных сталей (рис. 9.4 и 9.5) является практически полное совмещение линий У0 и Уэ и линий h(Ulon h onB. При обра­ ботке указанных труднообрабатываемых материалов режимы

140

резания, оптимальные по размерной стойкости инструмента, яв­ ляются оптимальными также и по себестоимости обработки и про­ изводительности общественного труда.

Следует также отметить, что с увеличением количества одно­ временно работающих инструментов, что характерно для автома­ тического оборудования, и с увеличением простоев оборудова­ ния, вызываемых сменой изношенного инструмента, и при обработ­ ке обычных углеродистых и легированных сталей также происхо­ дит сближение (или практическое совмещение) линии V0 с линией V3 и линии йопо с линией /гопз.

Подобные номограммы необходимы при проектировании автома­ тических линий, где скорости рабочих движений устанавливаются неизменными. Номограммы наглядно показывают, что при соблю­ дении постоянства оптимальной температуры резания повышение подачи (в диапазоне, характерном для получистового, чистового* и тонкого точения) всегда повышает не только производительность обработки, но и размерную стойкость инструмента.

Номограммы избавляют рабочего и нормировщика, технолога и конструктора при выборе оптимального режима резания от влас­ ти случайного.

В работе [6] предложен несколько иной вид номограммы, учитывающий также заданный радиус г вершины резца.

Максимально допустимая подача s при чистовом точении де­ талей обычно ограничивается требованиями, предъявляемыми к чистоте обработанной поверхности. В пределах наиболее часто

Еели глубина резания t <; 2г. sin2-|- (где <р — главный угол резца

вплане), то средняя толщина срезаемого слоя

Вслучае, когда подача определяется на основании зависимости

(9.7),

Из выражения (9.8) следует, что при постоянной глубине резария средняя толщина срезаемого слоя, в значительной мере опнеделяющая температуру резания и износ инструмента, зависгт

Hi

Фг = 25J)

от требуемой чистоты поверхности. Таким образом, если задан класс чистоты поверхности детали, то следует назначать максималь­ но возможный радиус г вершины резца и обработку производить на подаче, вычисленной на основании зависимости (9.7). В этом ■случае при практически постоянной стойкости режущего инстру­ мента (длине пути резания) достигается максимальная произво­ дительность резания.

дит к изменению оптимальной скорости резания [3].

Для облегчения выбора наиболее рациональных режимов реза­ ния в зависимости от принятого значения г и заданного класса чистоты поверхности детали предлагается специальная номограмма (рис. 9.6). По ней (для скорости V ^ V0) могут быть определены также численные значения коэффициента Су, входящего в выраже­ ние .

142

(9.9)

где Т —■период стойкости резца, мин; и. — показатель степени, характерный для заданной пары

резец-деталь (ЭИ654-ВК6; р = 3,5).

Номограммы типа (рис. 9.5) позволяют учитывать фактор' долговечности детали, так как на них наносят линии степени ДГ и глубины /гс наклепа, а также максимальных величин отах ос­ таточных напряжений.

Метод определения оптимальных сочетаний скоростей резания и подач

На основе закона постоянства оптимальной температуры реза­ ния разработан новый высокоэффективный метод определения (установления) оптимальных режимов резания [3, 8, 91.

Метод состоит в следующем:

1. На одной из подач sx исследуют интенсивность размерного износа на 5—7 скоростях резания, измеряя радиальный износ с помощью специального прибора [10, 111. Скорости резания подби­ раются с расчетом возможности выявления минимума поверхност­ ного относительного износа hon. Для ускорения величину hon можно определять по размерному износу на начальных участках периода нормального износа [12].

2.Подсчитывают поверхностный относительный износ резца при работе на различных скоростях резания и ту скорость, при которой /гоп минимален, принимают за оптимальную V0.

3.Измеряют величину оптимальной термоэдс, которая возни­ кает в паре резец — деталь при работе на подаче sx и соответст­ вующей ей оптимальной скорости резания.

4.Проводят опыты по определению термоэдс (£) при работе на других подачах. При работе на каждой из этих подач путем бесступенчатого изменения скорости резания добиваются получе­ ния оптимальной термоэдс (Е0).

Полученные для указанных подач скорости резания и будут оптимальными, а соответствующие им износы—минимальными.:

Если станок не имеет бесступенчатого регулирования числа оборотов, то вместо пп. 3—4 поступают следующим образом:

5.Определяют влияние скорости резания и подачи на величи­

ну термоэдс, возникающей в паре резец — деталь (рис. 9.7). , 6. Для значений термоэдс строят в двойной логарифмической сетке график (рис. 9.8) зависимости v — f (s) и находят зависимость между скоростью резания и подачей при постоянстве температур

Е = пост, в зоне резания:

143

]'if. 9.7. Влияние скорости резания на величину термоэдс при точении. Сталь 1Х18Н9Т; резец Т30К4; I = 0,5 мм

I де x t — тангенс угла наклона прямых на графике; Сг— постоянный коэффициент.

"Численное значение коэффициента Сх определится по формуле

где 1/0,— оптимальная скорость резания при работе на подаче Si.

7.По формуле (9.10) подсчитывают оптимальные скорости ре­ зания для других подач.

8.Для определения величины оптимального поверхностного износа на указанных в п. 7 сочетаниях подач и скоростей резания проводятся опыты по определению интенсивности размерного из­ носа аналогично опытам, описанным в п. 1.

9.Для того чтобы связать выбор режимов резания с чистотой обработки на различных сочетаниях подач и скоростей резания, определяемых уравнением (9.10), измеряют высоту Rz неровнос­ тей обработанной поверхности.

144

Рис. 9.8. Влияние подачи на скорость резания при постоянной температуре (термоэдс) в зоне резания при точении.

Сталь 1Х18Н9Т; резец Т30К4; t = 0,5 мм

Указанный метод позволяет во много раз (не менее чем в 4—5 раз) сократить время, затрачиваемое на исследования, и во столько же раз сократить расход обрабатываемого и инструментального материалов по сравнению со стандартными стойкостными иссле­ дованиями.

С учетом следствий, вытекающих из закона постоянства оп­ тимальной температуры резания, трудоемкость стойкостных ис­ следований может быть снижена еще в большей степени.

Дальнейшее совершенствование указанного метода определе­ ния оптимальных сочетаний подач и скоростей резания заключает­ ся в следующем [3].

Интенсивность размерного износа в периоде так называемого нормального износа почти не зависит от длины пути резания. На основании этого оказалось возможным определять величины по­ верхностного относительного износа за одно затупление резца для 5—7 скоростей резания или подач.

Сравнение данных, полученных на основе длительных и крат­ ковременных испытаний, обнаруживает полное совпадение уровней оптимальных скоростей резания (что является особенно важным)

145

Рис. 9.9. Влияние скорости резания на поверх нос шый относительный износ при точении. Сталь Э1173С;

резец Т14К8; СШД — длительные испытания;

—кратковременные испытания

ивполне удовлетворительное совпадение величин поверхностного относительного износа (рис. 9.9). Стедовательно, пункты 1 и 2 указанной методики могут быть выполнены на основе одного стойкостного эксперимента со ступенчато изменяющимися скоростями резания в зоне нормального износа (через каждые 400—500 мет­ ров пути резания на каждой скорости). Пункт 8 тоже может

быть выполнен за один стойкостной эксперимент.

При применении этих усовершенствований достигается 15— 20-ьратная экономия времени исследования, обрабатываемого и инструментального материалов по сравнению с методом установ­ ления оптимальных сочетаний подач и скоростей резания, основан­ ным на проведении обычных стойкостных опытов. Преимуществом ускоренного метода является и то, что опыты проводятся при одном затуплении инструмента. Это сокращает разброс опытных результатов и повышает их точность.

Автоматическое управление процессом резания

На основе закона постоянства оптимальной температуры реза­ ния может быть осуществлено автоматическое управление процес­ сом резания и ведение (поддержание) этого процесса на оптималь­ ном уровне независимо от текущего износа, геометрии инструмен­ та, снимаемого припуска и диаметра обрабатываемых поверхностей

[13 14, 151.

Мб

/Деталь-

Для ведения процессов торцевого и продольного точения по температуре резания создана [15] система автоматического регу­ лирования (САР) токарным станком.

Принцип действия схемы заключается в следующем (рис. 9.10). Резец устанавливается на начальный диаметр обработки. С по­ мощью задающего устройства (ЗУ) устанавливается требуемая скорость резания и включается поперечная подача. При изменении положения резца относительно центра обрабатываемой детали дат­ чик положения (ДП), в качестве которого используется последо­ вательный делитель напряжения, подает сигнал через суммирую­ щий элемент I СЭ, корректирующие контуры I/(/v и 2Д7\, про­ межуточный усилитель ПУ на электромашинный усилитель по­ перечного поля (ЭМУ). ЭМУ служит генератором, питающим дви­ гатель постоянного тока Д. Сигнал с датчика положения вызывает изменение напряжения, выдаваемого ЭМУ на двигатель. Это при­ водит к изменению скорости вращения детали, чем и достигается

динамических параметров электропривода. В предыдущей главе описана эффективность торцевого точения с постоянной скоростью резания (и, в частности, с V0). Однако еще большая эффектив­ ность может быть достигнута, если вести процесс резания с опти­ мальной температурой, поддерживаемой постоянной в процессе затупления инструмента, появления обрабатываемых участков с неоднородными физико-механическими свойствами и т. д.

При автоматическом ведении процесса торцевого точения с постоянной температурой резания в описанной системе необходимо

147

ввести коррекцию по температуре. При изменении температуры резания по каким-либо причинам (изменение припуска, неодно­ родность обрабатываемого материала, износа инструмента и т. д.) возникает дополнительный сигнал от датчика температуры, в качестве которого используется термопара «резец — деталь»,

ичерез фильтр (Ф) и промежуточный усилитель подается на ЭМУ. Последний, изменяя напряжение надвигателе, приводит к изме­ нению скорости вращения шпинделя через коробку скоростей (КС),

итем самым восстанавливается прежняя температура резания. Система предусматривает возможность ведения и процесса

продольного точения с постоянной температурой резания. В этом случае цепь ДП не действует, но дополнительно для стабилизации скорости вращения действует цепь тахогенератора ТГ (на рис. 9.10 показана пунктиром). Структурная схема системы дана на рис. 9.11.

Следует отметить, что система с тиристорными преобразова­ телями постоянного тока обеспечивает большее быстродействие системы, чем система с ЭМУ [151.

Как показали специальные исследования [16], при чистовом точении некоторых жаропрочных материалов постоянство опти­ мальной температуры резания повышает размерную стойкость резцов (по сравнению с работой при К0=пост.) в 1,5—1,8 раза при одновременном снижении себестоимости обработки в 1,10— 1,30 раза. Эти данные свидетельствуют о высокой эффективности автоматического управления процессом резания по температуре (особенно при 0 о=пост.).

Новые характеристики обрабатываемости металлов резанием

На основе установленного закона предложены и физически обоснованы новые объективные характеристики обрабатываемости металлов резанием V0 и /ion„, обладающие рядом важных преи­ муществ перед общепринятой характеристикой VT, соответствую­ щей некоторому заданному периоду стойкости Т [3, 8, 17]. Ос­ новные из них рассматриваются ниже.

1. Оптимальная скорость резания V„ соответствует критиче­ ской точке (точке минимума) на кривой hon — f (о), в то время как скорость резания VTни с какой критической точкой кривой

Т— f (v) не связана.

2.Оптимальным скоростям резания V0 при работе на раз­

личных подачах, геометрии инструмента, СОЖ и при других внеш­ них условиях резания (при заданных материалах обрабатывае­ мой детали и инструмента) соответствует постоянная оптимальная температура резания, в то время как скоростям резания VT для разных условий резания в общем случае соответствуют различные температуры резания.

149