на что оказывает наибольшее влияние скорость резания

Влияние различных факторов на величину силы резания

Зависимость силы резания от ширины и толщины срезаемого слоя

Толщина среза а и ширина b не в одинаковой степени влияют на силу резания. Сила резания возрастает пропорционально b, но отстает от увеличения а. Отставание роста силы резания от увеличения толщины среза можно объяснить следующим:

С увеличением толщины среза нагрузка на единицу длины режущего лезвия возрастает. В связи с этим увеличивается температура резания, что приводит к уменьшению сил трения, усадки стружки и снижению сопротивления обрабатываемого материала пластическому деформированию. Пластические деформации и напряжения распределяются по толщине стружки неравномерно. Они значительно больше в слоях, прилегающих к передней поверхности лезвия инструмента. Поэтому увеличение толщины среза приводит к относительному уменьшению слоя с максимальными деформациями. Кроме того, сила трения по задней поверхности лезвия, как одна из слагаемых при расчете сил резания, с изменением толщины среза остается неизменной или изменяется очень мало.

Таким образом, при сохранении площади поперечного сечения среза постоянной, силы резания уменьшаются по мере уменьшения ширины и одновременно увеличения толщины среза.

Зависимость сил резания от свойств обрабатываемого металла

При снятии стружки металл не только срезается, но и претерпевает сильную пластическую деформацию. Большое влияние на силы резания оказывают силы трения стружки и обрабатываемого материала соответственно о переднюю и заднюю поверхности лезвия инструмента. Однако необходимо учитывать, что в процессе обработки металл в зоне резания сильно разогревается. Значит, его свойства могут отличаться от свойств, которые характерны для него при статических испытаниях. Поэтому нет точной и однозначной зависимости между силой Pz и прочностью обрабатываемого материала, а также его твердостью и другими механическими характеристиками.

Установлено, что силы резания растут при увеличении sв, твердости, пластичности и вязкости обрабатываемого материала.

Влияние свойств инструментального материала на силу резания

Это влияние может быть вызвано только различием в силах трения (коэффициентах трения) между обрабатываемым и инструментальным материалами. Внутри групп быстрорежущих сталей и вольфрамокобальтовых твердых сплавов коэффициенты трения и укорочения стружки не отличаются, а следовательно, сила Рz не изменяется.

Влияние скорости резания на силу резания

Ранее считалось, что скорость резания практически не влияет на его силу. Объясняется это проведением работ в сравнительно узком диапазоне скоростей, а также недостаточной чувствительностью используемых при этом динамометров. В настоящее время известно, как изменяется сила резания в широком диапазоне скоростей. Выясним эту зависимость на примере опытов для условий свободного резания стали 40Х.

Рис. 1. Зависимость сил резания от скорости резания и переднего угла при обработке стали 40Х с а = 0,2 мм; b = 4 мм

Сложный характер кривых Рz = f(V)объясняется появлением нароста на передней поверхности лезвия инструмента. Минимальные значения силы резания на кривых Рz = f(V) соответствуют максимально возможному наросту. При малой скорости резания, когда нарост не образуется, сила резания велика. В диапазоне скоростей, где имеется максимальное наростообразование, сила резания и укорочение стружки уменьшаются, так как с увеличением размеров нароста возрастает действительный передний угол инструмента. По мере дальнейшего повышения скорости резания высота нароста, а следовательно, и действительный передний угол уменьшаются. Одновременно с этим возрастают коэффициент укорочения стружки и силы резания.

Как уже отмечалось, работа на очень высоких скоростях резания приводит к значительному повышению температуры резания, в результате чего уменьшается коэффициент трения, а следовательно, и Рz.

Минимумы и максимумы кривых Рz = f(V) тем рельефнее, чем меньше передний угол. Объясняется это тем, что больший нарост может образоваться (и образование его интенсивнее) при меньших передних углах инструмента. При обработке чугуна образуется меньший нарост, поэтому зависимость Рz = f(V) имеет вид плавной кривой (рис. 2). Аналогично выглядят зависимости Рz = f(V) для материалов, не склонных к наростообразованию — меди, жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов, титановых сплавов.

Рис. 2. Кривая зависимости Рz = f(V) при обработке чугуна

Источник

Влияние различных факторов на скорость резания

На скорость резания, допускаемую режущими свойствами резцов, влияют следующие факторы: стойкость режущего инструмента, физико-механические свойства обрабатываемого металла, материал режущей части инструмента; режимы резания: подача и глубина резания; геометрические элементы режущей части резца; размеры сечения державки резца; смазывающе-охлаждающая жидкость, максимально допустимая величина износа резца; вид обработки.

Между скоростью резания и стойкостью режущего инструмента
из инструментальных сталей существует зависимость: чем выше скорость резания, тем меньше стойкость резца (рис. кривые 1 и 2)

Рис. 56. Зависимость между скоростью резания и стойкостью резца:

1 – для резца из стали У12; 2 – для резца из стали Р18; 3 – для резца из твердого сплава Т15К6

Для инструмента из твёрдого сплава зависимость между скоростью резания и стойкостью более сложная. При увеличении скорости резания стойкость твердосплавного резца сначала уменьшается, затем увеличивается и вновь уменьшается (рис. 56, кривая 3); при этом чем больше твердость обрабатываемого металла, тем меньше величина критических скоростей, соответствующих точкам перегиба (см. рис. 57.).

Рис. 57. Зависимость стойкости резца из твердого сплава от скорости резания при точении закаленной стали (HRC 51…52)

При увеличении скорости резания V, начиная с V = 10 м/мин (Рис. 57.) повышение температуры способствует размягчению поверхностей стружки и заготовки, что уменьшает слипание, облегчает относительное скольжение и снижает интенсивность износа (повышает стойкость); этому содействует также сил, действующих на резец. При дальнейшем же увеличении скорости (V = 120 м/мин) и соответственно температуры резания резко снижаются твердость и прочность твердого сплава, что (при возрастающем пути трения за один и тот же промежуток времени) приводит к повышению интенсивности износа резца и соответствующему снижению стойкости.

При одинаковой стойкости резцов, например 50 мин (см. рис. 57.), выгоднее (производительнее) работать со скоростью V = 160 м/мин, чем со скоростью V = 50 м/мин, а потому зоной рационального использования твердого сплава следует считать участок, расположенный вправо от точки перегиба максимальной стойкости.

5.12.1. Обрабатываемый металл. На скорость резания, допускаемую резцом, большое влияние оказывают физико-механические свойства обрабатываемого металла. Это влияние предопределяется в основном тепловыделением в процессе резания и распределением теплоты между стружкой, заготовкой, резцом и окружающей средой.

Скорость резания, с которой можно обрабатывать данный металл, при определенной стойкости резца, является характеристикой обрабатываемости металлов. Чем выше скорость, тем лучше обрабатываемость данного металла по сравнению с тем, который при той же стойкости и прочих одинаковых условиях допускает обработку с меньшей скоростью резания. Наихудшую обрабатываемость имеют инструментальные, быстрорежущие, хромо-никеле-вольфрамовые, хромо-марганцовистые, хромо-кремнистые, хромо-кремне-марганцовистые и кремне-марганцовистые стали. Очень низкой обрабатываемостью обладают жаропрочные стали и сплавы. Это объясняется тем, что жаропрочные материалы имеют значительное количество легирующих элементов (в том числе титана и марганца), склонны к свариванию (к адгезии) с режущим инструментом, незначительно изменяют прочность при нагреве до 800° С, имеют высокий предел прочности на сдвиг (в 2…3 раза выше по сравнению с конструкционной углеродистой сталью); у жаропрочных материалов высокий предел прочности сочетается с большой вязкостью; они способны к сильному упрочнению (наклепу) и имеют низкую теплопроводность. Все это вызывает при резании возникновение больших сил, высокой температуры (в 2…4 раза выше температуры при резании конструкционных сталей), интенсивный износ режущего инструмента, большую шероховатость обработанной поверхности, т. е. низкой обрабатываемости этих материалов; потому их относят к трудно обрабатываемым.

С большой скоростью резания обрабатываются автоматные стали, цветные и легкие сплавы. Алюминий обрабатывается со скоростью, в 5…6 раз большей по сравнению со скоростью обработки углеродистой конструкционной стали (углерода менее 0,6%; s_в = 750 МПа); для силумина и литейных алюминиевых сплавов эта скорость выше в 4…5 раз. Чугун вследствие меньшей теплопроводности, большего истирающего действия и сосредоточения давления от стружки на материал вблизи режущей кромки допускает меньшую скорость резания по сравнению с углеродистой конструкционной сталью.

В зависимости от предела прочности стали при растяжении скорость резания, допускаемая резцом при определенной стойкости будет различной.

Если при обработке углеродистой конструкционной и низколегированной незакаленной стали с s_в = 750 МПа* скорость резания допускаемую резцом, принять за единицу, то при других значениях s_в поправочными коэффициентами на скорость резания будут значения

,

С учетом коэффициента К_Мv скорость резания для обработки с некоторым значением s_в, отличным от 750 МПа определится:

В зависимости от твердости чугуна HВ скорость резания, допускаемая резцом при определенной стойкости,

при работе резцами, оснащёнными пластинками из твёрдых сплавов, y =1,25.

На скорость резания, допускаемую режущими свойствами стояние обрабатываемого материала и поверхности заготовки Так, если для горячекатаной стали скорость резания принять за единицу, то для холоднотянутой стали необходимо ввести коэффициент 1,1, т. е. принять скорость резания на 10% выше. Для нормализованной стали этот коэффициент будет 0,95, для отожжённой 0,9 и для улучшенной 0,8.

Если при обработке стальной заготовки из проката или поковки без корки (корка срезана на предыдущем проходе или протравлена)скорость резания принять за единицу, то в случае обработки стальной отливки скорость резания уменьшается (коэффициент 0,9). Твёрдая корка, получившаяся на чугунной заготовке после литья, окалина после поковки и горячего проката стали, резко повышают износ инструмента и в связи с этим снижают скорость резания (окалина на 10…20%, корка на 20…40%).

5.12.2. Материал режущей части резца. Износ инструмента во многом предопределяется физико-механическими свойствами материала, из которого сделана его режущая часть. Поэтому если для быстрорежущих сталей допускаемую скорость резания принять за единицу, то по отношению к другим материалам коэффициент на скорость резания К_мlv будет меньше единицы для легированных и углеродистых инструментальных сталей и больше единицы для твердых сплавов и керамических материалов.

Ниже приведены значения коэффициента К_мlv для различных марок сталей.

Если для твердого сплава Т15К6 скорость резания принять за единицу, то для других сплавов этой группы коэффициент К_мlv составит:

Приняв для твердого сплава ВК6 скорость резания за единицу, для других сплавов этой группы K_Мlv составит:

Резцы с керамическими пластинками при чистовой и получистовой обработке сталей допускают скорость резания в 1,1…1,3 раза большую, чем с пластинками из сплава Т15К6; при чистовой и получистовой обработке чугуна — в 1,5 раза большую, чем из сплава ВК6; на отдельных операциях эти коэффициенты еще выше (в 3 раза).

5.12.3. Подача и глубина резания. Чем больше подача и глубина резания, тем выше силы, действующие на резец, температура в зоне резания, тем интенсивнее износ резца, тем меньшую скорость резания будет допускать резец при одной н той же стойкости. Зависимость (6) между скоростью резания, подачей и глубиной резания при стойкости Т = 60 мин можно выразить следующей формулой:

, (7)

где: С_V60 —постоянный коэффициент, зависящий от обрабатываемого металла, материала режущей части резца, геометрических параметров резца, охлаждения и других условий обработки (в нашем случае одним из условий является стойкость резца, равная 60 мин);

t — глубина резания, мм;

s — подача, мм/об;

xv и yv — показатели степеней, различные для разных обрабатываемых металлов, материала резца и условий обработки.

При наружном точении и растачивании заготовок из углеродистой стали (s_в=750МПа) резцами из быстрорежущей стали с углом в плане j=45 0 при подаче s ≤ 0,25 мм/об, x_v = 0,25, y_v = 0,33; при подаче s > 0,25 мм/об, x_v = 0,25, y_v = 0,66 (при s 0.25 мм/об.

При изменившихся условиях вводится поправочный коэффициент K_V, учитывающий эти изменения:

Показатель степени при подаче больше, чем при глубине, т. е. увеличение подачи более резко сказывается на уменьшении скорости резания, чем увеличение глубины резания. Это вызывается более интенсивным износом резца при увеличении s, чем при увеличении t.

При одинаковой площади поперечного сечения среза для обычного резца (j₁ > 0 при s a₂ > a₃)

Одним из геометрических элементов, сильно влияющих на допускаемую резцом скорость резания, является главный угол в плане j. Чем больше этот угол, тем выше температура резания, выше термодинамическая нагрузка на единицу длины кромки, интенсивнее износ резца и, следовательно меньше его стойкость. Поэтому резцы с малыми углами в плане допускают (при прочих одинаковых условиях) большую скорость резания (рис. 60.). Если для твердосплавного резца с углом j = 45° при резании стали скорость резания принять за единицу, то для других значений главного угла в плане скорость резания выразится следующими коэффициентами К_jv:

Рис. 60. Зависимость скорости резания V от главного угла в плане φ при постоянных значениях глубины резания t и подачи s (сталь 45; твердый сплав Т15К6; t × s = 2 × 0.3 мм)

Влияние вспомогательного угла в плане j_о на допускаемую скорость резания при точении существенно ниже ( в пределах 6…10%).

При увеличении радиуса закругления (сопряжения) при вершине резца в плане температура резания уменьшается что приводит к некоторому повышению стойкости и допускаемой скорости резания. Так, если для резца из быстрорежущей стали с r = 2 мм допускаемую скорость резания принять за единицу, то поправочные коэффициенты для других значений будут: для r = 1 мм К_rv = 0,94; для r = 3 мм; К_rv = 1,03 мм; для r = 5 мм, К _rv = 1,13.

5.12.5. Смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ). При обильном охлаждении (8…12 л/мин) сверху при обдирочных работах резцами из быстрорежущей стали скорость резания повышается на 20…30%, а при чистовых работах (тонких стружках, когда тепловыделение меньше) — на 8…10% по сравнению с обработкой всухую. Расход жидкости при чистовой обработке меньше, чем при черновой, и может составлять 4…6 л/мин. Скорость резания при обработке стали с охлаждением может быть повышена на 40…45% по сравнению с обработкой всухую, если сказочно-охлаждающую жидкость (эмульсию) предварительно охладить до 4…2°С. Чем ниже температура охлаждающей жидкости, тем большую скорость резания допускает резец при одной той же стойкости (рис. 61.).

Рис. 61. Зависимость между скоростью резания V и стойкостью T при различных значениях температуры СОЖ (сталь ОХН3М; s_в = 760МПа; резец из стали Р18; t ×s = 2 × 0.5 мм)

Охлаждение инструмента и зоны стружкообразования распыленной жидкостью (воздушно-жидкостной смесью) эффективно и для твердосплавных резцов, особенно при резании высокопрочных и труднообрабатываемых сталей. Наряду с повышением стойкости инструмента (в 2…6 раз по сравнению с обработкой всухую и в 1,5…3 раза по сравнению с обычным охлаждением — поливом) повышается и качество обработанной поверхности при одновременном снижении расхода эмульсии в 10…20 раз, а масла — в сотни раз.

5.12.6. Допустимая величина (критерий) износа резца. Чем больше допустимый износ, тем большую скорость резания можно назначить для резца. Ниже приведены поправочные коэффициенты K_hv на скорость резания в зависимости от износа по задней поверхности для резцов, оснащённых пластинками твёрдого сплава, при обработке незакалённой стали.

На основании изложенного выше скорость резания, допускаемая резцом, может быть подсчитана по следующей общей формуле (7):

м/мин

где: C_V— коэффициент, характеризующий обрабатываемый металл и условия его обработки;

Т— стойкость режущего инструмента, мин;

m — показатель относительной стойкости;

t – глубина резания, мм;

s – подача, мм/об;

x_v и y_v – показатели степеней;

K_v – общий поправочный коэффициент на изменённые условия обработки по отношению к тем, для которых дается значение коэффициента C_v (K_v равен произведению частных поправочных коэффициентов.

В таблице 14 для некоторых условий обработки приведены значения C_v, m, x_v и y_v для резца из твердого сплава Т5К10.

Таблица 14. Значение коэффициента C_V и показателей степеней в формуле скорости резания V при наружном точении резцом из твердого сплава Т5K10

Дата добавления: 2017-02-13 ; просмотров: 7693 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Привет студент

Основные факторы, влияющие на скорость резания

Скорость резания является основным показателем производительности металлорежущих станков, поэтому для выявления рационального режима обработки необходимо прежде всего установить влияние основных факторов на величину скорости резания.

Установлено, что на скорость резания оказывают влияние следующие основные факторы: свойства обрабатываемого металла, материал режущего инструмента, площадь сечения стружки (среза), подача, глубина резания, температура резания, охлаждение резца, стойкость резца и геометрические параметры режущей части инструмента.

Выявление характера свойств обрабатываемого материала удобно проследить, пользуясь формулой, выражающей мощность резания:

Если принять мощность за постоянную величину, то очевидно, что скорость резания будет тем больше, чем меньше сила резания.

Отсюда следует, что при установленной зависимости между силой резания и свойствами обрабатываемого материала молено выявить и характер влияния свойств обрабатываемого материала на скорость резания.

Для изготовления режущего инструмента применяют углеродистую и быстрорежущую сталь, а также твердые сплавы.

Резцы из углеродистой стали не могут работать со скоростями, при которых температура резца достигает 220—230°, так как при такой температуре углеродистая сталь утрачивает необходимую твердость — резец заметно затупляется (садится).

Резцы из быстрорежущей стали сохраняют твердость при нагреве приблизительно до 570° и поэтому могут работать при скоростях резания, в несколько раз больших, чем резцы из углеродистой стали.

Применение твердых сплавов, сохраняющих твердость при еще более высоком нагреве (примерно до 800°), позволяет значительно повышать скорость резания.

Под действием тепла, возникающего вследствие трения резца и деформирования снимаемого металла, происходит нагрев режущего инструмента. Количество возникающего при резании тепла зависит от затраченной при резании работы, которая может быть выражена так:

где А — полная работа, затраченная на снятие стружки;

А₁ — работа, затрачиваемая при пластической деформации обрабатываемого металла;

А₂ — работа, затрачиваемая на упругие деформации обрабатываемого металла;

А₃ — работа, затрачиваемая на трение, возникающее между передней гранью резца и снимаемой стружкой, а также задней гранью и обрабатываемой поверхностью;

А₄ — работа, затрачиваемая на некоторые перемещения частиц металла в слое, прилегающем к плоскости резания, и в слое, прилегающем к поверхности стружки; практически эту работу вследствие ее небольшой величины можно не учитывать.

Наибольшую величину имеет первое слагаемое. Максимальное количество тепла развивается в стружке; это количество достигает 80% общего количества тепла, возникающего при обработке вязких металлов.

Если обозначить общее количество возникающего при резании тепла в единицу времени через Q, то

где Q₁— тепло, остающееся в стружке;

Q₂ — тепло, переданное детали;

Q₃ — тепло, переданное резцу;

Q₄ — тепло, отданное в окружающую среду.

Обозначая силу резания через Рz, скорость резания через u и механический эквивалент тепла через Е, имеем

Таким образом, теплота резания увеличивается с увеличением скорости резания.

Зависимость между скоростью резания и продолжительностью работы резца без переточки — стойкостью резца, а также родом обрабатываемого материала, качеством резца и условиями работы может быть выражена эмпирической формулой

где u— скорость резания в м/мин;

Т — продолжительность работы резца без переточек в мин. (стойкость резца);

с — коэфициент, зависящий от свойств обрабатываемого материала и материала резца и учитывающий условия резания (температуру резания, угол в плане, радиус закругления при вершине резца, степень охлаждения резца и пр.);

m — показатель относительной стойкости резца, зависящий также от ряда условий (обрабатываемый материал, материал и форма режущего инструмента, характер обработки и пр.).

Значения m приведены в табл. 50.

Зависимость между скоростью резания и стойкостью резца при равенстве всех других условий резания выражается так:

Числовые значения скорости резания могут быть получены по эмпирической формуле

где с_u — коэфициент, зависящий от рода обрабатываемого материала и материала резца и заданной стойкости;

x_u и у_u— величины, зависящие от обрабатываемого материала и подачи.

Величины c_u, x_u, y_u для некоторых материалов при работе резцом из быстрорежущей стали, Т = 60 мин. и ф = 45° без применения смазочно-охлаждающей жидкости приведены в табл. 51.

Из данных табл. 51 видно, что с уменьшением глубины резания и подачи скорость резания может быть увеличена; при этом изменение подачи влияет в большей степени на скорость резания, чем изменение глубины резания.

Если же условия резания, для которых составлена табл. 51, будут изменяться, необходимо в формулу скорости резания вводить соответствующие поправочные коэфициенты. Такие коэфициенты, характеризующие влияние различных факторов на скорость резания, как-то: материала, из которого изготовлен инструмент, обрабатываемого материала, охлаждающей жидкости, геометрических параметров режущей части и др., даны в таблицах, составленных Бюро технических нормативов Министерства станкостроения.

Отдельные факторы оказывают очень существенное влияние на скорость резания.

Применение резцов из углеродистой стали потребует снижения скорости резания примерно в 5 раз. Резцы, оснащенные твердым сплавом, позволяют увеличить скорость резания в 4—5 раз и более. Применение смазочно-охлаждающих жидкостей позволяет увеличить скорость резания на 15—25%. Из геометрических параметров наибольшее влияние на скорость резания оказывает главный угол в плане; при уменьшении угла в плане ф с 90° до 30° скорость резания может быть увеличена более чем в 2 раза.

При одинаковых условиях, но различных видах токарной обработки скорость резания меняется.

Так, при расточке она примерно на 20% меньше, а при нарезании резьбы даже в 2 раза меньше, чем при наружной обточке.

Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера. КАК ТУТ СКАЧИВАТЬ

Источник