Что влияет на скорость резания

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

Основные факторы, влияющие на выбор скорости резания при точении.

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.

На скорость резания оказывают влияние следующие основные факторы:

-свойства обрабатываемого металла (чем тверже обрабатываемый материал, тем большее усилие требуется для его резания и тем скорее тупится резец в процессе резания. Поэтому твердый материал нельзя обрабатывать с такой же высокой скоростью резания, как мягкий материал. При обработке литых и кованых заготовок, на поверхности которых имеется твердая корка, раковины или окалина, необходимо уменьшать скорость резания по сравнению с той, какая была бы возможна при обработке материалов без корки).

-площадь сечения стружки (среза) (для увеличения производительности процесса резания при неизменной стойкости резца целесообразно увеличивать площадь поперечного сечения среза и соответственно снижать скорость резания).

подача и глубина резания (Опыты показывают, что увеличение глубины резания значительно меньше влияет на изменение стойкости резца, чем такое же увеличение подачи. Поэтому для повышения производительности процесса резания при неизменной стойкости резца целесообразнее увеличивать глубину резания, чем подачу).

-температура резания

-стойкость резца (чем выше скорость резания, тем меньше стойкость инструмента, что объясняется влиянием скорости резания на тепловыделение и износ).

Влияние СОЖ на кожу и меры предосторожности при работе с ней.

Наиболее выраженным неблагоприятным фактором при работе со смазочно-охлаждающими жидкостями является загрязнение открытых поверхностей тела.

При оценке возможности воздействия сож на кожу необходимо учитывать ряд сопутствующих факторов. Так, например, вместе с брызгами сож на кожу может попасть стружка.

Наиболее распространенное заболевание связанное с использованием сож- воспаление сальных желез вследствие контакта с сож и твердыми частицами. Повреждение происходит из-за наличия мелких частиц металла. Особому риску подвержены люди с чрезмерно жирной кожей. Частые заболевания кожного покрова могут свидетельствовать о наличии в сож вредных веществ.

При работе с антифризами (тосолами) выделяется этиленгликоль, который обладает ядовитым и наркотическим действием, способен проникать в организм через кожу, вызывая хроническое отравление организма человека с поражением жизненно-важных органов: сосудов, почек, нервной системы.

Меры предосторожности. Перед началом работ, во время, а так же после ее окончания необходимо выполнять действия, предусмотренные инструкцией по охране труда (ИОТ), для соответствующих видов работ.

Перед началом работы проверьте исправность средств индивидуальной защиты (СИЗ), соблюдение гарантийных сроков хранения, отсутствие повреждений.

Перед началом работ проверьте срок годности на СОЖ. Запрещается работать по истечении срока годности.

Во время работы требуется соблюдать требования безопасности, регламентированные в эксплуатационной документации завода или изготовителя данного оборудования.

Работы проводимые с СОЖ оборудуются вытяжкой или вентиляцией.

Осветительные керосины, скипидар по степени своего воздействия на организм человека соответствует 4 классу опасности и регламентируется ГОСТ 12.1.007 с предельно допустимой концентрацией вредных веществ в воздухе 600/300мг/м³ (максимально-разовая / среднесменная) для керосина, 300мг/м³ для скипидара.

Во время работы с СОЖ требуется соблюдение правил личной гигиены. Для предохранения кожи контактирующей с СОЖ необходимо применять специальные защитные крема, мази.

В местах применения и хранения СОЖ запрещается применять открытый огонь.

Утилизация СОЖ производится согласно стандарту предприятия или же в регламентированном документе на ту или иную СОЖ поставщика.

Источник

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

Скорость резания при токарной обработке и ее влияние на шероховатость детали

Скорость резания при токарной обработке зависит от принятой стойкости его, материала обрабатываемой детали, материала резца, его углов, формы и размеров, подачи, глубины резания, охлаждения и других факторов.

При уменьшении стойкости материала заготовки, скорость резания, допустимая резцом, незначительно повышается. К примеру, если при стойкости быстрорежущего резца, равной 90 мин, возможна скорость резания 15 м/мин, то при тех же прочих условиях работы токарного резца, но при стойкости 20 мин возможна скорость резания 18 м/мин. Более наглядна, однако, обратная зависимость, т. е. стойкости от скорости резания на токарном станке. Стойкость токарного резца при увеличении скорости резания быстро уменьшается. Так, например, если быстрорежущий резец, работающий на скорости резания 15 м/мин, затупляется через 90 мин после начала токарной обработки, то тот же резец при той же глубине резания и подаче, но при скорости резания 18 м/мин затупится через 20 мин.

Большое влияние на скорость резания при токарной обработке оказывают механические свойства обрабатываемого металла. Чем тверже металл заготовки, тем больше должна быть сила, отделяющая от него стружку, тем больше сила трения ее о переднюю поверхность резца, тем выше температура, поступающая в резец и ускоряющая его износ.

Скорость резания на токарном станке и стружка

Стружка, образующаяся при обработке твердых металлов, давит на небольшой участок передней поверхности резца (рис. 1, б), вследствие чего теплота резания поступает главным образом в часть головки резца, близкую к его режущей кромке. Стружка, которая получается при точении мягких и вязких металлов, опирается (рис. 1, в) на сравнительно больший участок передней поверхности токарного резца, это обеспечивает хорошее поглощение теплоты резания частью головки резца, удаленной от режущей кромки.

Поэтому, скорость резания при обработке используя токарный станок сравнительно мягкого металла может быть выше, чем при твердой.

Стружка надлома, образующаяся при обработке хрупких металлов, давит (рис. 1, г) на переднюю поверхность токарного резца у самой режущей кромки. В данном случае резец больше изнашивается от истирающего воздействия стружки, чем от влияния теплоты резания. Это относится особенно к обработке корки чугунных деталей, т. е. поверхностного слоя отливки, в котором всегда имеются частицы песка, истирающие переднюю поверхность резца при токарной обработке и затрудняющие отвод тепла.

Влияние скорости токарной обработки на шероховатость поверхности

В отличии от одноосного нагружения испытуемых стальных образцов на разрывных машинах и определения характера разрушения (определения доли хрупкого или вязкого разрушения) по фрактограмам, даже сверхвысокое увеличение фрагментов обработанной резанием поверхности не позволяет дать однозначный ответ, поскольку радиус закругления вершины резца отчасти «сглаживает» на обработанной поверхности заготовки фрагменты разрушения металла активной частью главной режущей кромкой.

При помощи электронного микроскопа Versa 3D удалось провести визуальное наблюдение и сравнение зон деформаций под обработанной поверхностью на различных скоростях резания при токарной обработке (рис. 2 – 5).

Рис. 2. Зона деформации под обработанной поверхностью на скорости резания V=10 м/мин (увеличение 25000 раз). Rа = 6 мкм

На рисунках 2 – 4 чётко просматривается тонкие прослойки деформированного слоя металла размером в несколько микрометров, с уменьшающейся степенью деформации зёрен по мере углубления в матричный слой. Деформационное состояние этого тонкого слоя металла в зоне А на участке 3 формирует «деформационную» составляющую высоты микронеровности обработанной поверхности. Свой вклад в интегральное значение Rz или Ra вносит геометрия инструмента, состояние его рабочих поверхностей, уровень вибрации, условия резания. Технические возможности микроскопа Versa 3D позволяют оценить выборочно степень деформации зёрен стали под обработанной поверхностью.

Рис. 3. Зона деформации под обработанной поверхностью на скорости резания V=30 м/мин (увеличение 25000 раз). Rа = 2 мкм

Для примера её количественное значение для данных условий эксперимента, полученное путем измерения недеформированных зёрен в матричном слое металла с размером зерна в зоне деформации, лежит в интервале 5 – 10 единиц. Размеры зёрен проставлены на рисунках справа.

В результате визуального анализа снимков (рисунки 2 – 4) зон деформации стали 14Х17Н2 под обработанной поверхностью на различных скоростях резания при токарной обработке можно сделать следующие выводы.

Первое. Для данных режимов обработки (t = 1 мм, S = 0,11 мм/об) и трёх значениях скорости резания просматривается различная глубина зоны деформации. При скорости резания 10 м/мин (рис. 2) она составляет 4,22 мкм, на скорости резания 30 м/мин () её значение равно 2,741 мкм, на скорости резания 40 м/мин – 3,186 мкм (рис. 4).

Второе. Значения глубины зоны деформации стали под обработанной поверхностью, измеренной в одном и том же сечении, повторяют характер изменения величины шероховатости поверхности детали (см. «Как скорость резания токарного станка влияет на шероховатость поверхности детали«, рис. 2.) от скорости резания.

Рис. 4. Зона деформации под обработанной поверхностью на скорости резания V=40 м/мин (увеличение 25000 раз). Rа = 3 мкм.

В свою очередь, глубина зоны деформации под обработанной поверхностью на различных скоростях резания является следствием воздействия различного уровня нормальных и касательных напряжений. В таком случае, следует ожидать, что характер изменения сил резания в исследуемом диапазоне скоростей должен соответствовать виду зависимости шероховатости поверхности детали от скорости резания при токарной обработке. Эксперименты по измерению составляющих силы резания при обработке стали 14Х17Н2 резцом ТТ7К12 в диапазоне скоростей 10 – 100 м/мин ( t=1 мм, S=0,11 мм/об ) подтвердили эти предположения (см. «Сила резания при токарной обработке нержавеющей стали«, рис. 3).

Рассматривая особенности контактных процессов при токарной обработке коррозионностойких сталей с механизмом формирования высоты микронеровностей обработанной поверхности в низком скоростном диапазоне (10 – 30 м/мин) следует предположить, что деформационная составляющая высоты микронеровностей (механизм лезвийного разрушения металла при резании) взаимосвязана с глубиной деформированного слоя под обработанной поверхностью и величиной касательных напряжений на участке 3 режущего лезвия (см. «Шероховатость обработки поверхностей на токарном станке,» зона А, рис. 3), т.е. со значением составляющих силы резания Py и Px.

Механизм формирования микронеровностей во втором (высоком) скоростном диапазоне (30 – 100 м/мин) связан с увеличивающейся теплопроводностью этих сталей, точнее с изменением отношения λи/λст. Это отношение определяет долю (процентное отношение) хрупкого или вязкого разрушения в предложенной модели механизма формирования высоты микронеровности (см. «Шероховатость обработки поверхностей на токарном станке«, зона А, рис. 2) во взаимосвязи с температурной прочностью сталей. На рис. 5 приведены зависимости коэффициента теплопроводности и прочности стали 14Х17Н2 от температуры по данным справочника “Марочник сталей и сплавов” Зубченко А.С.

Рис. 5. Зависимость коэффициента теплопроводности и прочности стали 14Х17Н2 от температуры по данным справочника “Марочник сталей и сплавов” Зубченко А.С.

Характер графических зависимостей (рис. 5) объясняет увеличение параметра шероховатости поверхности детали при увеличении скорости резания от 30 м/мин до 100 м/мин во втором диапазоне, что на первый взгляд кажется «парадоксом». Это не парадокс, а особенность изменения коэффициента теплопроводности коррозионностойких сталей от температуры. В момент увеличения скорости резания при токарной обработке во втором скоростном диапазоне увеличивается температура в зоне резания, но одновременно с этим, по причине увеличения коэффициента теплопроводности, увеличивается отток тепла из зоны резания, (см. «Шероховатость обработки поверхностей на токарном станке«, зона А, рис. 3), что способствует повышению температурной прочности стали и увеличивает долю хрупкого разрушения в механизме формирования микронеровности обработанной поверхности.

Это согласуется с металловедческим аспектом Гуляева А.П. “Металловедение”, об изменении температурного интервала характера разрушения (порога хладноломкости нержавеющих сталей, имеющих объёмноцентрированную кубическую или гексогональную решётку, когда вязкое разрушение при высокой температуре сменяется хрупким.

Теплостойкость резца и скорость резания при токарной обработки

Главнейшим свойством материала резца, влияющим на скорость резания, является его «теплостойкость», т. е. способность сохранять необходимую твердость при нагреве теплотой резания.

Углы и другие элементы резца влияют на скорость резания следующим образом. При сравнительно небольшом угле резания стружка давит на переднюю поверхность резца с меньшей силой, чем при большем угле. Это способствует понижению выделяющейся теплоты и обеспечивает возможность повышения скорости резания. Но одновременно с уменьшением угла резания уменьшается и угол заострения резца, что приводит к понижению теплоотводящей способности резца и его прочности.

С уменьшением главного угла в плане скорость резания при токарной обработке, допускаемая резцом, увеличивается. Это объясняется тем, что одновременно с уменьшением главного угла в плане (при тех же глубине резания и подаче) увеличивается ширина среза, что обусловливает увеличение длины работающего участка режущей кромки резца и улучшает поглощение им теплоты резания. Однако с уменьшением главного угла в плане возрастает радиальная сила резания, что может вызвать вибрации, ускоряющие разрушение режущей кромки резца.

Увеличение радиуса закругления вершины резца способствует увеличению скорости резания, так как повышает теплоотводящую способность резца. Увеличение поперечного сечения резца способствует повышению допустимой им скорости резания, так как при этом возрастает способность резца поглощать теплоту резания.

Изменение толщины и ширины среза при неизменном его сечении по-разному влияет на скорость резания. При увеличении толщины среза и соответственном уменьшении его ширины, т. е. и длины работающего участка режущей кромки, ухудшаются условия поглощения теплоты резания резцом, его стойкость понижается. Наоборот, при увеличении ширины среза в резании участвует более длинный участок режущей кромки резца, что повышает его стойкость. Из сказанного вытекает, что для повышения скорости резания выгодно работать с тонкими и широкими стружками. Это может быть достигнуто без изменения сечения среза уменьшением подачи и соответствующим увеличением глубины резания или уменьшением главного угла в плане. Применение первого способа ограничивается припуском на обработку, а второго — вибрациями, возникающими вследствие увеличения радиальной силы резания.

Правильное применение охлаждения дает возможность повысить скорость резания при токарной обработке. Если жидкость поступает к месту образования стружки непрерывной струей в количестве 10—15 л/мин, то при обработке быстрорежущим резцом стали скорость резания может быть повышена в среднем на 20—25%, а при обработке чугуна — на 10—15%. Меньшее повышение скорости резания при обработке чугуна объясняется тем, что в данном случае основной причиной износа резца является его истирание, а не температура резания.

Источник