книги / Обработка резанием с вибрациями книга

передний угол уь■Вычисление скорости нарастания се­

чения срезаемого слоя по формуле (5.4) предполагает характер изменения толщины среза на участке It пря­

молинейным. Однако при резании с вибрациями в большинстве случаев он косит нелинейный характер, т. е. скорость нарастания сечения среза является пере­ менной величиной. Таким образом, скорость нарастания сечения среза является комплексным показателем, учи­

тывающим характер изменения	площади	срезаемого
слоя по мере резания. При	const это	определяет

изменение толщины срезаемого слоя на первом участке резания: если наружная граница срезаемого слоя пря­ молинейна, то изменение толщины срезаемого слоя оп­ ределяется углом V. Кроме того, Vf зависит от скорости

резания при снятии заданного профиля срезаемого слоя и от рабочего переднего угла.

Как показывают результаты кинематического ана­ лиза резания с вибрациями, в большинстве случаев, когда сдвиг фаз значительно отличается от 0,5, перво­ начальная встреча режущего клина инструмента с обрабатываемым материалом происходит по точкам S или /, расположенным на главной режущей кромке; при определенной нежесткости системы последователь­ ность встречи будет следующая: контакт по точке S или Т; упругая деформация системы СПИД и пласти­

ческая деформация обрабатываемого материала, при­ водящие к контакту по линии S —Г, т. е. по главной режущей кромке; нарастание сечения срезаемого слоя — до максимального.

Наиболее полные экспериментальные исследования влияния условий врезания и выхода проведены для опе­ раций фрезерования Н. И. Резниковым [34], в которых исследовано влияние точки первоначального контакта и скорости нарастания сечения среза на стойкость тор­ цевых фрез, оснащенных твердым сплавом ВК8, при обработке стали XJ8H9T, Автор делает вывод (рис. 69), что решающее значение на стойкость инструмента ока­ зывает вид первоначального контакта. Наибольшие значения стойкости имеют место при удалении точки первоначального контакта от вершины режущей кром­ ки, т. е. при U и Г-контакте. Скорость нарастания

сечения среза Н. И. Резников считает величиной, мало влияющей на стойкость фрез, так как снижение О/ не

приводит к росту стойкости/Однако влияние этой ве­ личины заметно при переходе от Г-контакта к более лучшему [/-контакту, когда происходит снижение стой­ кости за счет резкого увеличения о/. Ухудшение усло­ вий выхода инструмента, т. е. переход от попутного к встречному фрезерованию при одном и том же К-кон- такте, ведет к снижению стойкости фрез. Встречное фрезерование характеризуется врезанием с малой тол­ щиной среза, где решающее отрицательное значение приобретает радиус скругления режущей кромки р; при этом выход инструмента происходит резко при до­ статочно большой толщине среза. Это показывает, что условия входа режущей кромки в крайне тонкий слой, когда решающее значение имеет радиус скругления р, и условия выхода инструмента оказывают большее вли­ яние на стойкость фрез, чем скорость нарастания сече­ ния среза. Очевидно, влияние Vf наиболее существенно,

начиная со значений е, исключающих решающее влия­ ние радиуса скругления режущей кромки, до весьма больших значений е (порядка 90°); оно также повы­ шается с ростом жесткости системы, так как при малой жесткости передняя поверхность инструмента при вре­ зании «самоустанавливается» по поверхности встречи обрабатываемого материала.

Исследования, проведенные в ЭНИМСе А. О. Этин Х6], в МВТУ им. Баумана Л. А. Рождественским, пока­ зали, что на станках достаточной жесткости основным

фактором, определяющим стойкость	фрез,	является
скорость нарастания сечения срезаемого слоя.
Условия выхода инструмента (третий фактор преры­
вистого резания) также оказывают	большое	влияние
на стойкость инструмента.	ЦНИИТМАШа
Экспериментальные исследования

при торцевом фрезеровании сплавов ЭИ766 и ВТ6 твер­ дым сплавом ВК6М и быстрорежущей сталью Р9К10 также показали решающее влияние на стойкость инст­ румента и характер разгружения режущей кромки, т. е. тепловой и силовой нагрузки в момент выхода из заго­ товки в сочетании с жес+костью системы. Оптимальные условия обработки получаются при попутном фрезеро­ вании с выходом при минимальной толщине среза (с = =0,03-^0,06 мм), при которой не сказывается еще

скругление режущей кромки. Высокая температура на

выходе способствует привариванию стружки к передней поверхности режущего клина н отрыву ее вместе с ча­ стицами твердого сплава при последующем входе с ударом. Это особенно характерно для титановых спла­ вов, для которых температура на выходе достигает

750—800° С, а	схватывание наступает при температуре
около 700° С.	Степень отрицательного влияния этого

фактора определяется прочностью схватывания, т. е. видом материала заготовки и инструмента, давлением и температурой. Чем больше способность двух материа­ лов к схватыванию, тем при меньших давлении и темпе­ ратуре происходит процесс сваривания. Плавное умень­ шение сечения срезаемого слоя, т. е. снижение темпе­ ратуры и давления в момент выхода, улучшает условия прерывистого резания.

Кроме того, высокий градиент температуры при вы­ ходе режущего клина вызывает при встрече с окружаю­ щей средой высокие температурные напряжения, при­ водящие к образованию поверхностных микротрещин. Особо велико воздействие последнего фактора при применении СОЖ с высокой охлаждающей способно­ стью, например эмульсий. Напротив, подогрев горелкой за время холостого хода повышает стойкость фрез. Вследствие этих причин при одинаковых условиях ра­ боты в твердом сплаве Т15К6 при прерывистом резании возникают более высокие тепловые напряжения, чем в сплаве ВК8, так как коэффициент теплопроводности у него в 3 раза меньше, а коэффициент линейного расши­ рения и модуль упругости несколько больше. Это при­ водит к более высокой стойкости инструментов, осна­ щенных сплавом ВК8.

Помимо появления микротрещин, разрушению твер­ досплавного режущего клина при выходе способствует

воздействие	нормальной	составляющей	силы резания
на заднюю	поверхность	инструмента,	обусловленное

упругой деформацией обработанной поверхности и си­ стемой СПИД в целом.

Таким образом, условия выхода инструмента также определяются понятиями, аналогичными врезанию,— местом первоначального выхода из обрабатываемого металла передней поверхности инструмента и скоростью падения площади сечения срезаемого слоя при выходе vf iux. Наиболее неблагоприятные условия получаются

при выходе по точкам U и Т и лучшие — по точкам V и S. При первоначальном S -выходе, т. е. но вершине

передней поверхности, нагрузка воспринимается пло­ щадкой, удаленной от режущей кромки S—Т, а сила

отжима гасится участком KS вспомогательной режу­ щей кромки. Выход из-под нагрузки будет тем плавнее, чем больше как длина последнего участка резания 1щ7

так и рабочий передний угол

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТОЙКОСТИ ИНСТРУМЕНТА ПРИ ПРЕРЫВИСТОМ (РЕЗАНИИ

Многочисленными исследованиями показано, что между скоростью резания vp и периодом стойкости Т

при определенном критерии затупления существует од­ нозначная зависимость:

	m	(5-5)
	Vp
где С« — коэффициент, зависящий		от вида обрабаты­
ваемого материала, глубины резания, пода­
чи, геометрии заточки и материала инстру­
мента, СОЖ и т. д.;		стойкости — коэф­
пг — показатель	относительной
фициент,	показывающий	взаимную связь

скорости резания и периода стойкости при данных условиях обработки; его величина зависит от тех же факторов, что и коэффи­ циент С, а также от характера износа инстру­

мента.

Представленная формула является эмпирической. В настоящее время делаются попытки получить форму­ лы для вычисления 'периода стойкости на основе физи­ ческих закономерностей. Как показывают эксперимен­ тальные исследования, особенно большое влияние на стойкость инструмента как при обычном, так и при прерывистом резании оказывает температура; в ряде случаев она принимается за единственный фактор, определяющий стойкость инструмента. При обычном ре­ зании скорость резания является параметром, однознач­ но определяющим основные факторы, характеризующие стойкость, т. е. температуру резания, динамическую

напряженность зоны резания, условие трения на кон­ тактных поверхностях. Значительно труднее получить обобщенную стойкостную зависимость для прерывистого резания, имеющего места при резании с вибрациями, фрезеровании, строгании, вихревом нарезании резьб и других операциях. В этом случае температура в зоне резания определяется не только скоростью резания, но и длиной участка резания, а также соотношением вре­ мени резания tv и отдыха ta инструмента.

Для вывода [27] зависимости (Т — vP) для преры­

вистого резания используем два понятия. Относительный износ — это отношение наибольшей ширины фаски изно­ са по задней поверхности к длине пути резания [5. Ю] Мера износа gt в данный момент времени — отноше­

ние износа инструмента в этот момент к принятому кри - терию затупления. Согласно этому g = 0 в начальный момент резания для только что заточенного инструмен­ та и g —1 при достижении инструментом допустимого

износа в соответствии с принятым критерием затупле­ ния, после чего инструмент должен быть снят на пере­ точку. Мера износа gt является неубывающей функцией

времени, так как в процессе износа самопроизвольного восстановления режущей кромки не происходит. Тогда интенсивность износа определяется в общем виде функ­ цией

0 .6 )

При этом принято, что скорость изнашивания не за ­ висит от состояния контактной поверхности трения в данный момент и не определяется предыдущим нагру­ жением инструмента в процессе резания. Таким обра­ зом, в каждый момент времени скорость изнашивания целиком определяется мгновенными значениями таких физических параметров, как мера износа g, скорость резания Üp, температура 0, сила резания Я, коэффици­ ент трения ц. Общий износ за время t находится непо­

средственным суммированием элементарных «поврежде­ ний», вызванных на каждом бесконечно малом отрезке dt. Износ в момент времени t будет

t	(5.7>
G-jfte. VP, е, p , u ) à t .

о

Период стойкости инструмента, т. е, время его ра­ боты, в течение которого достигается заданный крите­ рий затупления, получается при g —1, т. е.

{tig, vp. 6, Л Л)Я - 1.	(5.8)
о

Покажем на частном примере (рассмотрении обыч­ ного резания) предложенную методику определения стойкости. При стационарном резании все физические параметры в зоне резания сохраняются постоянными. По условиям линейного суммирования мера износа и скорость изнашивания в момент времени t

где

Так как

то

_

8 ( 0 - -J7.

о< t < т.

TJ	—	cv
	-
		m
		P
1
m		1*.
иР			tl
Св

\

m

Vp

(5.9)

(5.10)

(5.11)

(5.12)

Как и следовало ожидать, нз условия (4.12) следует ранее написанное выражение для стойкости, так как

т—

Щ

Î	d t ~ l , т. е.	Т -	(5-13)
		m

*>Р

Аналогично может быть определена стойкость ин­ струмента для так называемых квазистационарных про­ цессов резания, которые характеризуются малым изме­ нением tip(f), S0(ü). ((<), когда физические условия воз­ действия на режущий клин не отличаются от условий обычного резания. Такие условия имеют место при не­ прерывном процессе резания с низкочастотными вибра­ циями, а также при механической обработке фасонных

поверхностей на станках с копирами или программным управлением. В этом случае скорость изнашивания ха­ рактеризуется функцией

àg _ 1

dt ' T{t) ’

откуда мера износа к моменту времени t t I

(S-H)

В процессе непрерывного резания с осевыми низко­ частотными вибрациями прежде всего меняется толщи­ на среза; все остальные параметры резания в первом приближении можно принять постоянными. Используем эмпирическую зависимость для обычного процесса ре­ зания:

Г = - р ^ — .

<5.15)

s* t*

Это допустимо для рассмотрения процесса резания с низкочастотными вибрациями, когда параметры vP, So, t являются переменными во времени, однако скорость

их изменения настолько мала, что условия на трущихся поверхностях в каждый момент времени не отличаются от условий (0, P, f 3) при обычном резании с постоян­

ными So= S0(*/); *р= Ы П -

С учетом предположения о линейном суммировании износа условием для определения стойкости инструмен­ та при резании с низкочастотными вибрациями Т\ будет

г«	1
J V	(0 S ? (g ff( 0 < « = c e
о
при S0(tf) =5o-bAS<>sin(at, где ©— —			и иj,—const, iv=
=const, интеграл можно представить так:
		1
+ AS0sin at]**dt -		#	Tt

+ AS0sinorff»

C„

или в силу периодичности функции

	Т. —		Со^в
		о а	I$« + AS0 sîn - i \ * d t
	Т_		A50sin lu/fM/.
	T,	\
			‘о •>

Таким образом, при {Хль<1 Т9>Т, т. е. при той же

скорости резания и объеме снимаемого материала в единицу времени получаем выигрыш по стойкости инст­

румента,	так как	практически	всегда показатель х0<1
и составляет .кь^О.Зч-ОД в случае, если				jtb> 1,	то по­
лучаем,	напротив,	снижение	стойкости,	т. е.	Тв <Т.

В частном случае, когда х0= 1, имеет место сохранение стойкости:

— =-	f SjU -J- —— f		= 1
T e	S ^ J	S J 0 J	t0

T.e. T = Te.

Вкачестве примера можно рассмотреть резание на участке с линейно меняющейся толщиной среза, когда

Tt

a^to

хо"Н 1*

Из формулы видно, что при *о=1 при непрерывном резании с вибрациями получается та же стойкость, что и при обычном резании. При *о=0 формула дает тот же результат. Это естественно, так как в этом случае отсутствует влияние на стойкость толщины среза.

Качественно другие условия для определения стойко­ сти инструмента получаются при прерывистом реза­ нии с вибрациями; в этом случае между перзичными технологическими параметрами vp, S 0>t и физическими условиями в зоне резания g, 6, Р, р не существует

взаимнооднозначной связи. Выше было показано, что одна и та же температура при обычном резании может

быть достигнута при различных сочетаниях v—SQ; то

же самое имеет место и при прерывистом резании с вибрациями. В этом случае для определения стойкостной зависимости в общем виде необходимо установить по характеру движения инструмента закон изменения каждого из физических параметров, а также определить функциональную взаимосвязь между ними. Это в общем случае — сложная задача, тем нс менее во многих слу­ чаях оказывается достаточным из всей совокупности па­ раметров выделить один-два решающих, определяющих прежде всего стойкость инструмента. Правильность определения решающих физических факторов прове­ ряется экспериментально.

Типовая осциллограмма сил и температуры яри пре­ рывистом резании дана на рис. 39, где видно, что при скорости резания 20 м/мин отношение времени дости­ жения стабильного значения силы tptT и стабильного

значения температуры i®T составляет только 0,02—0,05.

т. е. сила резания достигает стабильного максимального значения в то время, когда температура в зоне резания не превышает 0,1—0,25 установившегося значения. При этом надо отметить, что в нашем случае за счет вреза­ ния прирост силы резания крайне невелик (4—8%), по­ этому можно считать, что как при непрерывном, так и при прерывистом процессе резания силы резания неиз­ менны. Будем считать также аналогично силам резания, что коэффициент трения также является малоинерциониым параметром; его величина в каждый данный мо­ мент отвечает мгновенным значениям силы, температу­ ры и скорости резания.

Таким образом, обобщенная стойкостная зависимость

для прерывистого резания может быть получена, если из

О

зависимости Т= —у- выделить влияние температуры, nO-

ir5*

р

тому что она зависит от характера движения инстру­ мента и в общем случае не совпадает с температурой в установившемся состоянии. Большое количество ранее выполненных исследований для обычного процесса реза­ ния [13, 34] показывает, что между стойкостью Т и

температурой 8 имеет место следующая зависимость;

Т =

;

8 =* Ctvp.

(5.16)

r e y .23		1
Ув ~ \3 2 3 /	<0.26 c0.58 ’
	*	o

Исходя из этого для прерывистого резания полу­ чаем следующую обобщенную стойкостную зависимость:

где у — показатель, определяющий влияние темпера­

туры в зоне резания и всех связанных с ней параметров на стойкость инструмента;

х — показатель, определяющий влияние скоростей

резания и всех связанных с нею факторов, исключая температуру, на стойкость инстру­ мента.

Формула (5.17), как широко принятая для опреде­ ления стойкости (5.9), является эмпирической. Вмесге с тем она является более общей, так как, имея в своем составе температуру, она применима, на основе пред­ положения о линейном суммировании износа, для определения стойкости как при обычном стационарном резании, так и для установившегося прерывистого реза­ ния. Используем ее для расчета прерывистого процес­ са резания с осевыми вибрациями. В этом случае ско­ рость резания может быть принята постоянной; тогда

скорость изнашивания и стойкость инструмента Тв в

каждый момент времени будут

^ J-0^(0 Л

о

Так как процесс резания является периодическим, причем продолжительность резания в каждом периоде равна Г (периоду колебаний), среднее значение подын­ тегральной функции 0В(О можно определить на участке одного периода колебаний. Полученная формула яв­ ляется основной для определения стойкости инструмента