Эффективность использования резцов зависит от многих факторов, в том числе от правильного выбора конструкции и размеров резца, геометрических параметров и формы режущих элементов, оборудования и оснастки, режимов обработки, способа охлаждения зоны резания и т. д. В производственных условиях только небольшое число переменных факторов можно выбирать или назначать; остальные факторы (например, форма и размеры обрабатываемой заготовки, тип станка и т. д.) определены жесткими условиями производства. Выбор наивыгоднейших условий обработки при небольшом числе переменных факторов казалось бы упрощается, но и при этом выбор того или иного сочетания факторов может иметь лишь ориентировочный характер. Окончательно режимы и условия обработки следует отрабатывать практически.
Существует ряд общих правил, которые необходимо учитывать при эксплуатации резцов. Обработку следует производить на станках достаточной жесткости, точности и быстроходности, система инструмент — приспособление — деталь должна обладать наибольшей возможной жесткостью, для чего необходимо стремиться закреплять обрабатываемую деталь в патронах, а не в центрах, в крайнем случае (при обработке длинных деталей с соотношением длины к диаметру больше 6), зажимать один конец детали в патроне, другой — поджимать центром (только за счет этого поперечная жесткость закрепленной детали значительно возрастает), вылет резца из резцедержателя или оправки сводить к минимуму и т. д. При строгании, например, вылет резца не рекомендуется делать больше чем (1,8 **-2) Н для отогнутых й (0,8-г-1,0) Я для прямых резцов (Н — высота резца).
Режимы резания назначают в приведенной в гл. 1 последовательности. Так, глубина резания определяется припуском на обработку. Обычно обработку стремятся производить за один проход, однако из-за недостаточной мощности станка, прочности механизма его подачи, точности обработки это не всегда возможно. Подачу для каждого случая черновой обработки также следует выбирать максимально возможной. При этом подача зависит от обрабатываемого материала, размеров заготовки и инструмента, глубины резания и некоторых других условий обработки. Ориентировочные значения подачи для чернового точения некоторых, наиболее распространенных материалов приведены в табл. 4.6 и табл. 4.7.
При получистовом и чистовом точении подача (мм/об) определяется из зависимости
CsRzvru
где Cs — коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала и подачи; Rz — параметр шероховатости поверхности, мкм; х, у, г, и — показатели степени.
Значения коэффициента Cs и показателей степени х, у, г, и при чистовом точении стали и чугуна приведены в табл. 4.8. Зная глубину резания и подачу, а следовательно, и сечение среза,
Ориентировочные значения подачи (мм/об) для чернового точения конструкционных углеродистых сталей, стального и чугунного литья
Диаметр заготовки, мм |
Глубина резания t, мм |
|||
До 5 |
5-8 |
8—12 |
12—30 |
|
18 |
<0,25 |
|||
30 |
0,2—0,5 |
|||
50 |
0,4—0,8 |
0,3—0,6 |
||
80 |
0,6—1,2 |
0,5—1,0 |
||
120 |
1,0-1,6 |
0,7—1,3 |
0,5—1,0 |
|
180 |
1,4—2,8 |
1,1—1,8 |
0,8—1,5 |
|
260 |
1,8—2,6 |
1,5—2,0 |
1,1-2,0 |
1,0—1,5 |
360 |
2,0—3,0 |
1,8—2,8 |
1,5—2,5 |
1,3-2,0 |
360 |
— |
2,5—3,0 |
2,0—3,0 |
1,5-2,5 |
Примечание.
Ббльшие значения подач принимать для обработки мягких сталей при работе в центрах с отношением длины к диаметру заготовки меньше 6 или в патроне о отношением длины вылета из патрона к диаметру заготовки меньше 2.
Таблица 4.7
Ориентировочные значения подачи (мм/об) для чернового точения труднообрабатываемых материалов с (Тв < 900 МПа [44]
Диаметр заготовки, мм |
Глубина резания t, мм |
|||
До 2 |
До 5 |
До ю |
Св. 10 |
|
20 50 100 200 500 |
0,2—0,3 0,3-0,4 0,4-1,8 0,5-1,2 0,65—1,5 |
0,2—0,3 0,3—0,5 0,4—1,0 0,6-1,2 |
0,2-0,4 0,3-0,Й 0,5-1,0 |
0,5-0,6 0,5—0,8 |
Примечание. К труднообрабатываемым материалам, для которых рекомендована подача, отнесены теплостойкие хромоникелевые, хромомолибденовые, сложнолегирован — ные перлитного, ферритного, мартенситно-ферритного, мартенситного, аустенит — ного, аустенитно-мартенситного классов стали. |
можно подобрать поперечное сечение резца, руководствуясь данными, приведенным в табл. 4.3.
Скорость резания выбирается по нормативам в зависимости от требуемого периода стойкости резца 7 глубины резания, подачи, твердости обрабатываемого материала и ряда других факторов, влияние которых будет рассмотрено ниже.
Таблица 4.8 Значения коэффициента Са и показателей степени х, у, г, и при чистовом точении стали и чугуна
|
При продольном точении, растачивании и строгании на продольно-строгальных станках скорость резания может быть определена по формуле
V = т ———————— —
Т t °‘s v'(HB/2.00)
Здесь Т — средняя стойкость проходных и подрезных резцов; при обработке стали и чугуна она составляет 25—60 мин; m — показатель степени; для резцов из быстрорежущих сталей при обработке сталей и чугунов m — 0,1 +0,25, при обработке алюминия m = 0,3; для резцов, оснащенных твердым сплавом, пг = = 0,125-!-0,33; п — показатель степени; при обработке углеродистых сталей с НВ < 130 п = 1, сталей с НВ > 130 п = 1,75; для легированных сталей, чугуна, медных сплавов п — 1,5, для жаропрочных сплавов п — 0; CVl, xv„ yVl — значения находятся из табл. 4.9; —k9 — поправочные коэффициенты; коэффициент k1 отражает влияние поперечных размеров резца. При обработке стали = (<7/600)0-04, где q — площадь сечения резца, мм2.
Коэффициент k2 отражает влияние главного угла в плане ср; при обработке стали, стального литья, алюминевых и магнитных сплавов быстрорежущими резцами k2 = (45/tp°)0’6; при обработке этих же металлов резцами из твердых сплавов группы ТК = = (45/ф°)0’3; при обработке всех материалов резцами из твердых сплавов группы В К k% = (45/ф°)0’45.
Коэффициент ka отражает влияние вспомогательного угла в плане; для резцов из быстрорежущих сталей ka = (10/фі)0>0®; для резцов из твердых сплавов к3 = (15/фї)0,09-
Коэффициент &4 отражает влияние радиуса при вершине резца. При грубой обработке стали, алюминиевых и медных сплавов А:4 = (г/2)01; для получистовой обработки этих же материалов ki = (г/2)0’2; при получистовой обработке чугуна и медных сплавов = (г/2)0’08.
Коэффициент kb отражает влияние инструментального материала. Для быстрорежущих сталей и твердых сплавов марок Т15К6 и ВК8 k6 — 1,0; для сплава марки Т5К10 kb — 0,73, для сплавов марки Т14К8 при грубой обработке Л6 = 0,85.
Значения коэффициентов CVi, xVx и yVt в зависимости от обрабатываемого материала для резцов из быстрорежущей стали и твердого сплава
Условия обработки |
||||||||
Обрабатываемый материал |
Материал инструмента |
Подача, мм/об |
с охлаждением |
без |
охлаждения |
|||
cvt |
хь |
Уъл |
УЪ |
|||||
Сталь, алюминиевые и магниевые сплавы |
s^0,25 >0,25 |
96,2 60,8 |
0,25 |
0,33 0,66 |
52,5 42,0 |
0,25 |
0,50 0,66 |
|
Чугун ковкий |
Быстроре жущая сталь |
V/A ОО Vs То СЛ СЛ |
55.4 47.4 |
0,2 |
0,25 0,5 |
42,6 24,5 |
0,2 |
0,4 |
Чугун серый и медные сплавы |
Получистовая обработка Грубая обработка |
— |
— |
— |
34, 32,6 |
0,15 |
0,3 0,4 |
|
Сплав ХН78Т |
Прерывистая обработка |
20,5 |
0,15 |
0,45 |
— |
— |
— |
|
Чугун и медные сплавы |
Твердый сплав |
^0,3 >0,3 |
133 123 |
0,22 |
0,40 0,50 |
126 112 |
0,22 |
0,40 0,50 |
Титановый сплав ВТ4 с ав = =; 1000 МПа |
0,08—0,4 |
— |
— |
— |
97 |
0,06 |
0,3 |
|
Сталь, алюминий, магниевые сплавы |
^0,3 0,3—0,75 >0,75 |
257 294 285 |
0,18 |
0,20 0,35 0,45 |
242 267 259 |
0,18 |
0,20 0,35 0,45 |
Режимы резания для резцов, оснащенных сверхтвердыми синтетическими материалами
|
Чугун с НВ ^ 200: СЧ 18-36 СЧ 21-40 СЧ 26-52 |
Исмит Эльбор-Р Гексанит-Р Композит 02 |
200—500 200—600 150—300 400—600 |
0,02—0,2 0,08—0,2 0,02—0,15 0,03—0,04 |
0,1—0,5 0,05—0,2 До 0,7 0.4 |
360—150 60—100 |
0,32—2,5 1,25 2,5 |
Чугун высокопрочный с НВ ^ 600 марки КЧ 34-10 |
Исмит |
300—500 |
0,02—0,15 |
0,1—0,5 |
120—50 |
0,63—2,5 |
Твердые сплавы группы ВК |
Гексанит-Р АСПК, АСБ |
25—50 10—30 |
0,02—0,15 0,02—0,07 |
0,05—0,2 0,1—0,15 |
10—20 |
0,16—1,25 |
Титановые сплавы |
АСПК, АСБ |
80—100 |
0,02—0,07 |
0,1—0,4 |
— |
— |
Керамика |
АСПК, АСБ |
200—300 |
0,04—0,07 |
0,3—0,5 |
— |
— |
Стеклопластики и пластмассы |
АСПК, АСБ |
300—600 |
0,02—0,07 |
0,1-1,о |
— |
— |
Высококремнистые и цветные сплавы |
АСПК АСБ |
300—700 150—300 |
0,02—0,07 0,02—0,07 |
0,05—0,5 0,05—0,5 |
— |
— |
Примечание. Режимы резани* приведены для работы без охлаждения. |
153 |
Коэффициент kt отражает влияние обрабатываемого материала. Для углеродистой стали с массовой долей углерода С < 0,6% и чугунов £6 = 1; для углеродистых сталей с С > 0,6% ka = 0,85; для автоматных сталей k6 = 1,2, для хромистых, хромоникелевых, хромованадиевых, хромомолибденовых сталей кй= 1,1, для марганцовистых, хромомарганцовистых и т. д. сталей kt = 0,9; для нержавеющих и быстрорежущих сталей ka = 0,65, для алюминия, силумина ke =■ 5.
Коэффициент k, отражает влияние вида обработки материала заготовки. Для холоднокатаного металла k7 = 1,1, для горячекатаного и нормализованного металла k, = 1,0, для отожженного металла k7 = 0,9.
Коэффициент k8 отражает влияние состояния обрабатываемой поверхности. Для стали и стального литья без окалины, чугуна без корки ks = 1,0; для стали и литья с окалиной &8 = 0,9.
Коэффициент k„ отражает влияние формы передней поверхности. Для плоской передней поверхности = 1,0; для радиусной kB = 1,05; для плоской или радиусной поверхности с фас-
Таблица 4.11 Режимы резания для токарных проходных резцов, оснащенных неперетачиваемыми многогранными твердосплавными пластинками [30] при обработке стали 45
|
кой Лв=1,15; для плоской формы с отрицательным (от —5° передним углом = 1,2.
Режимы резания для резцов, оснащенных сверхтвердыми синтетическими материалами и токарных проходных резцов, оснащенных неперетачиваемыми, многогранными твердосплавными пластинками, приведены соответственно в табл, 4.10 и 4.11.
Выбранные по нормативам или рассчитанные по формулам ре* жимы резания должны быть согласованы с паспортными данными станка, поэтому реальные режимы могут несколько отличаться от расчетных.
Таблица 4.12 Значения коэффициентов СРг, ХРг^ уРг в зависимости от обрабатываемого материала |
Обрабатываемы:’; материал |
СР2 |
хРг |
уРш |
Сталь 45 |
320 |
0,96 |
0,71 |
1X18H9T |
330 |
0,87 |
0,80 |
2X13 |
340 |
0,89 |
0,77 |
BT2 |
300 |
0,89 |
0,73 |
При назначении режимов резания необходимо учитывать и особенности эксплуатации отдельных видов резцов. Так, при строгании начало каждого нового рабочего хода сопровождается ударом. Это вызывает появление в резце переменных напряжений и создает более тяжелые условия его работы по сравнению с токарным. Большие динамические нагрузки, возникающие при возвратнопоступательных движениях, не позволяют применять высокие скорости резания. Так, для про — дольно-строгальных станков скорость резания v = 1,5-т-8 м/мин, для поперечно-строгальных станков v = 4,0-7-140 м/мин. Отрезные и прорезные резцы также работают в неблагоприятных условиях, которые определяются малой прочностью головки резца, повышенной площадью трения, характером стружкообразования и отвода стружки, малой поперечной жесткостью станка и т. д.
Соответственно необходимо устанавливать и режимы резания отрезными резцами с учетом этих особенностей: глубина резания, определяемая шириной резца а, выбирается в зависимости от диаметра обработки в пределах 3—15 мм, поперечная подача выбирается в зависимости от ширины а резца, диаметра обработки £>иЭД и обрабатываемого материала. Поперечная подача резца s (мм/об), выбранная для обработки стали, стального литья и чугуна, приведена ниже.
Сталь, сталь* Чугун
ное литье
й = З-f-5 мм (-^изд == 20-г-60 мм) •••••• 0,06—0,16 0,11—0,24
а = Ю-т-12 мм (£>изд = 60-ь 200 мм). 0,16—0,32 0,24—0,45
а= 12-5-15 мм (£>изд = 200 мм и выше) . . • 0,32—0,36 0,45—0,55
Режимы резания в условиях малой жесткости СПИД и при растачивании отверстий малых диаметров должны быть значительно снижены из-за опасности возникновения вибраций. В этих
Допустимый износ h3 (мм) быстрорежущих резцов
|
Таблица 4.14 Допустимый износ h3 (мм) твердосплавных резцов
|
Формы заточки передней поверхности резцов из быстрорежущей стали (по ГОСТ 18868—73)
Форма передней поверхности
Обрабатываемый материал
Вид |
Номер поверхности, эскиз
Плоская, с положительным передним углом |
II |
Сталь с ав *= 800 МПа, серый чугун НВ 220, "бронза и другие хрупкие материалы
Сталь с cr- > 800 МПа, чугун НВ 220
III
Криволинейная, с фаской |
Сталь в <7В = 800 МПа, вязкие цветные металлы и легкие сплавы при необходимости завивания стружки
Форма передней поверхности |
Обрабатываемый материал |
|
Вид |
Номер поверхности, эскиз |
|
Криволинейная |
1У |
Материалы сав = 800+ + 1000 МПа |
случаях рекомендуется глубину резания назначать до 0,3 мм, а оптимальное значение подачи уточнять при работе, так как при слишком малой подаче s < 0,05 мм/об или при слишком большой усиливается интенсивность вибраций; значения угла в плане должны находиться при этом в пределах 40° < ф с 75ч-80°, резец во избежание повышения интенсивности вибраций следует устанавливать выше центра на 1—1,5% от диаметра обрабатываемого отверстия.
Сила резания при точении рассчитывается по формуле
Рг = Cp/^su^HBnp^kukvkrkvkh.
Значения Срг, Хрг и у„2 выбираются по табл. 4.12. Показатель степени Прг при обработке сталей с НВ < 170 равен 0,35, при обработке сталей с НВ > 170 пРг = 0,75, при обработке чугуна Прг = 0,55.
Для отожженной горячекатаной стали поправочный коэффициент &м = 1, для алюминия и силуминов kH = 0,2. Коэффициенты Л,, и kr аналогичны коэффициентам и kt для стойкости, но имеют, в отличие от последних, показатели степени в соответствующих зависимостях при обработке стали, алюминиевых и магниевых сплавов, равные 0,1 и 0,07. Коэффициент kv учитывает влияние переднего угла и при у = 0 принимает значение kv — 1; при у = —8° kv — 1,1 и при у = +8° kv = 0,9. Коэффициент kh учитывает влияние износа резца и при h3 = 0,5 мм принимает значение kh = 0,93; при hs = 1,5 мм (обработка стали) и при h3 = 1 мм k3 = 0,82; при h3 — 3,0 мм (обработка чугуна) k„ = 0,9.
Допустимый износ Л3 быстрорежущих и твердосплавных резцов для различных условий обработки приведен в табл. 4.13 и 4.14.
Формы заточки передней поверхности резцов с налаянными пластинками из твердого сплава (по ГОСТ 18877—73)
Форма передней поверхности
Вид |
Номер поверхности, эскиз |
Обрабатываемый материал
Плоская, с положительным передним углом |
Серый чугун, бронза и другие хрупкие материалы
Плоская, с отрицательной фаской |
Па |
Плоская, е отрицательной фаской и припайным сТружколомом |
Сталь и стальное литье с <тв<^ 800 МПа при необходимости завивания и дробления стружки |
Ковкий чугун, сталь и стальное ЛйТье с ^ 800 МҐТа, а также обработка при недостаточной жесткости технологической системы. Для отвода и дробления стружки бпедует применять стружколом
Форма передней поверхности
Вид |
Номер поверхности, эскиз |
Обрабатываемый материал
Криволинейная, с отрицательной фаской |
Сталь са0^ 800 МПа при необходимости завивания и дробления стружки
А-А_ |
111а |
Шб |
Плоская, с мелкоразмерной лункой и у = 0° Плоская, с мелкоразмерной лункой и у = — 5° |
Сталь и стальное литье сав^ 600 МПа
Сталь и стальное литье с <г„ = 600-ь 800 МПа
Плоская, с отрицательным передним углом |
Сталь и стальное литье с ав =з 800 МПа и загрязненное неметаллическими включениями (черновая обработка). Работа с ударами в условиях жесткой технологической системы
ОЛ…О. З |
Криволинейная, с отрицательной фаской |
Нержавеющая с ав = 850 МПа |
сталь |
Форма передней поверхности |
Обрабатываемый материал |
Номер поверхности, эскиз |
Вид |
VI |
0,1…0,3 |
Материалы с св = = 700-г-1000 МПа |
Via |
0,15…0,40 |
2…J |
…10 |
Криволинейная, с отрицательной фаской |
Материалы с ав < < 1300 МПа |
VI6 |
0…(-5°) |
0,15… 0Л0 |
3…S9 |
Материалы G ав < < 1200 МПа |
VII |
Плоская, с отрицательным передним углом |
Материалы о сгв £> > 1200 МПа |
6 Г. В. Филиппов |
161 |
Геометрические параметры режущей части токарных проходных резцов, оснащённых многогранными твердосплавными пластинками [34], в зависимости от обрабатываемого материала
|
Составляющие силы резания Ру и Рх (при <р = 45°; Я = 0; ч/ = 15°) могут быть определены из зависимостей:
Ру = (0,4 — 0,5) Рг; Рх = (0,3 — 0,4) Рг.
При затуплении резца значения Ру и Рх возрастают и достигают (0,75-f-l) Рг. Это обстоятельство можно использовать для определения состояния режущей кромки путем измерения составляющих Ру или Рх.
Эффективная мощность резания (кВт) определяется либо по нормативам, либо рассчитывается по формуле
Переточка затупившихся резцов, а также заточка резцов, централизованно выпускаемых промышленностью, может в значительной степени повысить эффективность обработки за счет придания режущим кромкам оптимальной геометрии. Ориентировочные значения оптимальных геометрических параметров токарных проходных резцов, рекомендуемые для различных условий обработки, приведены в табл. 4.15—4.17.
При переточках резцов, оснащенных сверхтвердыми синтетическими материалами, должны быть обеспечены следующие параметры режущей части: у = — Юн—20°; а= 10-5-20°; ах = = 10-15°; <р = 30-І-600; Фх = 10^-20°; А, = 0ч-5°; г = 0,1-=-0,6 мм. Параметр шероховатости поверхности резцов, оснащенных эль — бором Р, белбором Р и исмитом, должен соответствовать Ra <$ «0,32 мкм. У резцов, оснащенных гексанитом, задние (главная и вспомогательная) поверхности и радиус при вершине г должны быть доведены: параметр шероховатости #а^0,16 мкм.
При доводке после заточки передней и задней поверхностей, а также радиуса при вершине у резцов, оснащенных гексанитом Р, во избежание появления микротрещин, выкрашиваний и перегрева поверхности рекомендуется использовать алмазные круги АЧК 150×10 x 32 ACM 28/20 на связке БР, 100%-ной концентрации.