–PAGE_BREAK–Если фактическая скорость окажется меньше VC=min, то как и в предыдущем случае будут потери и по производительности, и по себестоимости операции.
Если фактическая скорость резания -Vф окажется между VQ=тах и VC=min, то тогда при критерии оптимизации по Qс уменьшается производительность, но при этом уменьшается себестоимость операции (своего рода компенсация за потери производительности). При критерии оптимизации Со, если V между VQ=тах и VC=min — себестоимость увеличивается, но при этом производительность растет (аналогичная компенсация за потери в себестоимости). Такой характер зависимости Qс, Со от V позволяет сформулировать следующий подход к выбору критерия оптимизации и установлению фактической скорости резания.
Если критерий оптимизации задан — Qс, то V должна быть несколько меньше VQ=тах (с учетом погрешности установки числа оборотов, дискретности чисел оборотов). Если критерий оптимизации — Со, то V должна быть несколько больше VC=min.
Если выбор критерия Qс или Со затруднен за расчетную оптимальную скорость следует принять среднюю между VQ=тах и VC=min.
4.Назначение и расчет режима резания.
4.1. Способы назначения режима резания.
С учетом вида производства (индивидуальное, серийное, массовое), его состояния и целей используются следующие способы назначения элементов режима резания:
1. Интуитивный
2. По усредненным таблицам
3. По нормативам (справочникам)
4. Опытный
5. Теоретический
6. С помощью информационных центров по режимам резания
7. Расчетный для оптимальной скорости резания
Режимы резания при обработке твердым сплавом.
Таблица 1.
№
Группа металлов
Средний уровень скоростей резания
Коэффициент относительной обрабатываемости
1
2
3
4
1
Магниевые сплавы
1000м/мш
10
2
Медные и алюминиевые сплавы (бронзы и дюралюмины)
500м/мин
5
3
Чугуны серые и ковкие, стали конструкционные
100м/мин
1
4
Жаропрочные и коррозионно-устойчивые аустенитные хромоникелевые стали
50м/мин
0,5
5
Жаростойкие и жаропрочные хромоникелевые сплавы
10м/мин
0,1
6
Антимагнитные и маломагнитные высокопрочные марганцовистые и хромомаргонцовистые стали
50м/мин
0,5
7
Высокопрочные закаленные стали (а=300-400кг/лш2). Термически обработанные чугуны.
20м/мин
0,2
8
Высокопрочные и коррозионно-устойчивые титановые сплавы.
25м/мин
0,25
9
Молибденовые сплавы (при пониженной стойкости инструмента (Т
50м/мин
0,5
10
Вольфрамовые сплавы (при пониженной стойкости инструмента (Т
2м/мин
0,02
Назначение режима резания по нормативам (справочникам) — основной способ для серийного и массового производства.
Экспериментальный способ самый достоверный, но и самый трудоемкий. Поэтому его применение оправдано только в условиях массового и серийного производства.
Теоретический способ применяется для новых материалов, для которых еще нет нормативов и когда по тем или иным соображениям нецелесообразно проводить эксперименты. Способ целесообразен для разработки технического обоснования на производство продукции из новых обрабатываемых материалов.
Расчетный способ определения оптимальной скорости рассматривается ниже.
4.2. Ограничивающие факторы при назначении режима резания.
Ограничение системы при назначении режима резания записываются в виде:
1) Nэф(V,S,t) [Nдв*η] (18)
Где: Nэф — эффективная мощность резания.
Nдв — мощность двигателя главного движения.
η — К.П.Д. станка.
2) Мкр(V,S,t) ≤ [МкР] (19)
где: Мкр — крутящий момент при резании.
3) Рz (V,S,t) ≤ [Рz] (20)
4) РX (V,S,t) ≤ [РX] (21)
5) Рy (V,S,t) ≤ [Рy] (22)
6) Rz(a) (V,S,t) ≤ [Rz(a)] (23)
7) δ(V,S,t) ≤ [δ] (24)
где: δ — погрешность обработки
8) Hn(V,S,t) ≤ [Hn] (25)
где: Hn — твердость поверхностного слоя
9) σвн(V,S,t) ≤ [σвн ] (26)
где: σвн — внутренние напряжения в поверхностном слое.
10) tшт(V,S,t) = tл (27)
4.3. Последовательность назначения элементов режима резания. Режим резания назначается в следующей последовательности: первой назначается глубина резания, второй — подача, третьей — скорость резания. Такая последовательность является рациональной с точки зрения главной цели — назначения оптимального режима резания.
4.4. Назначение глубины резания.
При назначении глубины резания необходимо учить зависимостей Rz(a)=f(t); =f(t); Pz=f(t); T=f(t), приведенных на рис. 5
Как следует из графиков при малой глубине резания (0,01-0,03мм) возможна потеря устойчивости процесса (резание-скольжение), что вызывает рост Rz(a); ; Pz и уменьшение Т. В этом случае резание недопустимо. При t>(0.01-0.03)мм сила Pz увеличивается, как правило, пропорционально, величина увеличивается, но незначительно, еще менее значимо растет Rz(a). При этом Т уменьшается, но незначительно. При больших глубинах резания — больше tтах возможны вибрации, существенно увеличивающие Rz(a), и уменьшающие стойкость инструмента. Поэтому резание при вибрациях недопустимо. Таким образом, назначаемая глубина резания должна находится в пределах от tmin до tтах.
4.5. Назначение подачи.
При назначении подачи необходимо учитывать ее влияние на Rz(a); ; Pz; Т. Обобщенный, наиболее вероятный характер
Как видно из графиков при малых подачах (0,01-0,03лш/об) наблюдается неустойчивое резание, резко ухудшающее все показатели Rz(a); ; Pz; Т. Поэтому назначаемая подача должна быть больше Smin. Подача назначается максимально возможной, но обеспечивающей заданную шероховатость обрабатываемой поверхности. Поэтому для назначения подачи необходимы опытные данные о величине шероховатости при различных условиях. Такие рекомендации для многих случаев содержатся в справочниках [11,13,14]. При отсутствии рекомендаций можно воспользоваться формулой [12]
(28)
где: r — радиус закругления вершины резца.
— разница между предельным значением угла , при котором прямолинейная часть вспомогательной режущей кромки участвует в образовании микронеровностей и фактической величиной угпа (при этом = arcsin S/2r; при = 0 следует принимать = 1; Формула (28) применима для обработки сталей со скоростью резания
10V(193 — м/мин)
При скоростях больше (193-м/мин) величина:
Rz = R — мкм (29)
При обработке с подачами, меньшими ОД лш/об, в формулы (28,29) нужно
подставлять S=0,1мм/об.
4.6. Расчет оптимальной скорости резания.
Для решения задачи расчета оптимальной скорости необходимо дать анализ формулами для критериев оптимизации:
Qc =
Co = t
S
Необходимо учесть, что Fд, , , tв, См, Sпри изменении скорости процесса для одной и той же операции не изменяются, т.е. постоянные величины. Переменными величинами являются tм, Т, S. Последняя (S) также является функцией tм, Т. Таким образом, все критерии оптимизации являются функцией tм, Т:
Q= f(t, Т) (30)
Со = f(t, Т) (31)
Su = f(t, Т) (32)
Необходимо учесть, что Т непосредственно связанно со скоростью согласно зависимости (1). Величина tм также зависит от скорости резания. В связи с этим представляется возможным функции (1 1,13,17) преобразовать в функции типа Q= f(Т), Со = f(Т), Su = f(Т).
Для этого раскроем содержание tм. На рис. 7 приведена схема операции (точение).
Для этого случая величина tм определяется по формуле:
(33)
где: l- длина обрабатываемой детали.
у — величина врезания
у — величина перебега
п — число оборотов заготовки
n = (34)
Если припуск снимается за несколько одинаковых проходов, формула (33) преобразуется в (35):
t(35)
где: П — величина припуска на операцию.
Подставляя последовательно в формулу (33) значение п из (34) получим:
t(36)
Заметим из (36), что все элементы режима резания (V,S,t) одинаково влияют на t.
Скорость резания рассчитывается по формуле:
(37)
где: С — константа, зависящая от физико-механических свойств обрабатываемого и инструментального материалов и условий обработки.
УT, ХT — показатели степеней (константы), учитывающие влияние соответственно подачи и глубины резания;
KV – поправочный коэффициент.
KV = KЖ(V)Ки(V)КМ(V)КП(V)KC(V)Ky(V)K(V)K(V)… …Ka(V). (38)
KЖ(V)…… Ka(V) —
5. Последовательность операции
а) вид станка для заданной операции
Модель токарного станка выбираем в зависимости от габаритов заготовки по паспортным данным токарных станков. Мы выбираем токарно-винторезный станок 1К62.
Высота центров 200 мм. Расстояние между центрами до 1400 мм. Мощность двигателя NД = 10 кВт; КПД станка η = 0,75. Частота вращения шпинделя, об/мин: 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000; 1250; 1600; 2000. Продольные подачи, мм/об: 0,070; 0,074; 0,084;0,097; 0,11; 0,12; 0,13; 0,14; 0,15; 0,17; 0,195; 0,21; 0,23; 0,26; 0,28; 0,30; 0,34; 0,39; 0,43;; 0,47; 0,52; 0,57; 0,61; 0,70; 0,78; 0,87; 0,95; 1,04; 1,14; 1,21; 1,4; 1,56; 1,74; 1,9; 2,08; 2,28; 2,42; 2,8; 3,12; 3,48; 3,8; 4,16
Поперечные подачи, мм/об: 0,035; 0,037; 0,042; 0,048; 0,055; 0,06; 0,065; 0,07; 0,074; 0,084; 0,097; 0,11; 0,12; 0,13; 0,14; 0,15; 0,17; 0,195; 0,21; 0,23; 0,26; 0,28; 0,30; 0,34; 0,39; 0,43; 0,47; 0,52; 0,57; 0,6; 0,7; 0,78; 0,87; 0,95; 1,04; 1,14; 1,21; 1,4; 1,56; 1,74; 1,9; 2,08
Максимальная осевая сила резания, допускаемая механизмом подачи, Рх = 360 кгс ≈ 3600 Н
Выбор режущего инструмента.
б) вид инструмента, обеспечивающего обработку заданной поверхности
в) вид режущего материала, обеспечивающего макс. производительность
г) оптимальные геометрические параметры режущего инструмента
д) стойкость инструмента, обеспечивающего макс. производительность
Марку твердого сплава для каждого перехода выбирают в зависимости от вида обрабатываемого материала и характера обработки по таблице 1.
Таблица 1
МАРКИ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ ДЛЯ ОБРАБОТКИ РЕЗАНИЕМ.
Характер обработки
Углеродистые стали марок ст.20, ст.40, ст.45 и др
Легированные стали марок 40Х, 12ХН3А, ШХ15, 40Г, 35ХГСА и др.
Чугун серый
Чугун серый
Чистовое точение
T30K4
Т30К4
ВК3
ВК3
0,63
Т15К6
Т15К6
Получистовое
T14K8
Т15К6
ВК6
ВК6
точение
T15K6
T14K8
20
Черновое
T14K8
T14К8
ВК6
ВК6
Точение
Т5К10
Т5К10
ВК8
ВК8
40
Отрезка и
15K10
T5K10
ВК6
ВК6
подрезка канавки
Т14К8
Выбираем токарный расточной резец для обработки сквозных отверстий с материалом пластины из твердого сплава – Т15К6; материал державки – сталь 45; сечение державки 25Ч25 мм; длина резца – 20 мм.
Среднее значение стойкости Т при одноинструментной обработке – 30-60 мин, но мы возьмем Т = 30 мин, т.к. нужно повысить производительность машин за счет увеличения скорости резания.
Таблица 2
ГЕОМЕТРИЯ РЕЖУЩЕЙ ЧАСТИ ТОКАРНЫХ РЕЗЦОВ
Элементы геометрии резцов
Наименование формы
и эскиз
Область применения
1. Форма передней поверхности
I. Плоская с фаской
Резцы всех типов для обработки стали
II. Радиусная с фаской
Точение и растачивание стали. Радиусная лунка обеспечивает завивание стружки.
III. Плоская
Резцы всех тиков для обработки чугуна и жаропрочных сталей и сплавов с подачами s £ 0,5 мм
Элементы геометрии резцов
Значения углов
Условия работы 2. Главный угол в плане j
10-30
Точение с малыми глубинами резания в особо жестких условиях системы СПИД.
45
Точение в условиях жесткой системы СПИД.
60
Точение, при недостаточно жесткой системе СПИД. Растачивание чугуна.
70-75
Точение, при недостаточно жесткой системе СПИД. Растачивание чугуна.
90
Подрезка, прорезка, отрезка, обтачивание, растачивание ступенчатых поверхностей в упор, Обработка в условиях нежесткой системы СПИД.
3. Вспомогательный угол в плане j1
1-3
Прорезка пазов, отрезка.
5-10
Чистовая обработка.
10-15
Черновое точение.
I5-20
Черновое растачивание.
30
Обработка с подачей в обе стороны без переустановки резцов с радиальным врезанием.
Продолжение таблицы 2
Элементы геометрии резцов
Обрабатываемый материал Точение и растачивание Червовое
Чистовое
Передний угол g о
Задний угол aо 4. Задние
и передние углы
Сталь, стальное литье
sв £ 800 МПа
8
12
12-15
sв > 800 МПа
8
12
10
sв > 1000МПа
по загрязненной литейной корке
8
12
— 10
Чугун серый
НВ £ 220 6
10
12
НВ > 220 6
10
8
Чугун ковкий
8
10
8
5. Угол
наклона главной режущей кромки
Угол l°
Условия работы
(-2) ¸ (-4)
Чистовое точение, растачивание
0
Точение и растачивание резцами с j = 90° 0 — 5
Черновое точение и растачивание резцами с j = 90°
12 — 15
Точение прерывистых поверхностей (с ударами)
Продолжение таблицы 2
6. Радиус при вершине
r, мм
Наименование резцов
Характер обработки
Сечение резца в мм
16 х 25
20 х 20
20 х 30
25 х 25
25 х 40
30 х 30
30 х 45
40 х 40
Радиус при вершине r, мм
Проходные Подрезные
черновая и чистовая
1,0
1,0
1,5
1,5
Расточные
черновая
1,0 – 1,5
1,0 — 1,5
1,0 – 1.5
—
чистовая
0,5 — 1,0
Отрезные и прорезные
—
0,2 — 0,5
Таким образом, выбираем геометрические параметры резца:
§ Форма передней поверхности – радиусная с фаской;
§ Размер радиусной (стружкоотводящей) лунки В = 2 ч 2,5 мм; глубина лунки h = 0,1 ч 0,15 мм; радиус лунки R = 4 ч 6 мм. Так как при получистовой обработке снимается стружка меньшего сечения, чем при черновой, принимаем наименьшие значения размеров лунки: В = 2 мм; h = 0,1 мм; R = 4 мм
§ Радиус при вершине резца r = 1 мм
§ Передний угол γ = 150
§ Передний угол на упрочняющей фаске γф = — 3 ч — 5; принимаем γф = — 50
§ Главный задний угол на пластине из твердого сплава α = 120; на державке α + 30 = 150
§ Угол наклона главной режущей кромки λ = 00
§ Главный угол в плане φ = 30 ч 60; принимаем φ = 600
§ Вспомогательный угол в плане φ1 = 200, так как обработка осуществляется расточным резцом с пластиной из твердого сплава.
продолжение
–PAGE_BREAK–