Влияние технологических сред на процесс резания

С целью оптимизации процесса резания на зону резания можно оказывать воздействие с помощью различных технологических сред. К ним относятся, прежде всего, смазочно-охлаждающие технологические среды (СОТС).

Назначение СОТС:

- Смазочное воздействие для снижения интенсивности трения в зоне контакта инструмента с заготовкой и стружкой;

- Охлаждающее действие для уменьшения негативных явлений в зоне обработки, вызванных повышением температуры;

- Моющее воздействие;

- Расклинивающее действие, выламывающее действие (хрупкие материалы), т.е. предразрушающее и пластифицирующее действие по отношению к материалу заготовки.

СОТС должны обладать следующими способностями: охлаждающими, смазочными, моющими. СОТС должны обладать антикоррозионными свойствами, антипенными свойствами, нетоксичностью, бактерицидной стойкостью, недефецитностью, низкой стоимостью.

По агрегатному состоянию СОТС различают:

- Твердые;

- Жидкие (смазочно-охлаждающие жидкости – СОЖ);

- Аэрозоли;

- Газообразные.

Твердые СОТС выполняют только смазочные функции, их втирают на поверхность лезвия: графит кристаллический, дисульфит молибдена, деселенид вольфрама, твердые мыла (соли жирных кислот), воск, парафин, церезин (смесь твердых углеводородов парафинового ряда), твердые животные и синтетические мыла.

Аэрозоли. Воздушные аэрозоли СОЖ, в которых вещества находятся в дисперсном состоянии, в виде мелких капель, в струе воздуха, под давлением проникают в зазоры трущихся элементов, применяют при малом расходе.

Газы. Применяют для охлаждения и смазки. Иногда применяют обдув зоны резания воздухом, инертными газами, кислородом, парами сжиженных газов. Смазочную функцию выполняют химические пленки, образующиеся на поверхностях в зоне контакта при обдувке зоны резания.

СОЖ различают по химическому составу, теплопроводности, способности растекаться по металлам, проникать в зазоры и микротрещины.

По виду основы СОЖ делят на водные и масляные.

Водные СОЖ делят на:

- Электролиты (химические соединения NaCl, BaCl и другие, в которые добавляют ингибиторы коррозии, например, NaNO₃);

- Синтетические и полусинтетические.

- Синтетические СОЖ – это растворы органических поверхностно-активных веществ – ПАВ – в виде органических полимеров с невысокой молекулярной массой – Аквол 10M.

- Полусинтетические СОЖ – жидкости с растворимыми в воде маловязкими минеральными и синтетическими маслами, водорастворимыми полимерами, их изготавливают в виде концентратов, которые растворяют в воде с концентрацией 2…15%;

- Эмульсии – грубодисперсные смеси взаимонерастворимых компонентов воды и капелек масла, поставляются в виде концентрата (эмульсола), который растворяется воде с концентрацией 3-10% ив основе своей содержат масла, эмульгаторы, противозадирные и антифрикционные присадки, ингибиторы коррозии и другие присадки (укрикол, Э2, ЭГ2 и др.);

- Масляные СОЖ – минеральные индустриальные масла с различными присадками (МР8, Л3 и др.).

Вид СОЖ выбирают по справочным таблицам в зависимости от вида обработки, марки материалов заготовок и инструмента, скорости резания, условий обработки, подачи и глубины резания.

2.3.5 Методика определения режимов резания

 

Определение оптимальных значений элементов режимы резания является актуальной задачей при технологическом проектировании.

Цель установления оптимальных технологических режимов – обеспечение требуемого качества обработки при минимизации времени и средств на обработку изделия.

Режимы резания могут устанавливаться различными методами.

Расчетно-аналитический метод базируется на использовании эмпирических зависимостей режимов резания от значения первичных технологических факторов, полученных на основе обработки результатов многочисленных экспериментальных исследований. Аналитические зависимости и числовые значения величин, приведенных в этих формулах, даются в нормативных таблицах, при этом учитываются условия выполнения рабочего перехода.

Табличный метод базируется на определении элементов режимов резания по нормативным таблицам. Причем табличные значения элементов режимов резания обязательно корректируются с учетом отклонений реальных условий обработки от тех, для которых разработаны нормативные таблицы.

Алгоритм определения режимов резания следующий:

- Определяется глубина резания. Глубина резания принимается равной максимальному значению припуска (на сторону) для данного рабочего перехода. Величина глубины резания не должна превышать значения, допустимые для данного станка и инструмента (по прочности). Если толщина припуска больше рекомендуемой глубины резания, этот припуск следует удалять за несколько рабочих ходов, при этом за первый рабочий ход удаляется 60-70% припуска.

Пример: обтачивается цапфа оси диаметром 5h11 из заготовки в виде круглого проката диаметром 15мм за один рабочий переход. Припуск для обточки заготовки до диаметра 5h11 с заданной шероховатостью определен расчетным путём: Z_max =0,5 мм. Общий фактический максимальный припуск на рабочий переход составляет:

Z ₀=0,5(d_заг-d_дет)

Z ₀=0,5(15-5)=5мм.

Обработку проводим за три рабочих хода (в рамках одного рабочего перехода):

- за первый рабочий ход удаляем припуск

Z ₁ =0,7* Z ₀=0,7*5=3,5мм;

- за второй рабочий ход удаляем Z ₂= Z ₀- Z ₁- Z ₃

Z ₂=5-3,5-0,5=1мм

- За третий рабочий ход удаляем припуск Z ₃= Z_max =0,5мм.

Глубина резания при выполнении рабочего перехода за три рабочих хода: t ₁₁=3,5мм, t ₁₂=1,0мм, t ₁₃=0,5мм.

Расчет усилия резания и мощности на данный рабочий переход необходимо выполнять учетом глубины резания t ₁₁=3,5мм, соответствующей наиболее нагруженному рабочему ходу.

При выборе глубины резания можно воспользоваться рекомендациями таблицы 2.2.

 

Таблица 2.2 – Рекомендации по назначению глубины резания при точении

 

Вид точения	Точность обработки, квалитет	Требуемая шероховатость Rz, мм	Рекомендуемая макс.глубина резания t, мм
Черновое	12-14	>40	7-9
Получистовое	9-11	20-40	2-5
Чистовое	7-8	6-20	<0,5
Тонкое	5-6	1,6-3,2	0,05-0,2

 

- Назначение подачи. Подачу назначают по рекомендациям нормативов и справочников[1÷7].

Подача выбирается с учетом вида обработки, глубины резания, шероховатости и размеров обрабатываемой поверхности. В общем случае выбранную подачу необходимо проверить по нескольким прочностным критериям механизма станка и обрабатывающего инструмента.

Табличные значения подачи S _табл мм/об (S _табл мм/зуб) корректируется с использованием поправочных коэффициентов, учитывающих реальные условия обработки:

                               , мм/об.                          (2.1)

Расчетные значения подачи следует корректировать по паспорту, принимая для дальнейших расчетов:

S _пасп ≤ S _расч.

- Назначение периода стойкости. Назначение периода стойкости Т, мин, производят по нормативным таблицам с учетом условий обработки, материала режущей части инструмента и обрабатываемой заготовки [1÷7].

- Определение скорости резания. Табличное значение скорости резания v _табл выбирают по нормативным таблицам [1÷8] с учетом условий обработки, затем корректируют v _табл c учетом реальных условий обработки, отличающихся от приведенных в таблице для выбора скоростей:

                               , м/мин.                        (2.2)

где K_vi –корректирующий коэффициент;

  m – количество учитываемых факторов.

Рекомендуется выполнить расчет скорости резания по аналитической зависимости, приведенной.

- Определение частоты вращения шпинделя. Расчетное число оборотов шпинделя (главного движения) определяют по известной зависимости:

                               , об/мин                   (2.3)

где d – диаметр заготовки (сверла, фрезы) в мм.

Расчетное значение числа оборотов корректируют по паспорту станка, принимают

                               n _пасп ≈ n _{расч ,} об/мин,                                 (2.4)

затем рассчитывают фактическую скорость резания:

                               , м/мин                (2.5)

Фактическое значение скорости резания не должно превышать расчетное более чем на 20%, т.е.:

                               v _факт ≤1,2* v _расч                                                     (2.6)

Следует сравнить значения скорости, полученные расчетным и табличным методами.

- Расчет сил резания. Выполняется по аналитическим зависимостям с учетом вида обработки (точение, сверление, зенкерование, фрезерование и др.) P_z, P_y, P_x [1,3,6,7,8].

- Расчет крутящего момента – М_рез, выполняется по нормативным таблицам и аналитическим зависимостям с учетом условий и вида обработки [1,3,7,8].

- Расчет необходимой мощности станка N _расч. Выполняется по аналитическим зависимостям или нормативным таблицам, приведенным в справочной литературе [1,2,3,6,7,8].

Полученное значение N _расч должно находиться с следующем соотношении с мощностью двигателя станка с учетом коэффициента потерь в механических передачах от двигателя к шпинделям станка – η:

                               1,3* N ^гл _расч ≤ N _дв *η.                                    (2.7)

В общем случае расчетная мощность привода станка определяется с учетом мощности, затрачиваемой на главное движение N _{гл.дв .} и на подачу N_п, т.е.:

                               N _расч = N _гл.дв + N _п.                                       (2.8)

Если необходимо использовать станок заданной модели, а его мощности недостаточно, необходимо сделать перерасчёт скорости резания, а затем и корректировку n _пасп:

                               v _рез = N _дв * η / P_z,                                           (2.9)

где N _дв, b _т; P_Z, h.

Примеры определения режимов резания даны в [9].