Способ обработки металлов резанием

) П 1) В 1 00 ННЫЙ КОМИТЕТ СССРОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ГОСУДАРСТВПО ДЕЛАМ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Всесоюзный заоительный институт(54)(57) СПОСОБ ОБРРЕЗАНИЕМ со скороствующей минимальнойсиле резания в диапляющем целесообраэнинструмента, о т лтем, что, с цельюФективности обрабозатрудненных услов дополнительно о ость амплитуды ко ных скоростей реза ведут с толщиной соответствующей ми туде колебаний, не итнческого эначеьн еляют по эависимос струментом ют зависим от разлнч обработку го слоя ной ампли шающей кр рое опред пределялебанй ния, и срезаемо- нималь- превыя, кото- ти М.Ермаков,Я.Хагичный машиност идетельство СССР 1/00, 1976 АмрК о АБОТКИ МЕТАЛЛОВью, соответстдинамическойаэоне, опредеую стойкостьи ч а ю щ и йповьаиения эфтки металлов виях осевым инкоэфФициент, учусловия резанияметчиков К: 0,3К=0,2) )радиальная жестструмента;толщина среэаемометалла. тывающий(К 0,4) дл для сверл ость ин го слояИзобретение относится к механи=ческой обработке металлов резанием и может быть использовано приточении, строганин и Фреэеровании.Но особенно эффективен он при обработке в затрудненных условиях:при реэьбонарезании, сплошном свер"ленин и растачивании, а также приобработке закаленных и жаропрочныхсталей.Наиболее близким к предлагаемому является способ обработки металлов резанием со скоростью, соответствующей минимальной динамической силе резания в диапазоне,определяющем целесообразную стойкость инструмента 1) .Недостатком способа являетсябольшой диапазон скоростей, обуславливающий значительный разброспо стойкости инструментов, работающих в затрудненных условиях,в частности нежесткого, преимущест.венно осевого инструмента типа метчиков, сверл, зенкеров и др.Цель изобретеия - повышениеэффективности обработки металловв затрудненных условиях осевым инструментом.Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу обработкиметаллов резанием со скоростью, соответствующей минимальной динамической силе резания в диапазоне, определяющем целесообразную стойкость инструмента, дополнительноопределяют зависимость амплитудыколебаний от различных скоростей резания и обработку ведут с толщийойсрезаемого слоя, соответствующейминимальной амплитуде колебаний,не превышающей критического значения, которое определяют по зависимостигде й - коэффициент, учитывающийусловия резания и вид инструмента (К 0,4;для метчиков К=О,З; для сверл К=0,2); радиальная жесткость инструмента,"а - толщина срезаемого слояметалла.На фиг.1 изображена стойкостная, силовая и амплитудная зависимости от скорости резания со значениями, соответствующими оптимальным режимам обработки по предлагаемому способу; на Фиг.2 - те же зависимости для неоптимальных условий обработки.Способ заключается в следующем.Строится зависимость динамической силы резания Р от скорости резания Ч в диапазоне скоростей, Из сопоставления силовой и амплитудной зависимостей от скорости резания (фиг.1) находят скоростьсоответствующую минимальной динамической силе Рщ,Известно, что зависимость размер-, ной стойкости Тт (выраженной в дли 60 65 5 10 15 20 25 30 35 40 50 55 определяющем целесообразную стойкость инструмента. В этом же диапазоне дополнительно определяют амплитуду колебаний 4 и строят графикамплитудно-скоростной характеристики (АСХ) в виде Функции А:1(М).Затем сравнивают амплитуду колебаний с критической амплитудой А (,определяемой из зависимости:А = К-.аРациональной зоной скоростей резания является та, в которой амплитуда колебаний ниже критической. Приэтом оптимальной скоростью резанияЧ, удовлетворяющей максимальнойразмерной стойкости инструментаТщ , будет скорость, соответствующаяминимальной динамической силеРв (фиг.1).Порядок выполнения переходов поопределению оптимальной сксростиследующий. Для заданной пары инструмент - обрабатываемый материал устанавливают диапазон скоростей, определяющий целесообразную стойкость инструмента.Например, по справочным даннымпри обработке конструкционных сталей инструментом из быстрорежущихсталей целесообразный диапазонскоростей резания равен 20-бО м/мин,твердосплавным инструментом -80-200 м/мин, твердосплавным с покрытием - 100-250 м/мин, минералокерамикой - 180-400 м/мин.В установленном диапазоне скоростей назначают подачу по техно-,логическим условиям (жесткостьСПИД, качестзо обработанной поверхности),Назначенная подача обуславливаетопределенную толщину срезаемогослоя.Затем при резании с выбраннойподачей гроизводят измерение динамической силы резания через определенный интервал скорости, например 10-25 м/мин, и строят зависимостьР: 1 1 в рассматриваемом диапазонескоростей.Измерение силы производитсядинамометром, например, универсальным типа 4 КДС - 1200. В этом жедиапазоне скоростей, в тех же точках определяют амплитуду колебанийинструмента путем записи силовойхарактеристики, измеренной динамометром 41 ДС, на осциллограммеи строят зависимость амплитуды коле.баний от скорости резания А 1(7), 106508750 не пути резания или в количествеобработанных деталей - штуках) отскорости резания имеет экстремальный характер с максимальным значением, соответствующим минимальной динамической силе резания.Согласно предлагаемому способуэта зависимость становится обязательной при условии, что амплитуда колебаний инструмента ниже критической А . Значение оптимальнойскорости Чод корректируют с такимрасчетом, чтобы соответствующаяей амплитуда Колебаний находиласьна нисходящей ветви АСХ: А= 1(У)При таком выборе увеличение скорости на 5, возможное при ступенчатомпереключении частот вращения шпинделей, не приводит к снижению стойТ,Если же значение амПлитуды во 20всем интервале скоростей превышаеткритическое, то такой режим обработки не рационален иэ-за резкогоуменьшения стойкости инструмента(фиг.2) . В этом случае толщину среэаемого слоя ц уменьшают путем уменьшения подачи или изменения конструктивных и геометрических параметровинструмента до тех пор, пока небудет обеспечена на АСХ амплитудаколебаний ниже критической.Уменьшение толщины среза приводит к уменьшению динамической силыи к увеличению критического значения амплитуды. Кроме того, как следует кз зависимости, величина критической амплитуды йропорциональнажесткости инструмента , поэтомуэффективность способа повышается сувеличением этой жесткости.1 4П р и м е р 1, При нареэании наавтоматах резьбы М 81,25 в гайкахиз стали 10 по ГОСТ 1050-74 (в исходном состоянии) гаечными метчиками по ГОСТ 6951-71 из быстрорежу 5щей стали Р 18 со скоростью 1= 12-15 м/мин средняя максимальнаястойкость составляет Т =10000 гаеки производительность П = 20 шт/мин.Радиальная жесткость метчика сучетом длины вылета консольной части (около 60 мм) равна 1: 600 кН/м,толщина среэаемого слоя - а: 0,025 ьщ,Критическая амплитуда в этих условиях, рассчитанная по формуле с учетом значения эмпирического коэффициента для нарвзания резьбыК: О, 3, составляет Ак = 7,2 мкм(значение А, в мкм получаетсяпри подетановке в формулу величинжесткости и толщины среэаемого слоя, 60выраженных соответственно в кН/мми мм). Фактическая амплитуда несколько превышает критичЕское значение и равна 10 мкм (среднее значение). 65 Применение на той же операцииметчика с меньшей радиальной жесткостью= 150 кН/м, но обеспечивающего меньшую толщину срезаемогослоя а ю 0,009 мм, позволяет повысить скорость резания до ( = 40 м/мин,стойкость метчика до Т=ЗОООО гаеки производительность до П=6080 шт/мин.При этом рассчетная критичес"кая амплитуда крлебаний составЛяетА= 5 мкм, а фактическая амплитуданиже - около 4 мкм,П р и м е р 2. При нарезании наавтоматах резьбы М 101,5 в гайкахиз стали 40 Х по ГОСТ 4543-71, закаленной до твердости НРС 38-40специальными метчиками из сталиРбМ 5, изготовленными по двум вариантам, обеспечивающим разное значение толщины среза (одинаковыжесткость ) =200 кН/м и скоростьрезания Ч 55 м/мин) получены следующие результаты: при толщине срезаа = 0,015 мм стойкость не превышает 2-3 гаек и следует поломка метчика; при толщине срезаемого слояа = 0,009 мм стойкость увеличивается до Тп=100 гаек.В первом случае рассчетная критическая амплитуда колебаний состав"ляет А = 4 мкм, а фактическаяоколо 50 мкм, во втором случаеА=7,0 мкм, а фактическая - 5,0 мкм.П р и м е р 3. Аналогичные резульдтаты получены на операции сверления болтовых отверстий Ф Зб мм взакаленных железнодорожных рельсахспециальными напайными сверлами изтвердого сплава марки Т 5 К 10. Этисверла имеют радиальную жесткость.13000 кН/м (эмпирический коэффициент К = 0,2). Работая без охлаждения с толщиной среза а = 0,08 мм,сверла имеют максимальную стойкость в области 1 оя 119 м/мин(Т, "- 60 отв,). При значениях скорости в областях 1(с 19 м/мин и19 м/мин стойкость резко снижается. Оптимальной скорости резанияна АСХ соответствует минимальнаядинамическая сила резания (радиальная сила около 0,3 кН и крутящий мо",мент около 5 кН/м) и амплитуда колебаний А 30 мкм.Критическая амплитуда, рассчитанная по. формуле (1) А,32 мкм.Применение обильного охлаждения при прочих разных условиях(а0,1 мм) приводит к смещениюмаксимума стойкости в областьЧав = 52 м/мин, где на АСХ радиальная вибрация снижается до критическоГо значения Аръ 26 мкм.Стандартные напайные сверлас жесткостью = 3000 кН/м оказываются в обоих случаях неработоспособными, так как на АСХ минимальная1065087 1 юе Р,Ф Составитель В.Семенодактор Н.Киштулинец ТехредМ.Гергелье юв Корректор В.Бутяга Подписное Заказ 1 Тира вен ПП и а амплитуда вибрации составляет80 мкм, и не снижается до критической й 6-7 мкм. 8/11ВНИИПИ Государст по делам иэоб3035, Москва, ЗИзобретение позволяет повыситьзффективность обработки металловрезанием,ж 1042ного комитета СССтений и открытийРаушская наб., д г. Ужгород, ул. Проектная, 4