Способ обработки металлов резанием

 

СПОСОБ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ со скоростью, соответствующей минимальной динамической силе резания в диапазоне, оп еделяющем целесообразную стойкость инструмента, отличающийся тем, что, с целью повьииения эффективности обработки металлов в затрудненных условиях осевкм инструментом , дополнительно определяют зависимость амплитуды колебаний от различных скоростей резания, и обработку ведут с толщиной срезаемого слоя, соответствующей минимальной амплитуде колебаний, не превышакхдей критического значения, которюе определяют по зависимости A,p«ki, где К - коэффициент, учитываххций УСЛОВИЯ резания (,4; для метчиков К 0,3; для сверл 1С 0,2); i J - радиальная жесткость инструмента; Кл а - толщина срезаемого слоя металла.

СОО3 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3Щ В 23 В 1 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВЪГ

«1

А„р а

raus PA

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3514149/25-08 (22) 19.11.82 (46) 07.01.84. Бюл. У 1 (72) А.A.Грудов, 10.M.EÐMàwîâ, Н.А.Зипунников и Г.Я.Хаги (71) Всесоюзный заочный машиностроительный институт (53) 621.941.1(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 622579, кл. В 23 В 1/00, 1976 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ

РЕЗАНИЕМ со скоростью, соответствующей минимальной динамической силе резания в диапазоне, определяющем целесообразную стойкость инструмента, отличающийся тем, что, с целью повьняения эффективности обработки металлов в затрудненных условиях осевым инструментом, дополнительно определяют зависимость амплитуды колебаний от различных скоростей резания, и обработку ведут с толщиной срезаемого слоя, соответствующей минимальной амплитуде колебаний, не превышающей критического эначеьня, которое определяют по зависимости где К вЂ” коэффициент, учитывающий условия резания (Ki0,4; для метчиков V = 0,3; для сверл

k=0,2); радиальная жесткость инструмента; толщина среэаемого слоя металла.

1065087

Изобретение относится к механи= ческой обработке металлов резанием и может быть использовано при точении, строганин и фреэеровании.

Но особенно эффективен он при обработке в затрудненных условиях: при реэьбонарезании, сплошном сверлении и растачивании, а также при обработке закаленных и жаропрочных сталей.

Наиболее близким к предлагаемому является способ обработки металлов резанием со скоростью, соответствующей минимальной динамической силе резания в диапазоне, определяющем целесообразную стойкость инструмента jl) .

Недостатком способа является большой диапазон скоростей, обуславлинающий значительный разброс по стойкости инструментов, работающих н затрудненных условиях, в частности нежесткого, преимущественно осевого инструмента типа метчиков, сверл, зенкеров и др.

Цель изобрете.ия — повышение эффективности обработки металлов н затрудненных условиях осевым инструментом.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу обработки металлов резанием со скоростью, соответствующей минимальной динамической силе резания в диапазоне, определяющем целесообразную стойкость инструмента, дополнительно определяют зависимость амплитуды колебаний от различных скоростей резания и обработку ведут с толщийой срезаемого слоя, соответствующей минимальной амплитуде колебаний, не преньыающей критического значения, которое определяют по зависимости где и — коэффициент, учитывающий условия резания и вид инструмента (К.0,4; для метчиков К=0,3; для снерл К=0,2); радиальная жесткость инструмента;

a — толщина срезаемого слоя металла.

На фиг.l 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 V в диапазоне скоростей, 5

I0

55 определяющем целесообразную стойкость инструмента. В этом же диапазоне дополнительно определяют амплитуду колебаний A и строят график амплитудно-скоростной характеристики (ACX) в виде функции А =1(V).

Затем сравнивают амплитуду колебаний с критической амплитудой A определяемой из зависимости:AÄ = K-.

3 а

Рациональной зоной скоростей резания является та, в которой амплитуда колебаний ниже критической. При этом оптимальной скоростью резания

Ч д, удовлетворяющей максимальной размерной стойкости инструмента

Тщ1., будет скорость, соответствующая минимальной динамической силе

Рвиа (фиг ° 1) °

Порядок выполнения переходов по определению оптимальной сксрости следующий. Для заданной пары инструмент — обрабатываемый материал устанавливают диапазон скоростей, определяющий целесообраз.ную стойкость инструмента.

Например, по справочным данным при обработке конструкционных сталей инструментом из быстрорежущих сталей целесообразный диапазон скоростей резания равен 20-б0 м/мин, твердоспланным инструментом—

80-200 м/мин, твердоспланным с покрытием — i00-250 м/мин, минералокерамикой — 180-400 м/мин.

В установленном диапазоне скоростей назначают подачу по техно-, логическим условиям (жесткость

СПИД, качество обработанной поверхности).

Назначенная подача обуславливает определенную толщину срезаемого слоя.

Затем при резании с выбранной подачей гроизнодят измерение динамической силы резания через определенный интервал скорости, например 10-25 м/мин, и строят зависимость

Р= f 1(9) н рассматриваемом диапазоне скоростей.

Измерение силы производится динамометром, например, универсальным типа 4КДС вЂ” 1200. В этом же диапазоне скоростей, н тех же точках определяют амплитуду колебаний инструмента путем записи силовой характеристики, измеренной динамометром 4КДС-1200, на осциллограмме и строят зависимость амплитуды колебаний от скорости резания A fg(Y).

Из сопоставления силовой и амплитудной зависимостей от cêoðoñòè резания (фиг.l) находят скорость

М, соответствующую минимальной динамической силе Рщ,„

Известно, что зависимость размер-, ной стойкости T@q (выраженной н дли-

1065087

50 не пути резания или в количестве обработанных деталей — штуках) от скорости резания имеет экстремальный характер с максимальным значением, соответствующим минимальной динамической силе резания.

Согласно предлагаемому способу эта зависимость становится обязательной при условии, что амплитуда колебаний инструмента ниже критической A< . Значение оптимальной скорости Ч д корректируют с таким расчетом, чтобы соответствующая ей амплитуда Колебаний находилась на нисходящей ветви АСХ: A= f<(Y) °

При таком выборе увеличение скорос- f5 ти на 5Ъ, возможное при ступенчатом переключении частот вращения шпинделей, не приводит к снижению стойТ, Если же значение амПлитуды во 20 всем интервале скоростей превышает критическое, то такой режим обработки не рационален иэ-за резкого уменьшения стойкости инструмента (фиг.2) . В этом случае толщину среэаемого слоя ц уменьшают путем уменьшения подачи или изменения конструктивных и геометрических параметров инструмента до тех пор, пока не будет обеспечена на ACX амплитуда колебаний ниже критической.

Уменьшение толщины среза приводит к уменьшению динамической силы и к увеличению критического значения амплитуды. Кроме того, как следует кз зависимости, величина критической амплитуды йропорциональна жесткости инструмента, поэтому эффективность способа повышается с увеличением этой жесткости.

1 4()

Пример 1. При нареэании на автоматах резьбы М8 1,25 в гайках из стали 10 по ГОСТ 1050-74 (в исходном состоянии) гаечными метчиками по ГОСТ 6951-71 из быстрорежу5 щей стали Р18 со скоростью М

= 12-15 м/мин средняя максимальная стойкость составляет Т =10000 гаек и производительность П = 20 шт/мин.

Радиальная жесткость метчика с учетом 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 нарезания резьбы

К = 0,3, составляет Ац = 7,2 мкм (значение А, в мкм получается при подстановке в формулу величин жесткости и толщины среэаемого слоя, 60 выраженных соответственно в кН/мм и мм). Фактическая амплитуда несколько превышает критичЕское значение и равна 10 мкм (среднее значение) . 65

Применение на той же операции метчика с меньшей радиальной жесткостью = 150 кН/м, но обеспечивающего меньшую толщину срезаемого слоя а ю 0,009 мм, позволяет повысить скорость резания до 4 = 40 м/мин, стойкость метчика до T =30000 гаек и производительность до П=6080 шт/мин.

При этом рассчетная KpHTH sec"" кая амплитуда колебаний составЛяет

A„>=- 5 мкм, а фактическая амплитуда ниже - около 4 мкм.

Пример 2. При нарезании на автоматах резьбы М10 1,5 в гайках из стали 40Х по ГОСТ 4543-71, закаленной до твердости HPC 38-40 специальными метчиками из стали

Р6М5, изготовленными по двум вариантам, обеспечивающим разное значение толщины среза (одинаковы жесткость j =200 кН/м и скорость резания Ч 55 м/мин) получены следующие результаты: при толщине среза а = 0,015 мм стойкость не превышает 2-3 гаек и следует поломка метчика; при толщине срезаемого слоя а = 0,009 мм стойкость увеличивается до TöT= 100 гаек.

В первом случае рассчетная крити» ческая амплитуда колебаний составляет Aq> = 4 мкм, а фактическая около 50 мкм, во втором случае

A «=7,0 мкм, а фактическая — 5,0 мкм.

Пример 3. Аналогичные резуль. таты получены на операции сверления болтовых отверстий ф 36 мм в закаленных железнодорожных рельсах специальными напайными сверлами из твердого сплава марки T5KIO Эти сверла имеют радиальную жесткость

j«13000 кН/м (эмпирический коэффициент К 0,2). Работая без охлаждения с толщиной среза а = 0,08 мм, сверла имеют максимальную стойкость в области Vпя 19 м/мин (Т, "- 60 отв,). При значениях скорости в областях (с 19 м/мин и

$>19 м/мин стойкость резко снижается. Оптимальной cKopQcTH резания на АСХ соответствует минимальная динамическая сила резания (радиальная сила около 0,3 кН и крутящий мо,мент около 5 кН/м) и амплитуда колебаний А r- 30 мкм.

Критическая амплитуда, рассчитанная по формуле (1) А,, 32 мкм.

Применение обильного охлаждения при прочих разных условиях (а г 0,1 мм) приводит к смещению максимума стойкости в область

Voц = 52 м/мин, где на АСХ радиальная вибрация снижается до критическоГо значения A pъ 26 мкм.

Стандартные напайные сверла с жесткостью = 3000 кН/м оказываются в обоих случаях неработоспособными, так как íà ACX минимальная

1065087

l Pl

Составитель В. Семенов

Техред _#_. Гергель Корректор В.Бутяга

Редактор Н.Киштулинец

Заказ 10928/11 Тираж 10 42 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, М-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, г. ужгород, ул, Проектная, 4 амплитуда вибрации составляет

80 мкм, и не снижается до критической и а 6-7 мкм.

Изобретение позволяет повысить зффективность обработки металлов резанием.