Способ определения оптимальных режимов резания



Способ определения оптимальных режимов резания
Способ определения оптимальных режимов резания
Способ определения оптимальных режимов резания
Способ определения оптимальных режимов резания

 


Владельцы патента RU 2514251:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) (RU)

Способ включает выполнение пробных проходов в заданном диапазоне режимов резания, получение пробных стружек, по параметрам которых определяют значение оптимальных режимов резания. Для расширения области применения при обработке материалов с различными физико-механическими свойствами в качестве параметра пробных стружек измеряют толщину элементов стружки, соответствующую толщине пластически деформированной зоны (Δx), определяют её отношение к толщине срезаемого слоя (а), а в качестве критерия оптимального значения режима резания принимают скорость резания или подачу, при которых отношение Δx/a находится в пределах 0,9-1,1. 4 ил., 2 табл.

 

Изобретение относится к обработке материалов резанием, ускоренной оценке уровня обрабатываемости пластичных материалов и определению оптимальных значений скорости резания и подачи, в том числе и при обработке заготовок на станках с числовым программным управлением.

Известен способ определения оптимальной скорости резания твердосплавным инструментом по предварительно выбранному исходному параметру процесса резания [1]. Сущность данного способа заключается в том, что в качестве исходного параметра выбирают скорость резания, соответствующую максимальному значению усадки стружки, а оптимальную скорость назначают на порядок выше скорости, соответствующей максимальному значению усадки. Усадку стружки при этом определяют весовым методом. Недостаток этого способа заключается в том, что его можно применять только при резании материалов, склонных к наростообразованию, когда зависимость усадки стружки от скорости резания имеет экстремальный характер. Причем экстремум усадки стружки для различных сочетаний обрабатываемого и инструментального материалов будет различен. Поэтому опыты необходимо проводить для каждого сочетания инструментального и обрабатываемого материалов, что существенно увеличивает трудоемкость способа. Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является расширение возможности определения обрабатываемости и выбора оптимального режима резания при обработке материалов с различными физико-механическими свойствами и в изменяющихся условиях резания (например, при обработке на станках с числовым программным управлением).

На фиг.1 представлены фотографии стружек, полученных при резании стали 40ХН при различных режимах резания.

На фиг.2 показана схема измерения толщины элементов стружки (Δх), то есть пластически деформируемой зоны при образовании стружки.

На фиг.3 приведены графические зависимости изменения отношения толщины элементов стружки (Δх) к толщине срезаемого слоя (а) от изменения скорости резания и подачи.

На фиг.4 показана схема изменения локальных объемов стружки при различных режимах резания в масштабе 100:1.

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом способе выполняют пробные проходы в заданном диапазоне режимов резания, получают пробные стружки, измеряют Δх или шаг сдвиговых деформаций и определяют отношение толщины элементов стружки (Δх) к толщине срезаемого слоя (а), а за критерий оптимального значения режима резания принимают значение режима, при котором отношение толщины элемента стружки к толщине срезаемого слоя близко к единице, то есть Δx/a≈1.

В основу предлагаемого способа оценки обрабатываемости и определения оптимального значения режима резания положены выявленные в результате исследований закономерности высокоскоростной локализованной пластической деформации. Стружкообразование при резании пластичных материалов - процесс дискретного сдвига локальных объемов материала (фиг.1). Сдвиг при стружкообразовании (момент устойчивого нарушения сплошности материала) осуществляют в результате образования критической фрагментированной неоднородной структуры материала [2]. Неоднородность процесса фрагментации материала обусловлена неоднородностью рассеивания подводимой механической энергии. Как правило, при стружкообразовании преобладают механизмы ротационной пластичности и формирующаяся текстура стружки возникает путем поворотов (разворотов) локальных макрообъемов материала. Наши исследования показывают, что сдвиг и поворот локальных макрообъемов (элементов) энергетически «выгоднее» осуществляется при одинаковых размерах сторон этих элементов. Учитывая, что при стружкообразовании осуществляется деформация сдвига, а изменение элементарного объема осуществляется в двух направлениях, то изменение фрагментов стружки оцениваются толщиной элементов формирующийся стружки (Δх) и толщиной самой стружки (ас) (размеры берутся в сечении нормальному к главной режущей кромке). Толщина стружки (ас) зависит от исходного значения толщины срезаемого слоя (а). Поэтому для оценки деформационных процессов целесообразно использовать исходное значение фрагментов, то есть толщину срезаемого слоя (а). Таким образом, к существенным признакам, характеризующим изобретение, следует отнести измерение толщины элементов стружки, определение толщины срезаемого слоя, полученных в процессе предварительных опытов, и сравнение их между собой. В таблице 1 представлены данные, характеризующие изменение параметров стружек, таких как среднее значение размеров зон сдвиговых деформаций ΔХср, толщина срезаемого слоя, значение угла наклона условной плоскости сдвига Ф при различных скоростях резания и постоянной подаче. В таблице представлены данные характеристики при различных подачах и постоянной скорости.

Таблица 1
Данные, характеризующие изменение параметров стружек при различных скоростях резания
Режим резания а, мм ΔХср, мм Толщ. стружки, мм Ф, град
V=0,47 м/с, S=0,21 м/об 0,148 0,067 0,640 13,356
V=1,77 м/с,S=0,21 мм/об 0,148 0,094 0,370 22,828
V=1,88 м/с, S=0,21 мм/об 0,148 0,193 0,310 26,941
V=2,96 м/с, S=0,21 мм/об 0,148 0,179 0,370 22,828
V=3,77 м/с, 8=0,21 мм/об 0,148 0,175 0,340 24,725
V=4,71 м/с, S=0,21 мм/об 0,148 0,155 0,350 24,061
Таблица 2
Данные, характеризующие изменение параметров стружек при различных подачах
Режим резания а, мм ΔХср, мм Толщ. стружки, мм Ф, град
1. S=0,07 мм/об V-2,97 м/с 0,049 0,015 0,125 22,538
2. S=0,11 мм/об V=2,97 м/с 0,078 0,066 0,190 23,262
3. S=0,15 мм/обV-2,97 м/с 0,106 0,134 0,230 26,012
4. S=0,21 мм/об V=2,97 м/с 0,148 0,185 0,340 24,725
5. S=0,3 мм/об V=2,97 м/с 0,212 0,234 0,460 26,012
6. S=0,43 мм/об V=2,97 м/с 0,304 0,252 0,640 26,738
7. S=0,57 мм/об V=2,97 м/с 0,403 0,268 0,750 29,907

Отличительным признаком, характеризующим изобретение, является установленная величина - отношение толщины элементов стружки к толщине срезаемого слоя в пределах 0,9÷1,1, то есть примерное равенство толщины срезаемого слоя (а) и толщины элементов стружки (Δx), образующихся в результате сдвиговых деформаций материала в процессе превращения припуска в стружку. Оптимальность данного критерия (Δx/а≈1) обусловлена совокупностью явлений, сопровождающих процесс высокоскоростной деформации, а именно: формирование критической фрагментированной структуры материала заготовки, в зоне стружкообразования, необходимых условий в зоне пластического контакта на передней поверхности лезвия, за счет нагрева и рассеивания тепла в системе стружкообразования, то есть созданием условий, обеспечивающих наименьшие затраты энергии для осуществления деформации и разрушения материала. По современным физическим представлениям [2] эта совокупность носит название «самоорганизации» процесса пластической деформации материала. Равенство размеров локальных объемов материала является признаком самоорганизации процесса.

Пример конкретного выполнения

Выполняются пробные проходы при токарной обработке заготовки из стали 40ХН.

Резец, оснащенный сменной многогранной пластиной (СМП) из твердого сплава Т14К8 с геометрическими параметрами φ=45°; φ1=45°; γ=+10°; α=10°; λ=+7° (пластина SNMM-190616).

Обработка выполнялась на следующих скоростях резания V=0,47; 1,77; 1,88; 2,96; 3,77; 4,71; 5,89 м/с. При изменении величины подачи 0,1 до 0,5 мм/об через каждые 0,1 мм/об. Рассчитывалась толщина срезаемого слоя (а).

После каждого прохода измерялись параметры стружек: значения Δх на инструментальном микроскопе; коэффициент утолщения стружки Ка. По полученным данным построены графики зависимости Δх/а=f(S, V).

Определение оптимальной скорости резания при выбранной величине подачи определяются по графику (фиг.3). Так, например, оптимальной скоростью резания будет значение V=4,8 м/с при S=0.21 мм/об. Для скорости резания V=2,97 м/с значение оптимальной подачи S=0,35 мм/об (в пределах погрешностей опыта).

Использование предлагаемого способа позволяет выбрать оптимальный режим механической обработки с учетом конкретных условий и параметров технологической системы (станок, инструмент, заготовка).

Фиг.1. Фотографии стружек, полученных при различных режимах резания Δх - значение размеров зон сдвиговых деформаций.

Фиг.2. Схема измерения толщины элементов стружки Δх (а), геометрическая модель стружкообразования (б):

υ - скорость резания; υстр - скорость схода стружки; Рс - сила сдвига; а1 - толщина срезаемого слоя; Ф - значение угла наклона условной плоскости сдвига; ΔF - величина абсолютного сдвига; ΔL - путь, проходимый лезвием в процессе стружкообразования; Δх - значение размеров зон сдвиговых деформаций.

Фиг.3. Графики изменения отношения Δх/а от скорости резания (а) и от подачи резания (б).

Фиг.4. Схема изменения локальных объемов стружки в зависимости от скорости резания (а) и подачи (б):

Ф - значение угла наклона условной плоскости сдвига; а1 - толщина срезаемого слоя; ас - толщина стружки; Δх; - значение размеров зон сдвиговых деформаций.

Номера позиций на фиг.4б соответствуют режимам, указанных в таблице 2.

Источники информации

1. А.С. 511144 МКН2 B23В 1/00. Способ определения оптимальной скорости резания. - БН №15 - 25.04.76.

2. Рыбин В.В. Большие пластические деформации и разрушение металлов. М.: Металлургия - 1986. - 224. с.

Способ определения оптимальных режимов резания стали, включающий выполнение пробных проходов в заданном диапазоне режимов резания, получение пробных стружек, по параметрам которых определяют значение оптимальных режимов резания, отличающийся тем, что в качестве параметра пробных стружек используют измеренную толщину элементов стружки, соответствующую толщине пластически деформированной зоны (Δx), определяют её отношение к толщине срезаемого слоя (а), а в качестве критерия оптимального режима резания принимают значение скорости резания или подачи, при которых отношение Δx/a находится в пределах 0,9-1.1.



 

Похожие патенты:

Способ обработки резанием включает движение инструмента с установленным в гнезде его корпуса режущим элементом, имеющим режущее лезвие, относительно обрабатываемой детали в направлении главного движения и продольную подачу инструмента.
Изобретение относится к способу обработки сопрягаемых и торцевых поверхностей ствольной коробки стрелкового оружия под взаимодействие с сопрягаемыми и торцевыми поверхностями затвора.

Изобретение относится к области металлообрабатывающей промышленности и может быть использовано для высокоскоростной обработки труднообрабатываемых материалов с повышенным качеством обрабатываемых поверхностей.

Способ относится к твердосплавным режущим инструментам группы применяемости Р в виде режущих пластин и заключается в том, что проводят измерения температуры в зоне рабочего контакта твердый сплав - обрабатываемый материал при различных скоростях резания с построением графической зависимости.

Способ включает прорезание канавок в заготовке с использованием режущей пластины, покрытой по передней поверхности КНБ, со скоростью резания, составляющей от 200 до 500 м/мин, и направление одного или более потоков охлаждающей текучей среды на обратную поверхность стружек, причем один или более потоков охлаждающей текучей среды направляют через внутренние каналы режущей пластины вверх и наружу к области взаимодействия между режущей кромкой режущей пластины и заготовкой под давлением не менее 200 бар для ограничения длины стружек.

Изобретение относится к обработке материалов резанием, в частности к способу выбора твердого сплава для твердосплавного режущего инструмента. Сплав выбирают из группы твердых сплавов.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к конструкциям и способам изготовления подшипников качения, в частности радиальных и упорных шарикоподшипников.

Способ относится к обработке твердосплавными режущими инструментами группы применяемости К в виде режущих пластин и заключается в том, что сначала проводят измерение температуры в зоне рабочего контакта твердый сплав - обрабатываемый материал при различных скоростях резания с построением графической зависимости, а затем по построенной графической зависимости устанавливают в качестве оптимальной скорости резания скорость, при которой температура нагрева в зоне рабочего контакта твердый сплав - обрабатываемый материал соответствует температуре образования на фаске износа, формируемой в процессе резания на задней поверхности режущего клина режущей пластины, шероховатости с наибольшей фрактальной размерностью, соответствующей наибольшей износостойкости режущего инструмента.

Изобретение относится к области металлообработки маложестких деталей типа вал и может быть использовано на универсальных станках в механообрабатывающих цехах машиностроительных предприятий.

Изобретение относится к области высокоскоростной обработки деталей на оборудовании с ЧПУ, в частности к системам повышения точности при механической обработке изделий за счет охлаждения режущего инструмента без использования смазочно-охлаждающей жидкости с целью компенсации температурных деформаций, возникающих в зоне резания.

Изобретение относится к области технологии машиностроения и может быть использовано для получения сквозных отверстий малого диаметра в деталях из цветных металлов и их сплавов. Способ включает высверливание сквозного базового отверстия в детали, которое зенкуют с обеих сторон и вставляют в него с натягом медную или латунную трубку, внутренний диаметр которой соответствует требуемому диаметру сквозного отверстия, а длина соответствует длине сквозного отверстия. Затем производят развальцовывание концов трубки в местах зенковки отверстия. Диаметр сквозного базового отверстия превышает на величину посадки наружный диаметр медной или латунной трубки. Обеспечивается получение сквозных отверстий малого диаметра, снижается трудоемкость их изготовления. 1 ил.

Способ характеризуется тем, что для пары инструмент-деталь при различных скоростях резания v определяют тангенциальные силы резания Pz, флуктуации тангенциальных сил резания P ˜ z , флуктуации скорости резания υ ˜ и переменную термоЭДС ε ˜ , а в качестве критерия оптимальной скорости резания используют мощность флуктуаций N ˜ = P ˜ z υ ˜ или коэффициент использования мощности флуктуаций K N = N ˜ N ¯ = P ˜ z υ ˜ P z υ , или аналог производства энтропии от тепловых процессов на контакте S ˜ = P ˜ z υ ˜ ε ˜ , при этом значение оптимальной скорости резания, соответствующей минимальной интенсивности изнашивания инструмента, определяют по максимальному значению мощности флуктуаций, полученной на кривой изменения комплекса мощности флуктуаций или по точке перелома коэффициента использования мощности флуктуаций, полученного на кривой изменения комплекса коэффициента использования мощности флуктуаций или по минимальному значению параметра аналога производства энтропии от тепловых процессов на контакте, полученного на кривой изменения комплекса аналога производства энтропии от тепловых процессов на контакте. Техническим результат: повышение точности выбора оптимальной скорости резания при подборе инструментального материала с максимальной износостойкостью. 3 н.п. ф-лы, 3 ил.

Способ включает предварительное позиционирование резца и фиксирование его в резцедержателе, затем перемещение центра поворота резца по траектории, сформированной перпендикулярами равной длины, спроецированными на касательную к обрабатываемой поверхности в точке нахождения вершины резца. Для повышения качества обрабатываемой поверхности резец в резцедержателе позиционируют таким образом, чтобы указанные перпендикуляры проходили через точку нахождения вершины резца на обрабатываемой поверхности, а их длина равна расстоянию от вершины резца до оси поворота резца. 2 ил.

Способ включает подвод импульсного электрического тока при плотности тока в диапазоне от 10 до 700000 А/см2 и длительности его импульсов от 10 до 7000 мкс. Режущий инструмент содержит режущую часть, изолированную от прохождения через нее электрического тока посредством диэлектрических прокладок, имеющих механические свойства при высоких температурах до 1500 градусов. Подвод тока осуществляют посредством контактного ролика, выполненного с возможностью прижима к заготовке с помощью упруго-пружинных элементов. При этом на изолированную режущую часть подают хладагент, не проводящий электрический ток. Технический результат: повышение стойкости режущего инструмента и режимов резания посредством исключения электродуговых замыканий с участием режущей части. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ заключается в том, что проводят сокращенные испытания стойкости инструмента на различных скоростях резания, при которых не доводят инструмент до полного затупления, и строят графики зависимостей h3=ƒ(l), где h3 - величина износа инструмента по задней поверхности; f(l) - функция от пути резания. При этом о критической температуре резания судят по наибольшей скорости, при которой интенсивность износа остается постоянной на всей длине пути резания, включая зону приработочного износа, а зависимость h3=ƒ(l), становится прямолинейной по отношению к осям hз и l. 6 ил.

Изобретение относится к области обработки металлов резанием, в частности к способу определения оптимальной скорости резания при обработке жаропрочных сплавов на никелевой основе для твердосплавного инструмента. По результатам кратковременных испытаний определяют температуру резания, при которой происходит изменение вида стружки из сливной в элементную. На графике зависимости температуры резания от скорости резания по этой температуре определяют оптимальную скорость резания. Технический результат заключается в сокращении трудоемкости определения оптимальной скорости резания на основе стандартных кратковременных испытаний при обработке жаропрочных сплавов на никелевой основе для твердосплавного инструмента. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для определения оптимальной скорости резания при работе на выбранном технологическом оборудовании. Согласно изобретению осуществляется предварительная обработка заготовки при разных скоростях резания с записью сопровождающих вибраций и с последующим выделением посредством полосовых фильтров высокочастотной и низкочастотной составляющих вибраций и определением амплитудных значений указанных составляющих. За величину оптимальной скорости резания принимают значение скорости, при которой отношение упомянутых значений амплитуд высокочастотной составляющей к низкочастотной минимально. 3 ил.

Способ включает вращение обрабатываемой детали, поступательное перемещение резца, выполненного с подвижной режущей частью, упругими элементами и неподвижной частью, с обеспечением колебательного синусоидального перемещения подвижной режущей части резца под действием сил резания, воздействующих на колебательный контур, образованный подвижной частью резца, упругими элементами и неподвижной частью с использованием элементов качения. Для повышения точности и производительности обработки и повышения стойкости инструмента за счет исключения его нагрева в качестве элементов качения используют два опорных ролика, установленных в контакте с подвижной частью резца. Вибрационный резец содержит корпус с крышкой и подвижную часть с режущей пластиной, комплект упругих элементов, связывающих подвижную часть резца с корпусом и крышкой с образованием колебательного контура, и элементы качения, при этом упругие элементы размещены между подвижной частью резца и корпусом со стороны, противоположной направлению резания. Для достижения того же технического результата элементы качения выполнены в виде двух опорных роликов, установленных в контакте с подвижной частью резца и размещенных между подвижной частью резца и корпусом с крышкой. 2 н. и 6 з.п. ф-лы., 3 ил.

Способ точения поверхностей, при котором изделию сообщают вращение и обрабатывают перемещающимся в осевом направлении лезвийным инструментом с режущей пластиной, закрепленной в инструментодержателе, при выбранных параметрах режима точения, отличающийся тем, что предварительно устанавливают численные значения постоянных зависимости стойкости режущей кромки пластины от скорости съёма материала, с учетом которых определяют значение оптимальной скорости съема материала и выбирают сочетание управляемых параметров режима точения, обеспечивающих найденное значение оптимальной скорости съема материала. 1 табл.

Способ включает механическое воздействие на деталь резца в процессе их взаимного перемещения и подачу в зону резания озонированного воздуха под давлением посредством сопла, размещенного на расстоянии 10 мм от передней поверхности резца. При этом продольную ось сопла располагают в плоскости главной задней поверхности резца под углом 70-80° к его главной режущей кромке, а озонированный воздух подают непосредственно на главную режущую кромку резца. Технический результат: повышение износостойкости инструмента, производительности и качества обработки. 1 ил., 2 пр.
Наверх