Силы резания при фрезерование

Силы резания. При фрезеровании каждый зуб фрезы преодолевает сопротивле­ние резанию со стороны материала заготовки и силы трения, действующие на поверх­ностях зубьев фрезы. Обычно в контакте с заготовкой находится не один зуб, и поэтому фреза преодолевает некоторую суммарную силу резания, складывающуюся из сил, действующих на эти зубья. Схема действия сил резания при фрезеровании зависит от принятого способа фрезерования и типа фрезы.
Как тангенциальное (например, цилиндрической фрезой), так и радиальное (например, торцевой фрезой) фрезерование может осуществляться двумя способами: против подачи, так называемое встречное фрезерование, когда направление подачи противоположно направлению вращения фрезы, и фрезерование по подаче — попутное фрезерование, когда направление подачи и вращение фрезы сов­падают.
При встречном фрезеровании нагрузка на зуб возрастает от нуля до макси­мума; при этом зубья фрезы, действуя на заготовку, стремятся «оторвать» ее от стола станка или приспособления, в котором она закреплена. Такое направление силы вызывает в ряде случаев (при больших припусках на обработку) упругие деформа­ции в системе СПИД, что, в свою очередь, приводит к вибрациям и увеличению шероховатости обработанной поверхности. Зубья фрез при этом интенсивно изнаши­ваются, так как в момент врезания в заготовку их задние поверхности трутся об упрочненную, уже обработанную поверхность, преодолевая значительную силу трения.
Преимуществом встречного фрезерования перед попутным является работа зубьев фрезы из-под корки. Режущие лезвия в момент входа в зону хрупкого металла по­вышенной твердости (корки) прекращают контакт своей задней поверхности с за­готовкой в точке Б, так как происходит скол стружки.
При попутном фрезеровании зуб врезается в материал в точке А, начиная работать при максимальной толщине срезаемого слоя и наибольшей нагрузке, что исключает начальное проскальзывание зуба. При попутном фрезеровании полу­чается поверхность с меньшей шероховатостью и более высокой точностью, так как зубьями фрезы во время обработки заготовка прижимается к столу станка, что уменьшает вибрацию.

Для успешного применения попутного фрезерования необходимо беззазорное соединение ходового винта и маточной гайки стола станка.
Учитывая достоинства и недостатки рассмотренных методов, попутное фрезе­рование используют для предварительных и чистовых работ при отсутствии корки, на жестких станках с компенсаторами зазоров в узлах стола. Встречное фрезеро­вание рекомендуется для предварительной обработки, и особенно при работе по корке.
На каждый зуб фрезы, находящийся в пределах угла контакта, действует своя сила сопротивления срезаемого слоя. Каждую из этих сил можно разложить на составляющие, действующие тангенциально (по касательной) к зубьям фрезы и по радиусам фрезы. Суммарная окружная, или касательная, сила и радиальная сила имеют равнодействующую R, которую можно разложить на две силы — горизонтальную и вертикальную .Окружная, или касательная, сила имеет наиболее важное значение, так как производит основную работу резания. По значению силы определяют мощность электродвигателя привода станка и рассчитывают на прочность валы, зубчатые колеса и другие звенья привода станка.
Радиальная сила характеризует то усилие, с которым обрабатываемая заго­товка стремится оттолкнуть от себя фрезу; эта сила изгибает фрезерную оправку и давит на опоры шпинделя.
Горизонтальная составляющая силы резания определяет усилие, которое необходимо приложить к столу ставка для осуществления рабочей подачи.
При встречном фрезеровании направление горизонтальной состав­ляющей противоположно направлению движения (по стрелке s) стола. При по­путном фрезеровании горизонтальная составляющая направлена в сторону движения стола.
При фрезеровании цилиндрической фрезой с винтовыми зубьями равнодействую­щая силы составляет с осью фрезы острый угол, следовательно, появляется осе­вая сила , направленная параллельно оси фрезы. В зависимости от направления винтовых зубьев фрезы меняется и направление силы . Для созда­ния более благоприятных условий фрезерования целесообразно применять фрезу с таким направлением зуба, чтобы сила была направлена к шпинделю; в противном случае осевая сила будет стремиться вытянуть фрезу с оправкой из посадочного конусного отверстия шпинделя.
Для того чтобы уравновесить действия осевых сил, иногда прибегают к исполь­зованию набора из двух фрез с правым и левым направлениями винтовых канавок между лезвиями.
При фрезеровании торцевыми фрезами действуют те же силы, что и при фрезе­ровании цилиндрическими.
Значение главной составляющей силы резания — окружной силы определяется по эмпирической, т. е. найденной опытным путем, формуле
,
где — постоянный коэффициент, зависящий от свойств обрабатываемого ма­териала, типа фрезы и ее геометрии; , и — показатели степени, также зави­сящие от механических характеристик обрабатываемого материала, типа и геометрии фрезы. Значения , , и приводятся в справочниках по выбору параметров режимов резания.
73. Скорость резания, износ и стойкость фрез.

Скоростью резания v (м/мин) называется окружная скорость (м/мин) наиболее удаленных от оси вращения инструмента точек режущего лезвия. Она определяется по формуле ,

Износ и стойкость фрез
В процессе фрезерования происходит износ инструмента, вызывающий изменение формы режущей кромки, геометрии инструмента, увеличение силы резания и ухудшение качества обработки.
Если инструмент вовремя не переточить, то восстановить нужную форму можно только при снятии большого слоя инструментального материала. Поэтому важно знать, как определить момент, когда следует фрезу переточить.
Износ происходит под влиянием многих причин (о них будет сказано ниже) и проявляется в виде образования площадки износа на задней поверхности и лунки на передней поверхности инструмента.
Характер износа бывает различным и зависит главным образом от припуска на обработку. Если инструмент срезает значительный припуск, изнашиваются передняя и задняя поверхности; при чистовой обработке с малой толщиной срезаемого слоя износ происходит в основном по задней поверхности. Катастрофический износ обычно наступает после того, как площадка износа на задней поверхности соединяется с лункой на передней поверхности инструмента. Чтобы не допустить катастрофического износа, следят за изменением износа по задней поверхности и отправляют инструмент на переточку, когда площадка износа достигает определенной ширины, предельной для данного типа фрезы.
Концевые, дисковые и другие фрезы, используемые для получения точных размеров, приходится перетачивать из-за потери размера — размерного износа. Износ режущего инструмента происходит вследствие трения стружки о переднюю поверхность и задней поверхности о поверхность заготовки в условиях больших давлений, высокой температуры, а иногда и в присутствии химически активной среды. Обычно износ инструмента представляют как износ абразивный, при котором происходит истирание, царапание поверхности инструмента частицами стружки или поверхностью заготовки. Но одновременно происходит износ другого вида. Из-за высоких давлений в зоне контакта вблизи режущей кромки происходит не только основная, но и дополнительная (вторичная) деформация слоев стружки вблизи передней поверхности (это проявляется в образовании заторможенного слоя). Процесс сопровождается весьма большими температурами, поэтому в зоне наиболее высоких давлений и температур кроме абразивного возникает еще адгезионный износ.
Сущность его заключается в схватывании между собой частиц стружки и обрабатываемого материала. В результате с поверхности инструмента вырываются мельчайшие частицы, образуются микроскопические неровности — кратеры. Появление таких неровностей способствует ускорению абразивного износа.
При высоких скоростях резания твердосплавным инструментом температура в зоне резания достигает таких величин, когда в контактных слоях стружки и инструмента начинается химическое взаимодействие между твердым сплавом и обрабатываемым материалом. Происходит диффузия атомов железа заготовки в твердый сплав, и, наоборот, диффузия углерода инструмента в материал заготовки. В результате наблюдается частичное обезуглероживание твердого сплава, ослабление поверхностных слоев инструмента и, как следствие, ускоряется абразивный износ. Это еще один вид износа — диффузионный.
Кроме углерода, в материал заготовки диффундируют, но более медленно, вольфрам, титан и кобальт. Интенсивный диффузионный износ начинается при температуре 900° С, причем карбиды вольфрама растворяются быстрее, чем карбиды титана; поэтому сплавы группы ТК меньше изнашиваются при работе на высоких скоростях резания, чем сплавы группы В К. Диффузионный износ увеличивается при обработке материалов, химически активных к твердому сплаву. Для инструментальных сталей, в том числе быстрорежущих, диффузионный износ не характерен, так как они теряют свои режущие способности при сравнительно невысоких температурах, когда диффузионные процессы практически отсутствуют.
Наряду с этим при обработке твердосплавным инструментом жаропрочных материалов диффузионный износ начинается уже при температуре 500° С, что объясняется химическим родством этих материалов с твердым сплавом, особенно титановольфрамо-кобальтовым. По этой причине сплавы В К могут оказаться более стойкими.

Стойкостью называют период работы инструмента между переточками, измеренный в минутах машинного времени. Зная стойкость фрезы и машинное время, затрачиваемое на обработку одной заготовки, определяют, сколько заготовок можно профрезеровать между двумя переточками. Если стойкость фрезы составляет 300 мин, а машинное время на одну заготовку 5 мин, то фрезу необходимо перетачивать после обработки 60 заготовок.
Износ и стойкость инструмента зависят от многих факторов и сильно изменяются при различной геометрии инструмента, глубине, подаче и скорости резания, свойствах обрабатываемого материала

74.Шлифование и его особенности.

Шлифовáние — механическая или ручная операция по обработке твёрдого материала (металл, стекло, гранит, алмаз и др.). Разновидность абразивной обработки, которая, в свою очередь, является разновидностью резания. Механическое шлифование используется для обработки твёрдых и хрупких материалов в заданный размер с точностью до микрона. А также для достижения наименьшей шероховатости поверхности изделия допустимых ГОСТом. В примитивных случаях применяют твёрдый зернистый песок или более твёрдый наждак, насыпают его на твёрдую поверхность и трут об неё обрабатываемый предмет. Угловатые зерна, катаясь между обеими поверхностями, производят большое число ударов, от которых разрушаются понемногу выдающиеся места этих поверхностей, и округляются и распадаются на части сами шлифующие зерна. Если же одна из поверхностей мягкая, зерна в неё вдавливаются, остаются неподвижными, и производят на второй поверхности ряд параллельных царапин; в первом случае получается матовая поверхность, покрытая равномерными ямками, а во втором — так называемый «штрих», сообщающий поверхности блеск, переходящий в полировку, когда штрих так мелок, что становится незаметным для глаза. Так, при шлифовке двух медных пластинок одной об другую с наждаком, обе получаются матовыми, а тот же наждак, будучи наклеен на поверхность бумаги, сообщит при трении об латунную поверхность блеск.

— Хрупкое, твёрдое стекло стирается больше мягкой и упругой металлической пластинки, а порошок алмаза может стирать поверхность самого алмаза и куски кварца можно обрабатывать на точиле из песчаника. Ямки, производимые зёрнами наждака, тем мельче, чем мельче сами эти зерна; поэтому шлифование можно получать наиболее точно обработанные поверхности, как это делают при шлифовании оптических стекол.

Дата добавления: 2014-10-17