Чтобы добиться высокого качества обработки, обеспечив при этом экономичность и высокую производительность резания, следует глубоко изучить и понять сущность физико-химических явлений, происходящих при обработке наружных и внутренних поверхностей заготовки. Только в этом случае можно разработать наиболее эффективную технологическую схему обработки детали.
Схематически процесс резания можно представить в виде последовательных стадий деформирования поверхности заготовки при воздействии режущих кромок инструмента:
- упругое (первоначальным нажатием резца);
- пластическое (при формировании стружки);
- разрушение материала в зоне резания с последующим отделением стружки.
В ходе обработки заготовок резанием в результате снятия определенного поверхностного слоя, в соответствии с заданными припусками на обработку, происходят процессы, сопряженные:
- с обильным теплообразованием;
- деформированием и усадкой снимаемого слоя (стружки);
- наростообразованием и наклепом на поверхности инструмента;
- износом поверхностей и режущих кромок инструмента и др.
Изучение всего многообразия явлений, происходящих при резании материалов, показывает, что для достижения оптимальных параметров обработки, следует учитывать наличие основных составляющих, оказывающих влияние на ход процесса, таких как:
- структура и вид материала, из которого изготовлена заготовка;
- особенности инструмента;
- способы и условия обработки.
Факторы, характеризующие обрабатываемость металлов
Между процессами, происходящими при обработке металлов резанием, существует определенная взаимосвязь, зависящая от качественных характеристик инструментов и материалов, подлежащих обработке. В этой связи используется понятие обрабатываемости материалов (их способность в той или иной степени поддаваться обработке), которая определяется в ходе специальных исследований. Результаты проведенных исследований сверяются с характеристиками эталона – стали 45. Полученные технические характеристики определенного материала затем используются при определении технологии его обработки.
Известно, что обрабатываемость материалов характеризуется следующими факторами:
- величиной сил резания, воздействующих на заготовку в процессе обработки, которая измеряется в сравнении с величиной сил, действующих при обработке эталонного материала при равных условиях;
- сравнительной (по отношению к мощности, необходимой на обработку эталона) эффективной мощностью;
- особенностями деформации снимаемого слоя при обработке заготовки;
- образованием или отсутствием наростов и выемок на поверхностях инструментов;
- шероховатостью (среднее арифметическое высоты микронеровностей поверхности на шаг длины);
- стойкостью инструмента – скоростью его износа по отношению к скорости износа эталонного инструмента;
- остаточными внутренними напряжениями, появляющимися и сохраняющимися в материале заготовки из-за неравномерных деформаций и теплообразования в структуре обрабатываемого материала;
- количеством теплоты при формировании слоев стружки, силами трения, перераспределением тепла на поверхностях участников процесса обработки;
- формированием стружки, вариантами, используемыми для отведения стружки и защиты от ее распространения в зоне работ;
- затратами энергии на отделение единицы массы стружки.
Все указанные факторы определяются с учетом одинаковых условий обработки.
Факторы, влияющие на результаты исследований обрабатываемости
Чтобы обоснованно судить об обрабатываемости каждого конкретного материала, обладающего определенными свойствами, по всем указанным параметрам, необходимо определить количественные результаты исследований. При этом будут наблюдаться существенные расхождения в количественных показателях, возникающие из-за различий в условиях, в которых проводятся исследования.
Кроме производственных условий, при формировании количественных показателей обрабатываемости следует учитывать такие составляющие процесса обработки как:
- износ инструмента, с определенной спецификой для каждой из выбранных его конструкций;
- различия в выбранных режимах резания;
- технические особенности оборудования, на котором ведется обработка и пр.
Поэтому для получения более точных количественных характеристик обрабатываемости материала, для их последующего сопоставления важно максимально использовать равные параметры и условия обработки, наиболее часто применяемые при работе с данными классами материалов и инструмента.
Оценка режущих качеств инструмента
Стойкость режущего инструмента измеряется длительностью его использования – в минутах – между переточками, при сохранении параметров износа режущей части, необходимых для выполнения работ с соответствующим качеством.
Режущие качества инструмента определяются его возможностями выполнять операции резания материалов. Чтобы охарактеризовать и сравнить режущие свойства инструмента наиболее точно, следует выбрать некоторое количество заготовок одного типа, прошедших обработку данным инструментом, и обозначить основные параметры, в том числе:
- длину рабочего хода инструмента;
- рассчитать общую длину заготовок и площадь обработанной поверхности;
- объем стружки (срезанного слоя);
- определить число переточек и период стойкости инструмента.
Что влияет на режущие качества инструмента?
Учитывая невозможность высокой точности при определении количественных характеристик режущих свойств инструмента в условиях реального производства, эту работу целесообразно выполнять в специальных лабораторных условиях. Только с учетом полученных данных возможна разработка оптимального технологического процесса обработки деталей.
Проведение исследований режущих качеств инструментов в лабораторных условиях гарантирует, что будут максимально учтены следующие факторы:
- свойства стали и твердых сплавов, из которых изготовлен инструмент и его режущая часть с учетом их химического состава, физических свойств: твердость, пластичность, структура, пределы прочности по всем показателям, стойкость к износу и высоким температурам;
- форма инструмента, длина, жесткость, параметры режущей части, количество режущих кромок, точность изготовления;
- критерии износа;
- выбор режимов резания – скорости, подачи, толщины снимаемого слоя, СОЖ;
- технические качества станка: жесткость системы СПИД (станок-приспособление-инструмент-деталь), отсутствие вибраций, люфтов, проблем с точностью передачи крутящего момента от электродвигателя к движущимся механизмам станка и пр.