Швидкість різання при різних видах механічної обробки

Швидкість різання при різних видах механічної обробки
 

1. Загальні положення
Швидкість різання – це один з основнихфакторів, які визначають продуктивність обробки. Із збільшенням швидкостірізання росте продуктивність обробки, але швидше спрацьовується інструмент іростуть зв’язані з цим затрати. Тому в кожному конкретному випадку требавибирати допустиму швидкість різання, при якій забезпечується найвищапродуктивність при найнижчій собівартості виробів.
Швидкість різання обмежують властивостіінструментального матеріалу. На швидкість різання, яку допускає інструмент,впливають матеріал різальної частини інструменту, вид обробки, оброблюванийматеріал, подача і глибина різання, геометричні параметри різальної частиниінструменту, мастильно-охолоджуючі речовини. Швидкість різання визначається припоздовжньому точінні по залежності /> , а при фасонному точінні і відрізанні v=/>.В цих залежностях Cv– коефіцієнт, що враховує умови різання івластивості оброблюваного матеріалу, а Т – період стійкості різальногоінструменту в хв. Його необхідно вибирати так, щоб собівартість виконуваноїними операції була мінімальною. Тому для дорогих інструментів період стійкостіповинен бути більшим, так як часті переточування призводять до швидкої втратиінструменту, знижують його продуктивність і збільшують собівартість обробки.Рекомендовані періоди стійкості для різних інструментів приведено в довідниках.Відносна стійкість характеризується показником степені т, який залежитьвід інструментального матеріалу і характеру спрацювання інструменту. Для швидкорізальнихсталей т=0,1-0,125; для твердих сплавів т=0,2-0,25; длямінералокераміки т=0,5.
Чим більша глибина різання і подача тим меншашвидкість різання, цей вплив залежить від показників степенів xvi yv.Ці показники менші 1 і xvyv. Та при точінні конструкційної сталі твердосплавними різцями з s>0,3мм/об xv=0,15 a yv=0,25. Тому при розрахунках режимів обробки бажано встановлювати максимальнізначення глибини різання (виходячи з припуску на обробку) і менші подачі.
Вплив всіх інших факторів враховує коефіцієнт
Кv=KmvKnvKivKφvKφ1KgvKrvKov
 
Kmvвраховує вплив на швидкість різання властивостей оброблюваного матеріалу. Чимбільше оброблюваний матеріал містить легуючих елементів, тим більша йоготвердість і міцність, тим більше теплоти виділяється в процесі різання, тимменша швидкість різання. Тугоплавкі домішки зменшують теплопровідність сталі,погіршують відведення тепла з зони різання і зумовлюють інтенсивне нагрівання іспрацювання інструменту. Тому з збільшенням кількості вуглецю і легуючихелементів допустима швидкість різання зменшується. Це враховує поправочнийкоефіцієнт Кmv. Для сталі />/>, тут КГ – коефіцієнт,що характеризує групу сталі по оброблюваності. Для сірого чавуну Кmv=/>,а для ковкого- Кmv=/>. Окалина чи ливарна кірка на поверхні заготовки також зменшуютьшвидкість різання, Це враховує поправочний коефіцієнт Knv.
Спрацювання інструменту залежить від твердості,міцності, стійкості проти спрацювання, теплостійкості і опірної адгезії йогорізальної частини. Чим вищі ці параметри, тим більшу швидкість різання допускаєінструмент при тому ж періоді стійкості. Це враховує коефіцієнт Kiv.
Значний вплив на швидкість різання маютьгеометричні параметри різальної частини інструменту. Із збільшенням передньогокута γ зменшуються деформації оброблюваного матеріалу, сили різання і,відповідно, зменшується спрацювання різця. Все це так до деякого оптимальногозначення γ, яке відповідає певним оброблюваним і інструментальнимматеріалам. Якщо дальше збільшувати передній кут, то погіршуєтьсятепловідведення внаслідок зменшення площі поперечного перетину різальноїчастини інструменту, тому треба зменшити швидкість різання. Вплив передньогокута на швидкість різання враховує поправочний коефіцієнт Кγv/
Задній кут α впливає на швидкість різанняаналогічно, як і γ. Із збільшенням />αдо певних границь (≈60) швидкість різання можна збільшуватиоскільки зменшується тертя по задній поверхні різця. При дальшому збільшенніα починає руйнуватись різальна кромка через зменшення кута загостренняβ. Вплив кута α на швидкість різання враховує коефіцієнт Кαv.
На швидкість різання значно впливає головнийкут в плані φ. З зменшеннямкута φ збільшується ширина зрізу і зменшується його товщина, що покращуєтьсятепловідведення і зменшується навантаження на одиницю довжини робочої частинилеза. Тому різці з малим головним кутом в плані допускають більшу швидкістьрізання. Враховується цей вплив коефіцієнтом Кφv. Допоміжний кут в плані φ1впливає на швидкість різання майже так само, як φ. Цей вплив враховуєкоефіцієнт Кφ1.
Додатне значення кута нахилу головної різальноїкромки λ сприяє зміцненню різця, що дає змогу підвищити швидкістьрізання при тому ж періоді стійкості. Це враховує коефіцієнт Кλv.
Ззбільшення радіуса заокруглення при вершині(плані) r також сприяєпідвищенню швидкості різання при всіх інших незмінних умовах. Це враховуєкоефіцієнт Кrv.
Мастильно-охолоджуючі рідини знижуютьтемпературу в зоні різання, змащують поверхні тертя різального інструменту ізаготовки, зменшують можливість прилипання стружки до інструменту. В результатізбільшується допустима швидкість різання і покращується якість обробленоїповерхні. Вплив МОР враховує коефіцієнт Кov.
Крім перерахованих факторів на швидкістьрізання впливають форма поперечного перетину різця, допустима величинаспрацювання, що також враховується відповідними коефіцієнтами.
Різання матеріалів, як технологічний спосібобробки заготовок деталей машин, повинен забезпечити високу точність і якістьоброблених поверхонь, високу продуктивність і високу економічність. Виконанняцих вимог залежить від комплексу одночасно діючих факторів, які можна умовнорозділити на три групи:
1-фактори, які пов’язані з фізичною природою іструктурним станом матеріалу оброблюваної заготовки (оброблюваністю);
2- фактори, що визначаються властивостямиматеріалу різальної частини інструменту, його конструкцією і якістю виконання;
3-факторами, які відображають експлуатаційніумови проведення процесу різання.
Оброблюваність матеріалів характеризуєтьсяцілим рядом факторів, які відображають фізичні явища, що відбуваються в процесірізання (сили різання, потужність, якість поверхні…). У більшості випадків закритерій оброблюваності приймають швидкість різання, яка забезпечує деяку,найдоцільнішу в даних умовах, стійкість інструмента. Оброблюваність матеріалівбагато в чому залежить від їх властивостей, а саме:
1. Здатності зміцнюватися під дією різальногоінструменту. В результаті зміцнення ростуть сили різання і тепловиділення, а цепотребує більш теплостійкого і міцнішого інструменту.
2.Стираючої (абразивної) здатностідеформованого матеріалу, яка безпосередньо діє на різальну частину інструменту.Чим вона вища, тим більша стираюча здатність, тим інструмент повинен бутистійкішим проти спрацювання, а допустима швидкість різання повинна бути меншою.
3.Теплопровідності деформованих шарів матеріалу,чим вона вища, тим менше спрацьовується інструмент і тим більшу швидкістьрізання можна забезпечити.
4. Рівномірності розподілу структурнихскладових у сталі, відсутності твердої кірки, твердих включень…
Оброблюваність сталі залежить, в основному, відїї структури, вмісту в ній легуючих елементів. Чим більше в сталі мартенситу ітроститу (НВ=400-500кГ/мм2) і менше фериту і перліту (НВ=80-200кГ/мм2)тим її оброблюваність гірша. Структура також впливає на якість обробленоїповерхні, яка при підвищенні твердості покращується.
Із збільшенням кількості вуглецю в сталіоброблюваність її погіршується, а якість поверхні покращується, знижуєтьсятеплопровідність, що збільшує температуру різання, зростає її міцність ітвердість. Все це веде до зниження швидкості різання.
Легуючі елементи (Cr, Mg ,Si, W, Mo) такожпогіршують оброблюваність сталі, так як із збільшенням їх кількості зростаютьтвердість і міцність, знижується теплопровідність. Наявність карбідівінтенсифікує спрацювання інструментів. З легованих сталей найгіршаоброблюваність у аустенітних (нержавіючих і жароміцних). Це пояснюється їхвисокою адгезійною здатністю, великим тепловиділенням внаслідок значних силрізання і низької теплопровідності аустеніту, зміцненням зрізуваного шару черезнаклеп, підвищеною стираючою здатністю через наявність в структурі карбідів.
Чавун обробляти важче ніж сталь. Це пояснюєтьсянизькою його теплопровідністю і наявністю включень цементиту і карбідівмарганцю, які мають сильну стираючу здатність. Графіт покращує оброблюваністьчавуну (сприяє підвищенню швидкості різання), але погіршує якість обробленоїповерхні. Оброблюваність чавуну покращується при знижені в ньому вмістукремнію, оскільки кремній сприяє зміцненню фериту. Оброблюваність відбіленогочавуну, який містить велику кількість цементиту, різко погіршується, його майженеможливо обробляти інструментом з швидкорізальної сталі.
Високоміцний чавун з кулеподібним графітомдопускає вищу швидкість різання ніж сірий чавун з пластинчастим графітом приоднаковій твердості. При цьому, на відміну від сірого чавуну, оброблюваністьвисокоміцного чавуну можна покращити термообробкою (відпалюванням, абовисокотемпературним відпуском).
Мідні сплави краще піддаються термообробці, ніжсталь, так як вони мають меншу границю міцності і кращу теплопровідність.Оброблюваність сплавів міді покращується із збільшенням вмісту свинцю іпогіршується з збільшенням нікелю і марганцю. Мідні сплави можуть різковідрізнятись своїми властивостями. Так швидкість різання бронзи, яка міститькремній і має стираючу здатність, зменшується в 3 рази.
Оброблюваність алюмінієвих сплавів значно кращаніж сталі і швидкість різання може бути в 6-8 більшою. Оброблюваністьпокращується, якщо додати Cu, Pb, Sn, Mg, Bi, Zn і погіршується домішками кремнію і марганцю. Оброблюваність титановихсплавів гірша ніж конструкційної і вуглецевої сталі. Це пояснюється тим, щовони мають більшу твердість і невисоку пластичність. Поздовжня усадка стружкиблизька до 1, питомий тиск на передню поверхню високий Оброблюваністьпластмас коливається в широких межах залежно від їх властивостей. Допустимашвидкість різання при обробці цих матеріалів може бути вищою (текстоліт) інижчою (фенопласт), ніж при обробці звичаної конструктивної сталі. Теплопровідність пластмас значно менша, ніж у металів, тому в процесірізання більше теплоти іде на нагрівання стружки та інструменту. Температура,що виникає в зоні різання часто спричиняє розм’якшення, а іноді і деформаціюдеталі. Тому доводиться знижувати швидкість різання.
В залежності від оброблюваності всі сплави на основі металівподіляються на 14 груп. До перших двох груп відносяться магнієві і алюмінієві сплави,які найлегше обробляются. Чавуни відносяться до четвертої групи, вуглецевісталі – до пятої, а низько і середньо леговані до шостої групи, а до 14 групи відносяться високоміцні сталі, які найважче обробляються. В кожнійгрупі найбільш характерна марка взята за еталон. Для п’ятої і шостої груп – цесталь45, для чавунів – чавун СЧ20. Коефіцієнт оброблюваності для еталоніврівний одиниці. Коефіцієнти для інших матеріалів приведені у довідниках.
2. Опір матеріалів різанню
 
В процесі різання виникають пружні і пластичнідеформації зруйнованого шару (стружки) і верхнього шару обробленої поверхні, атакож сили тертя на контактних поверхнях різального інструменту. При вільномурізанні, коли в роботі знаходиться одна різальна кромка, сили різання можнарозглядати як плоску систему сил, що діють на контактних площадках інструментуі заготовки. Ця система включає 4 складові: Р і Р1 сили,що деформують матеріал вище (Р) і нижче (Р1) лініїзрізу і Рμ іРμ1 –сили тертя попередній ізадній поверхнях (рис.16). Проектуємо ці сили на осі y і z .
 
Pz=Pcosγ+Pμsinγ+P1sinα+Pμ1cosαi Py=-Psinγ+Pμcosγ+P1cosα+Pμ1sinα .
Визначення цих сил складне завдання, особливопри закритому різанні, коли одночасно працюють дві різальні кромки і має місцеоб’ємний напружений стан.
/>

3. Сили різання при точінні
 
Сили різання найбільш зручно розглядати наприкладі точіння, або стругання, оскільки вони найбільше вивчені. Основнізакономірності цих процесів розповсюджуються на всі види обробки. Рівнодіючавсіх сил R, прикладених дорізця з боку оброблюваного матеріалу, називається силою опору матеріаліврізанню, або силою різання (рис.17).
На практиці розглядають складові цієї сили, якідіють по трьох координатних осях x,y,zR=/>. Рz – тангенціальна складова силирізання, що діє по дотичній до поверхні різання і збігається з напрямом векторашвидкості різання. Ру — радіальна складова сили різання, щодіє перпендикулярно до осі заготовки. Рх – осьова складовасили різання, що діє паралельно осі обертання заготовки в напрямку протилежномуруху подачі. На співвідношення між цими силами і їх значення впливає багатофакторів. Так при φ=450, />λ=0і γ=150 Ру/Рz =0,4 –0,5; Рх/Рz=0,3-0,4. Сумарна сила
 
R=/>=1,14-1,18Pz.
Тангенціальна складова Pz є найбільшою. За цієюсилою розраховують потужність різання, міцність елементів різця ідеталей приводу головного руху верстата, а також крутний момент на шпинделі.
За силою Рх розраховуютьпотужність механізму подачі і міцність його деталей.
Сила Ру відштовхує різець відзаготовки і сприяє вібраціям у горизонтальній площині. На її основірозраховують жорсткість кріплення заготовки. Вона сильно впливає на точність ігеометричну форму обробленої поверхні.

Потужність різання
Np=/> кВт.
Потужність подачі
Nn=/>кВт.
Потужність головного приводу верстата N=/>,тут ηверст –коефіцієнт корисної діїмеханізму приводу верстата, він рівний переважно 0,80-0,85.
Дослідами встановлено, що на сили різання приточінні впливають оброблюваний матеріал, глибина різання (товщина шару металу,що знімається за один прохід)t, подача s,передній кут різця γ, кут в плані φ, радіус при вершині різця,швидкість різання, кут нахилу головної різальної кромки λ, швидкістьрізання, мастильно-охолоджуючі речовини. Сили різання визначають за емпіричнимиформулами, одержаними в процесі обробки результатів досліджень: Pz=CpztxpzsypzvnzKpz; Px=CpxtxpxsypxvnxKpx; Py=CpytxpysypyvnyKpy, тут Срz,, Срх і Сру –коефіцієнти, що рівні силам Pz,Px,Py коли всі інші величини рівніодиниці. Кожна з зазначених вище величин впливає на сили різання по різному.Коефіцієнт Крвизначається як добуток ряду коефіцієнтів
Кр=КмрКφрКγрКλрКhKrpKop
 
1.Глибина різання і подача. Чим більші t іs тим більша площа поперечного перетинустружки і об’єм матеріалу, що деформується, тим більший опір матеріалу процесустружкоутворення і процес різання відбувається з більшими силами різання. Протепри поздовжньому точінні на силу різання більше впливає глибина різання. Цепояснюється тим, що при збільшенні глибини різання зростає не тільки обсягдеформацій, але і ширина зрізу, сили нормального тиску і тертя як вздовжпередньої так і задньої поверхні різця. При більшій подачі зростає обсягдеформацій, але ширина зрізу залишається попередньою, тобто сили нормального тискуі тертя не змінюються. Отже подача менше впливає на сили різання ніж глибинарізання. Враховується цей вплив величинами t і s у відповідних степенях xp yp.
2. Швидкість різання по різному впливає насили. При v=3-5 м/хв складові сил різання мають менші значення, при збільшенні v до 15-20 м/хв вони збільшуються і при v> 50 м/хв знову зменшується. Ріст силрізання в зоні швидкостей 25-60 м/хв пояснюється зменшенням наростоутворення.При послідуючому збільшенні швидкості різання зменшується коефіцієнт тертя і,відповідно, зменшуються сили різання. В діапазоні v=50-500 м/хв зменшення сил різання можна виразити функцією Pz=Cv-n… Показник п залежить відумов роботи і приводиться в довідниках.
3. Оброблюваний матеріал. Фізико-механічні властивостіоброблюваного матеріау і його стан багато в чому визначаютьпроцес стружкоутворення і супутні йому деформації, а отже і сили опору, якірізець і верстат повинні подолати. Чим більні границя міцності σв ітвердість матеріалуНв тим більші сили різання. Це враховує коефіцієнт Кмр:
Кмр=/> — для сталі; Кмр=/> — для сірого чавуну;Кмр=/> — для ковкого чавуну. Показники степені п для різних сил різні.
4. Передній кут γ. При збільшенніпереднього кута і зменшенні кута різання (δ=90-γ) процесстружкоутворення супроводжується меншими деформаціями, тобто різцю легшеврізатись в оброблювану заготовку, разом з тим зменшуються сили тертя попередній поверхні. Все це приводить до зменшення сил різання. Враховуєтьсявплив переднього кута коефіцієнтом Кγ.
5.Головний кут в плані φ. При збільшенніголовного кута в плані збільшується товщина зрізу а і зменшується йогоширина в. Це приводить до зменшення сили Ря. Іззбільшенням кута φ радіальна складова сили різання зменшується, а осьова –росте. При розрахунках Pz,Pe iPx вплив кута φ враховуютьпоправочним коефіцієнтом Кφ.
6.Радіус заокруглення різця при вершині r. Шз збільшенням радіуса заокругленняскладові сили різання Pz iPYзростають, а Рх зменшується. Це пояснюється тим, що длярізних точок заокругленої ділянки різальної кромки кут φ не однаковий,причому для точок розташованих ближче до вершини він менший. Отже з ростом r кут φ зменшується, що веде дозбільшення сил Рzi Py. Враховується цей впливкоефіцієнтом Кr/.
7. Кут нахилу головної різальної кромки λпрактично мало впливає на Рz, але із збільшенням λ росте Ру і зменшується Рх.Врахову4ється цей вплив коефіцієнтом Кλ.
8. Мастильно-охолоджуючі речовини (МОР)впливають не тільки на зменшення температури в зоні різання, але і зменшуютьтертя, отже впливають на зменшення сил, що діють на інструмент, враховуєтьсяцей вплив коефіцієнтом Кор.
4. Сили різання і потужність присвердлінні
 
Процес свердління складніший порівняно зточінням і відбувається у тяжчих для інструменту умовах: ускладнене відведеннястружки і підведення МОР, в різних точках різальної кромки різні швидкостірізання, а на осі ця швидкість рівна нулю. Проте на елементарній дільниціпроцеси відбуваються ті ж, що і про точінні. Свердло зазнає опору з бокуоброблюваного матеріалу і силу Rв певній точці А (рис.1) можна розкласти натри складовіPx,Py,Pz..Складова Рх напрямлена вздовж осі свердла. Вцьому ж напрямку діє сила на поперечну кромку Рп і сила тертястрічки об оброблену поверхню( вертикальна складова). Сума всіх цих сил, щодіють вздовж осі х, називається осьовою силою, або силою опору подачі Ро. Дослідами встановлено, що
Рп=50-55%Ро, Рх=40-45%Ро,аРс/>3%Ро.
/>
Рис.1 Сили різання при свердлінні.
Радіальні сили Ру, які рівніодна одній за величиною, але протилежні за напрямком, взаємно врівноважуються(при правильному заточуванні свердла).
Крутний момент який долає шпиндельсвердлильного верстата, в основному (80-90%) створюється силою Pz. Крутний момент і осьову силупри свердлінні розраховують по емпіричних формулах: M=CmDgsoyKm; Po=CpDgsoyKp і при розс-вердлюванні M=CmDgtxsoyKm;Po=CpDgtxsoyKp. В цих залежностях См і Ср –коефіцієнти, що характеризують оброблюваний матеріал і умови різання, g,x,y – показники степенів. Вони різні дляосьової сили і крутного моменту. КміКр — поправочні коефіцієнти, що характеризують конкретні умови роботи.
Потужність різання N=/>, потужність подачі Nпод=/>

5. Сили різання при фрезеруванні
 
Фрезерування – технологічна операція обробкиплоских і фасонних поверхонь багатозубим різальним інструментом – фрезами.Головний рух – швидке обертання інструменту (фрези) навколо своєї осі, а рухподачі – повільне поступове переміщення заготовки, закріпленої на століверстата. Режим фрезерування характеризується: 1) швидкістю різання v=/>, тут D — діаметр фрези в мм, п — числообертів фрези за хв; 2) подачею на зуб sz, подачею на обертso=szz, де z — числозубів фрези; хвилинною подачеюsх =son=szzn; 3) глибиною різання t мм; 4) шириною фрезерування В мм.
Процес фрезерування в порівнянні з точінням маєсвої особливості:
1. В роботі одночасно бере участь декілька лез,тому фрезерування більш продуктивний спосіб обробки ніж точіння;
2. Леза фрези працюють з перервами, а корпус їїчасто має значну масу, що сприяє відведення тепла від лез;
3. Площа зрізу може коливатись в широкихграницях, тому сили різання мають змінне значення;
4. Наростоутворення тут проявляється в меншіймірі, ніж при роботі різцем, тому що зуб врізається в матеріал з ударами і єменше можливостей для міцного утримування наросту.
В залежності від розміщення зубів на поверхніфрези розрізняють торцеве і циліндричне фрезерування. Всі інші видифрезерування – це комбінація цих двох основних видів. Фрезеруванняциліндричними фрезами може бути зустрічним і попутнім.
В процесі різання на кожен зуб фрези діє силаопору матеріалу різанню. Фреза повинна подолати сумарні сили різання. Прифрезеруванні прямозубою циліндричною фрезою рівнодіючу силу різання,прикладеною в деякій точці А (рис.19а), можна розкласти на колову силу Р,дотичну до траєкторії різальної кромки, і радіальну складову Ру,напрямлену вздовж радіуса. Залежно від напрямку фрезерування (зустрічне чипопутне) напрям і абсолютне значення сил змінюються. При фрезеруванніциліндричною фрезою з гвинтовим зубом в осьовому напрямку діє осьова сила Ро,і чим більший кут нахилу зуба ω, тим більше Ро (рис.2б).
/>
Рис.2. Сили різання при фрезеруванні.
Колова сила Р виконує основну роботурізання. На основі неї визначають потужність різання. Радіальна сила Ру=(0,6-0,8)Р діє на підшипники шпинделя і згинає оправку, на якій кріпиться фреза.
Сумарну силу R (рис ) можна розкласти на дві складові: горизонтальну Ргі вертикальну Рв. Залежно від напрямку фрезерування(зустрічне чи попутне) напрям і числове значення сил змінюються. Прифрезеруванні циліндричною фрезою з гвинтовим зубом в осьовому напрямку дієосьова сила Ро.
Колова сила Р виконує основну роботурізання. На її основі визначають потужність різання Nріз. Радіальна сила Ру=(0,6-0,8)Рдіє в на підшипники шпинделя і згинає оправку, на якій кріпиться фреза.Горизонтальна сила діє на елементи кріплення заготовки і механізм подачіверстата. Ро =(0,35-0,55)Р діє на підшипники шпинделяі механізм поперечної подачі стола. Рв – вертикальна сила дієна механізм вертикальної подачі. При попутному фрезеруванні ця сила притискаєзаготовку до стола, а при зустрічному — вона напрямлена в гору і стараєтьсявідірвати заготовку від стола.
У прямозубої фрези лезо входить в контакт ззаготовкою одночасно всією активною довжиною, що викликає різкі коливання силрізання. Для забезпечення більш плавної роботи фрези її виготовляють згвинтовим зубом (кут підйому ω). При певних умовах можна забезпечити повнуплавність роботи фрези, коли фреза незалежно від кута повертання знімає стружкупостійного поперечного перетину (рівномірне фрезерування).Умова рівномірногофрезерування C=/>, де В– ширина фрезерування, tос – осьовий крок фрези />; тоді С=/>. Для забезпеченнярівномірного фрезерування необхідно, щоб С було цілим числом, тобто, щобплоща поперечного перетину стружки, що знімається фрезою була постійною і незалежала від кута повороту фрези. Практично такі умови роботи забезпечититрудно. Середнє значення колового зусилля визначається по емпіричній залежності
Рz=/>
Тут СР – залежить відоброблюваного матеріалу і умов обробки, Z – число зубів фрези, D — діаметр фрези, v- швидкість різання, t- товщина шару металу, що зрізується, sz — подача на зуб фрези і К — поправочний коефіцієнт, що враховуєконкретні умови роботи ( як при точінні). Вплив діаметра фрези пояснюється тим,що з його збільшенням, при тому ж значенні Z, зменшується число зубів, що одночасно приймають участь в роботі,зменшується площа зрізу і, відповідно, сила різання. З збільшенням t i Z при віх інших рівнихумовах збільшується число зубів, що одночасно беруть участь у різанні, ростесумарна площа зрізу і збільшується сила різання.
Крутний момент на шпинделі М/>, потужність різання N=/>.

6. Сили різання при шліфуванні
Процес шліфування має свої особливості, яківпливають на величину сил:
1. Шліфування здійснюється при великихшвидкостях різання (20-40 м/сек), а при швидкісному фрезеруванні 50-50 м/сек ізнімаються стружки малих перетинів.
2. Шліфувальний круг є багатолезовимінструментом. Він складається з різних елементів – абразивних зерен, з’єднанихзв’язкою в одне ціле. В роботі одночасно бере участь велика кількість зерен. Зерна– багатогранник неправильної форми з заокругленими вершинами. Тому зернапрацюють з великими кутами різання >900, аінколи 130-140о.
3.У зв’язку з великою швидкістю різання івеликими кутами різання процес шліфування супроводжується високими температурами(1000-1500 оС).
4. Абразивний інструмент немає суцільного леза.На твірній круга знаходиться ряд зерен на деякій віддалі одне від другого ікожне зерно знімає з поверхні свою стружку. Тому процес шліфування є по сутіпроцес царапання.
5. В ході шліфування можна міняти тількиелементи режиму різання і неможливо поміняти геометрію інструменту(α,β,γ). Тому керувати процесом шліфування складніше.
6. Абразивний інструмент має здатність допевної міри в ході роботи самозаточуватись, яке проходить шляхом руйнування івикришування затуплених зерен, в результаті чого вступають в роботу нові гострізерна.
Сили різання при шліфуванні відносно невеликі,але потужність велика за рахунок великої швидкості. Схема роботи абразивногозерна показана на рис. 3

/>
Рис. 3
Кут різання δ=130-140о, радіус r=2-5мкм÷7-25мкм в залежності відзернистості круга. Тому РN=1,5-3PZ. Круговасила PN визначається за емпіричною залежністю PZ=CРVд0,7t0,6s0,6. Тут СР — коефіцієнт, який залежить від властивостейоброблюваного матеріалу, так при круглому шліфуванні загартованої сталі знормальною швидкістю при діаметрі круга 500 мм і ширині 40 мм СР=21,6,а при шліфуванні чавуну -19,6.
В довідниках приведені дані для розрахункупотужності різання при круглому зовнішньому шліфуванні з поздовжньою подачею,що проводиться за формулою N=CNVdrtxsydq. Тут d — діаметршліфування.
7. Методи і прилади для вимірювання силрізання
1. Метод зрівноважування заключається в тому, щовимірювальну силу зрівноважують протилежно напрямленою силою. Схема такоговимірювання подана на рис.4.Тут 1-зрівноважувальний пристрій; 2-масштабнийпристрій; 3-різець; 4-заготовка. Сила PZ, що виникає при точінні, повертає різець, що впирається в масштабнийпристрій 2 ( для збільшення масштабу показів і точності вимірювання) і взрівноважу вальний пристрій 1. На точність вимірювання впливає тільки силатертя в шарнірах.

/>
Рис. 4
2. Метод гальмування полягає у вимірюванні крутного моментуза допомогою гальмівних пристроїв. Вимірюють крутний момент у двазаходи: З початку виконують різання, реєструючи при цьому, наприклад, задопомогою амперметра силу струму електродвигуна верстата. Потім на шпиндельверстата встановлюють гальмо з сило вимірювальним пристроєм. Не змінюючишвидкості обертання шпинделя, гальмо навантажують доти, доки амперметр непокаже таж значення струму, що при різанні. Перевага цього методу у відносніпростоті, але він не забезпечує високої точності і дозволяє вимірювати тількиодну складову сили різання PZ.
3. Визначення сили різання за потужністюприводу верстата, що витрачається в процесі різання. При цьому вимірюється ватметромпотужність, яку розвиває електродвигун верстата при різанні, і на її основівизначають тангенціальну складову сили різання. Тут необхідно знати к.к.д.верстата на різних режимах роботи і можна визначити тільки силуPZ.
4. Метод пластичної деформації зразка. Міжпередавальною системою динамометра, яка закінчується сталевою кулькою, і йогоопорною площиною встановлюють пластинку з відносно м’якого металу (цинк,свинець, мідь...). Під час різання кулька залишає відбиток на пластинці порозмірах якого визначають силу різання. Цей метод не враховує динаміки процесурізання.
5. Метод пружної деформації ґрунтується навимірюванні пружної деформації робочого елемента динамометра під дією силирізання. Ця деформація передається перетворювачам (датчикам), в яких виникаютьрізні механічні, гідравлічні, пневматичні, магнітні та електричні явища. Аналізтих явищ дає точне уявлення про сили, що виникають в процесі різання. Такідинамометри з тензодатчиками мають високу чутливість, можуть міряти декількаскладових, надійні і зручні в експлуатації.
 
8. Особливості процесу різання пластмасс
 
Особливості процесу обробки пластмас різаннямпов’язані з їх фізико-механічними властивостями, які залежать від видузв’язуючих і наповнюючих матеріалів. Особливо силь впливає наповнювач, йоговид, структура і орієнтація. Теплопровідність пластмас в 500-600 разів меншатеплопровідності металів, що затрудняє їх обробку, хоч твердість пластмас невисока – 30-600Н/мм2.
Процес утворення стружки залежить відвластивостей пластмас і умов різання. При різанні термореактивних пластмасутворюється стружка надлому, наріст не утворюється
Різання шаруватих пластмас може проводитисьвздовж і поперек напов-нювача. В першому випадку утворюється стружка подібна дозливної, в іншому випадку – стружки надлому (дрібна).Із спрацюваннямінструмента стружка стає дрібнішою і у зв’язку з підвищенням температури в зонірізання змінюється її забарвлення. Кварцові і склоподібні наповнювачіспричиняють інтенсивне зношування інструменту.
Характерним при різанні пластмас є те, щосмоли, що входять до їх складу, в процесі різання оплавляють і покриваютьповерхню різця внаслідок чого затрудняється відведення стружки і погіршуєтьсяякість обробленої поверхні.
Пластмаси обробляють на металорізальних тадеревообробних і спеціальних верстатах. При цьому застосовуються інструментивиготовлені з надтвердих матеріалів, твердих сплавів, швидкорізальної таінструментальної сталі.
Основні види обробки пластмас:
1. Розрізання. При товщині листа до 3 ммзастосовують важільні, або шарнірні ножиці, більш товсті листи ріжуть надеревообробних верстатах.
2. Точіння всіх видів конструкційних пластмаспроводять на універсальних металорізальних верстатах, При цьому використовують різціз твердих сплавів ВК2, ВК3М, ВК4 з заднім кутом 15о-25о,що забезпечує максимальну стійкість різця. Передній кут залежить від маркиоброблюваного матеріалу, способу одержання заготовки і умов обробки. Прирізанні вздовж волокон γ=10о-20о, поперек волоконγ=0-5о. При точінні деталей з пластмас без наповнювача(орг-скло, вініпласт) γ=0-20о. Швидкості різання: оргскло,інструмент з сталі HSS V=70-180 м/хв., вініпласт, інструмент з сталі HSS V=150-250м/хв., гетінакс інструмент з ВК8 V=150-250 м/хв., інструмент з сталі HSS V=100-200 м/хв.,текстоліт – інструмент з ВК6, швидкість різання 200-400 м/хв., склотекстоліт –інструмент з ВК2, швидкість різання 150 – 250 м/хв.
3. Свердління ведеться спіральними свердлами зкутом при вершині 118о-120о і заднім кутом 10о-12о.В них підточують перетинку до 0,08-0,1D і зшліфовують стрічку по ширині до 0,6-0,8 мм на довжині рівнійглибині різання. Швидкість різання 40-50 м/хв., подача – 0,06-0,1 мм/об. Отворидіаметром більше 40 мм вирізують вирізним різцем .
Поліхлорвініл свердлять інструментом зшвидкорізальної сталі з такими геометричними параметрами: 2φ=90-110о,α=15-25о — для наскрізних отворів і 2φ=120-130о іα=15-25о для глухих отворів. Особливість заточування полягає втому, що після одержання цих кутів на головних різальних кромках з бокупередньої поверхні бруском, намащеним маслом роблять фаску в=0,05-0,1 мм,витримавши передній кут γ1=0о.Режим різання V=30-60 м/хв.;S=0,1-0,5мм/об. Отвори діаметром більше 20ммвирізують циркульними різцями.
Гетинакс свердлять стандартними свердлами зшвидкорізальної сталі такими кутовими параметрами: 2φ=90о;α=20опри подачі 0,1/>0,4 мм/об. Ішвидкості різання 30-35 м/хв. (висвердлювання отворів діаметром від 5 до 20 мм.При обробці отворів діаметром більше 40мм і товщині листа до 15 мм застосовуютьвирізні різці. Охолоджують інструмент стиснутим повітрям.
Для свердління листів з текстолітуперпендикулярно до шарів наповнювача використовують стандартні свердла з Р9 іР6М5. Свердла діаметром 5-10мм заточують під кутами: 2φ=70о;α=16о.Для свердл діаметром більше10ммдоцільно робити подвійну заточку підкутами 2φ=118 і 2φо=70о (рис. ). Кут 2φо=70онеобхідно забезпечити на довжині 2-3 мм. Оптимальними режимами свердліннятекстоліту є швидкість 40-50 м/хв. і подача 0,1-.4 мм/об. Діаметр свердлаповинен бути більший від номінального на 0,05-0,1мм., а ширину стрічки требазменшити до 0,3-0,5 мм.
Склопластики найважче обробляються різанням,тому що тут використовують свердла з твердих сплавів. Можна використати ішвидкорізальні свердла з подвійною заточкою 2φ=70о і 2φо=35о,γ=10о, α=30о, довжина перемички – 1мм. Длясвердління отворів діаметром 4-16 мм рекомен-дується швидкість різання 20-30м/хв. і подача 0,1-0,4 мм/об.
4. Нарізування різі. Зовнішні і внутрішні різіна виробах з пластмас нарізають ручними інструментами і на металорізальнихверстатах. Для внутрішніх різей використовують азотовані, або хромовані мітчикиз переднім кутом γ=-5-10о.
На деталях з термопластичних мас нарізують різьрізцями з швидкорізальної сталі з переднім кутом γ=5-0о, заднімкутом α=20о і боковим заднім кутом αбок=10о.Глибина різання повинна бути 0,18-0,25 мм, а швидкість 10-20 м/хв. У деталях зтермореактивних шаруватих пластмас різьбу нарізають різцями з ВК6, ВК8 з кутамиγ=0о, α=8-20о при швидкості різання 15-25 м/хв.і глибині різання 0,15-0,25мм.
5. Фрезерування застосовують для обробкиплоских і фасонних поверхонь, пазів, фасок..., яке виконують на швидкохіднихвертикально і горизонтально-фрезерних верстатах, обладнаних спеціальнимипристроями для відсмоктування пилу і стружки, а також мають спеціальні пристроїдля закріплення заготовки.
Для забезпечення плавного без ударного різаннявикористовують фрези з великим кутом нахилу різальної кромки до осі (ω=20о-25о).Органічне скло фрезерують фрезами з швидкорізальної сталі з числом зубів 16 іω=20о при товщині знімає мого шару 2,5-5мм (чорновефрезерування) і 0,5 мм при чистовому фрезеруванні. Як охолоджуючу речовину тутвикористовують водний розчин мила. Деталі з шаруватих термореактивних пластмасобробляють фрезами з швидкорізальних сталей з числом зубів Z=5 і кутом нахилу ω=55о.Глибина різання за один прохід 1-2 мм. Склопластики обробляють фрезами згвинтовими пластинками твердих сплавів ВК6; ВК6М; ВК8. Режими різання приведенів таблиці 1.
Таблиця 1.Пластмаса
Матеріал
зубів фрези Кути різця Режим різання α Γ V м/хв
Sz мм\зуб
Органічне скло
Поліхлорид
Гетинакс, текстоліт
Склоттекстоліт
НSS
HSS
HSS
HSS
ВК6
10
25
10
10
5
20
20-25
20
20
5
180-1000
200-1000
180-370
40-180
150-180
0,1-0,25
0,10-0,2
0,05-0,5
0,10-1,0
0,04-0,15
6. Шліфування. Вироби виготовлені зтермореактивних пластмас шліфують кругами з м’якою зв’язкою зернистістю 30-40.Для кращої чистоти застосовують обробку наждачним полотном, або паперомвідповідної зернистості.
Вироби з термопластичних пластмас шліфуютькругами з фланелі, або сукна, покритими пастою з муленої пемзи і водою.Органічне скло шліфують спеціальними пастами, або наждачним папером зернистістю150-200. Швидкість шліфування 20-40 м/сек. При менших швидкостях шкурки швидкозасалюються.
7. Полірування. Полірують пластмасові виробибавовняними, байковими і суконними кругами, а закінчують кругами з бязі, байкиі мусліну. Використовують пасти ГОІ для термореактивних пластмас і ВІАМ-2 длятермоп-ластичних. Швидкість шліфування для термопластичних пластмас 10-40м/сек., а для термореактивних -15-40 м/сек.