Технологические процессы обработки металлов путем снятия стружки осуществляются режущими инструментами на с целью придания деталям заданных форм, размеров и качества поверхностных слоев.

Для получения поверхности заданной формы заготовки и инструменты закрепляют на металлообрабатывающих станках, рабочие органы которых сообщают им движения нужной траектории с установленной скоростью и силой.

Определение рационального режима резания металла

Любой вид такой обработки, как резка металла, характеризуется режимом резания металлов, представляющим собой совокупность следующих основных элементов: скорость резания, глубина резания и подача .

Назначенный для обработки заготовки режим резания определяет основное технологическое время на ее обработку и соответственно производительность труда. Работа резания переходит в тепло. Со стружкой уходит 80 % тепла и более, остальное распределяется между резцом, заготовкой и окружающей средой. Под влиянием тепла изменяются структура и твердость поверхностных слоев резца и его режущая способность, изменяются также и свойства поверхностного слоя заготовки.

Режимы резания для каждого случая могут быть рассчитаны по эмпирическим формулам с учетом свойств обрабатываемого материала, установленной нормативами стойкости резца, его геометрии и применяемого охлаждения, а также с учетом точностных параметров обработанной заготовки, особенностей станочного оборудования и оснастки. Назначение режимов резания начинают с определения максимально допустимой глубины резания , затем определяют допустимую подачу и скорость резания .

Глубина резания - толщина снимаемого слоя металла за один проход (расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное по нормали).

Скорость резания - скорость инструмента или заготовки в направлении главного движения, в результате которого происходит отделение стружки от заготовки, подача - скорость в направлении движения подачи. Другими словами, это путь, пройденный в минуту точкой, лежащей на обрабатываемой поверхности относительно режущей кромки резца. Например, при точении скоростью резания называется скорость перемещения обрабатываемой заготовки относительно режущей кромки резца (окружная скорость).

Когда определена скорость резания, можно определить частоту вращения шпинделя (об/мин).

По рассчитанным силе резания и скорости резания определяют мощность , необходимую на резание.

В зависимости от условий резания стружка , снимаемая режущим инструментом в процессе резания материала, может быть элементной, скалывания, сливной и надлома.

Характер стружкообразования и деформации металла рассматривается обычно для конкретных случаев, в зависимости от условий резания; от химического состава и физико-механических свойств обрабатываемого металла, режима резания, геометрии режущей части инструмента, ориентации его режущих кромок относительно вектора скорости резания, смазывающе-охлаждающей жидкости и др. Деформация металла в разных зонах стружкообразования различна, причем она охватывает также и поверхностный слой обработанной детали, в результате чего он приобретает наклёп и возникают внутренние (остаточные) напряжения, что оказывает влияние на качество деталей в целом.

В результате превращения механической энергии, расходуемой при обработки металлов резаньем, в тепловую возникают тепловые источники (в зонах деформации срезаемого слоя, а также в зонах трения контактов инструмент - стружка и инструмент - деталь), влияющие на стойкость режущего инструмента (время работы между переточками до установленного критерия затупления) и качество поверхностного слоя обработанной детали. Тепловые явления вызывают изменение структуры и физико-механических свойств как срезаемого слоя металла, так и поверхностного слоя детали, а также структуры и твёрдости поверхностных слоев режущего инструмента.

Процесс теплообразования зависит также от условий резания. Скорость резания и обрабатываемость металлов резанием существенно влияют на температуру резания в зоне контакта стружки с передней поверхностью резца. Трение стружки и обрабатываемой детали о поверхности режущего инструмента, тепловые и электрические явления при обработке металлов резанием вызывают его изнашивание. Различают следующие виды износа : адгезионный, абразивно-механический, абразивно-химический, диффузионный, электродиффузионный. Характер изнашивания металлорежущего инструмента является одним из основных факторов, предопределяющих выбор оптимальной геометрии его режущей части. При выборе инструмента в зависимости от материала его режущей части и др. условий резания руководствуются тем или иным критерием износа.

Значительное влияние на обработку металов резанием оказывают активные смазочно-охлаждающие жидкости , при правильном подборе, а также при оптимальном способе подачи которых увеличивается стойкость режущего инструмента, повышается допускаемая скорость резания, улучшается качество поверхностного слоя и снижается шероховатость обработанных поверхностей, в особенности деталей из вязких жаропрочных и тугоплавких труднообрабатываемых сталей и сплавов.

Эффективность обработки металлов резанием определяется установлением рациональных режимов резания, учитывающих все влияющие факторы. Повышение производительности труда и уменьшение потерь металла (стружки) при обработки металлов резанием связано с расширением применения методов получения заготовок, форма и размеры которых максимально приближаются к готовым деталям. Это обеспечивает резкое сокращение (или исключение полностью) обдирочных (черновых) операций и приводит к преобладанию доли чистовых и отделочных операций в общем объёме обработки металлов резанием.

Дальнейшие направления развития обработки металлов резанием

К дальнейшим направлениям развития обработки металлов резанием можно отнести:

• интенсификация процессов резания,
• освоение обработки новых материалов,
• повышение точности и качества обработки,
• применение упрочняющих процессов.

Процесс кислородной резки основан на свойстве горения металла в струе кислорода и удаление этой струей образующихся оксидов.

Перед началом данного процесса следует ознакомится с техникой кислородной резки .

Процесс резки начинается с нагрева металла до температуры воспламенения, развивающееся при этом тепло реакции сгорания металла, способствует дальнейшему нагреву соседних частиц до температуры воспламенения, благодаря чему режущая струя кислорода непрерывно проникает на всю глубину и прорезает его насквозь, при этом часть металла вдоль плоскости реза обращается в окислы металла и выдувается струей кислорода.

Для устойчивого протекания процесса резки необходимо соблюдать следующие условия:

1.Температура горения металла должна быть ниже температуры плавления металла; в противном случае металл расплавится и стечет раньше, чем успеет сгореть.

2.Образующиеся при резке шлаки, состоящие преимущественно из окислов металла, должны быть легкоплавкими и жидкотекучими, и стекать под действием струи режущего кислорода .

3.Теплота выделяемая реакцией сгорания металла, должна быть достаточной, чтобы обеспечить непрерывное продолжение начавшегося процесса резки.

4.Теплопроводность металла должна быть достаточно малой, чтобы предупредить большие потери тепла от места резки на бесполезный подогрев всей массы металла.

5.Температура плавления металла должна быть выше точки плавления окислов; в противном случае образующиеся в процессе резки окислы не смогут отделяться от основного металла, не будет непрерывным. Этим условиям удовлетворяет железо (сталь), титан (и его сплавы), и марганец.

Разрезаемость стали и влияние углерода и легирующих элементов на кислородную резку сталей

Способность металлов подвергаться кислородной резке зависит от того, насколько полно удовлетворяется приведенные выше условия.

Влияние углерода на разрезаемость

Марганец (Mn) - облегчает резку. Ухудшает резку при содержании более 4%.

Кремний (Si) - стали, при содержании углерода до 0,2 % и Si до 4 %, режутся хорошо.

Хром (Сг) - стали с содержанием Сг до 1,5% режутся хорошо, при повышении содержания резка затрудняется и при содержании свыше 8-10% - кислородная резка невозможна (здесь применяется кислородно-флюсовая или воздушно-плазменная резка).

Никель (Ni) - хорошо режутся стали с содержанием Ni до 0,7%, если содержание углерода в стали не более 0,5%, то она режется хорошо с содержанием Ni до 4-7%, при содержании более 34% - резка ухудшается.

Медь (Си) - стали с содержанием Си до 0,7% режутся хорошо.

Молибден (Мо) - обычные молибденовые стали режутся удовлетворительно при содержании до 0,25-0,3%, резка не затрудняется, но происходит закалка кромки реза.

Вольфрам (W) - стали с содержанием W до 10% режутся хорошо и удовлетворительно, при содержании свыше 10% резка сильно затруднена.

Сера и Фосфор (S и Р) - при содержании этих элементов в пределах, предусмотренных стандартами, - на резку не влияют.

Основные показатели режима кислородной резки :

• мощность пламени
• давление режущего кислорода
• скорость резки

Мощность пламени зависит разрезаемого металла, состава и состояния стали (прокат, поковка, отливка). При ручной резке, из-за неравномерности перемещения резака, обычно в 1,5-2 раза увеличивают мощность пламени по сравнению с машинной резкой. При резке литья, т.к. поверхность отливки обычно покрыта формовочной землей и пригаром, мощность пламени увеличивается в 3-4 раза.

Для резки сталей толщиной до 300 мм применяют нормальное пламя, а при толщине металла свыше 400 мм целесообразно использовать подогревающее пламя с избытком ацетилена (науглероживающее) для увеличения длины факела (помимо применения более высокого давления кислорода) и прогрева нижней части реза.

Выбор давления режущего кислорода зависит, прежде всего от толщины разрезаемого металла и чистоты кислорода. При более высоком давлении используются мундштуки с большим диаметром канала режущего кислорода. Для каждого мундштука (наружного и внутреннего) существует оптимальная величина давления при изменении которой в ту или иную сторону, качество реза ухудшается и изменяется скорость резки. Соответственно может увеличиваться и расход кислорода на 1 пог. м. По указанным причинам следует строго руководствоваться эксплуатационной документацией на ручные и машинные резаки.

Скорость резки должна соответствовать скорости оксидирования (горения) металла по толщине разрезаемого листа.

При замедленной скорости происходит оплавление верхних кромок разрезаемого листа и расплавленные оксиды (шлаки, грат) из разреза вылетают в виде пучка искр в направлении реза.

При слишком большой скорости, вылет искр из разреза слабый и направлен в обратную сторону движения резака. След реза на вертикальной поверхности значительно «отстает» от вертикали. Возможно непрорезание металла.

При оптимальной скорости резки поток искр с обратной стороны разрезаемого листа сравнительно спокоен и направлен почти параллельно кислородной струе. След реза лишь немного «отстает» от вертикали, шероховатость реза незначительна и грат легко отделяется от нижней кромки реза. Рез ровный.

Статья разработана при поддержке сайта www.pgn.su . Это официальный сайт НПП ПромГрафит, которые предлагают современные уплотнительные материалы и термоизоляцию собственного отечественного производства.

где D - номинальный диаметр фрезы.

Порядок фрезерования

1. По диаметру фрезы, ширине фрезерования, глубине резания и подаче на один зуб, определяется скорость резания и минутная подача. Следует учитывать особые условия конкретного фрезерования: наличие или отсутствие охлаждения, особенности конструкции фрезы и т. д.
2. Произвести настройку скорости вращения шпинделя.
3. Произвести настройку подачи шпинделя.

Износ инструмента

Чем больше скорость резания, тем больше выделяется тепла и тем больше нагреваются зубья фрезы. При достижении определённой температуры режущая кромка теряет твердость, и фреза перестаёт резать. Температура, при которой фреза перестаёт резать, для разных фрез различна и зависит от материала, из которого изготовлена фреза.
В процессе работы фреза затупляется. Затупление фрезы происходит вследствие износа, вызываемого трением сходящей стружки о переднею поверхность зуба и трением задней поверхностью зуба фрезы об обрабатываемую поверхность. Трение вызывает также увеличение температуры режущего инструмента, что в свою очередь снижает твёрдость его лезвия и способствует более быстрому износу. В процессе работы фреза проходит три стадии износа:

1. Новая, острая фреза - годная к эксплуатации.
Признаки: наличие заводской смазки, нормальный цвет поверхности (без окалин), ровная одноразовая заточка.
2. Фреза с нормальным износом - фрезу далее эксплуатировать нерационально, лучше заточить.
Признаки: наступление вибрации, появление неровной (рваной) поверхности обработки и чрезмерный нагрев вследствие увеличения трения.
3. Фреза с катастрофическим износом - восстановление фрезы практически невозможно.
Признаки: визуально видно, что рабочая кромка фрезы разрушена.

Режимы резки, используемые на практике, в зависимости от обрабатываемого материала и типа фрезы

Таблица (приведенная ниже) содержит справочную информацию параметров режима резания, взятые из практики. От этих режимов рекомендуется отталкиваться при обработке различных материалов со схожими свойствами, но необязательно строго придерживаться их.

Необходимо учитывать, что на выбор режимов резания, при обработке одного и того же материала одним и тем же инструментом, влияет множество факторов, основными из которых являются: жесткость системы Станок-Приспособление-Инструмент-Деталь (СПИД), охлаждение инструмента, стратегия обработки, высота слоя, снимаемого за проход, и размер обрабатываемых элементов.

Фрезерной обработке лучше всего подвергать пластики, полученныйе литьем, т.к. у них более высокая температура плавления.
-При резке акрила и алюминия желательно для охлаждения инструмента использовать смазывающую и охлаждающую жидкость (СОЖ), в качестве СОЖ может выступать обыкновенная вода или универсальная смазка WD-40 (в баллончике).
-При резке акрила, когда подсаживается (притупляется) фреза, необходимо понизить обороты до момента, пока не пойдет колкая стружка (осторожнее с подачей при низких оборотах шпинделя - вырастает нагрузка на инструмент и соответственно вероятность его сломать).
-Для фрезеровки пластиков и мягких металлов наиболее подходящими являются однозаходные (однозубые) фрезы (желательно с полированной канавкой для отвода стружки). При использовании однозаходных фрез создаются оптимальные условия для отвода стружки и соответственно отвода тепла из зоны реза.
-При фрезеровке рекомендуется применять такую стратегию обработки, при которой идет беспрерывный съем материала со стабильной нагрузкой на инструмент.
-При фрезеровке пластиков, для улучшения качества реза, рекомендуется использовать встречное фрезерование.
-Для получения приемлемой шероховатости обрабатываемой поверхности, шаг между проходами фрезы/гравера необходимо делать равным или меньше рабочего диаметра фрезы(d)/пятна контакта гравера(T).
-Для улучшения качества обрабатываемой поверхности желательно не обрабатывать заготовку на всю глубину сразу, а оставить небольшой припуск на чистовую обработку.
-При резке мелких элементов необходимо снизить скорость резания, чтобы вырезанные элементы не откалывались в процессе обработки и не повреждались.

Основными показателями режима кислородной резки являются:

Вид горючего газа;
- мощность подогревающего пламени;
- давление режущего кислорода;
- расход режущего кислорода;
- давление горючего газа;
- скорость резки.

Все эти показатели связаны с толщиной разрезаемого металла, химического состав стали, чистоты кислорода и конструкции резака.

Вид горючего газа

При газовой резке происходит подогрев металла только до температуры горения, поэтому могут использоваться все горючие газы.
Однако газы, имеющие более низкую температуру пламени, требуют большего времени на подогревметалла перед резкой. Ацетилен обеспечивает получение пламени с самой высокой температурой. Поэтому нагрев металла в начале резки с использованием ацетиленового пламени происходит значительно быстрее, чем с использованием других горючих газов. Однако при резке металла большой толщины и длинных резов относительные потери времени не таквелики, поэтому горючие газы – заменители, имеющие более низкую стоимость, также широко применяются при газовой резке. Ацетиленовое пламя наиболее эффективно использовать при газовой резке тонкого металла ив случае большого количества коротких резов, требующих подогрева детали.

Мощность подогревающего пламени

Мощность подогревающего пламени выбираетсяв зависимости от толщины разрезаемого металла. При резке сталей используется нормальное пламя. Мощность пламени определяется номером наружного наконечника.

При ручной резке обычно используется 2 номера наружного наконечника:

– для металла толщиной не более 50 мм;

Для металла толщиной 50 – 200 мм

Давление режущего кислорода

Давление режущего кислорода выбирается в зависимости от толщины разрезаемого металла. Величина давлениярежущего кислорода указывается нанаружном наконечнике, выбираемомв зависимости от толщины разрезаемого металла. Чем больше толщина металла, тем больше должно быть давление режущего кислорода.

Если давление режущего кислорода слишком маленькое, то струя кислорода не сможет выдуть шлаки с места реза и металл не будет прорезан на всю толщину.

Если давление режущего кислорода слишком большое, то расход его возрастает и разрез получается недостаточно чистым.

Расход режущего кислорода

Расход режущего кислорода должен быть достаточен для окисления линии реза. Расход кислорода зависит от величины давления режущего кислорода и диаметра отверстия внутреннего мундштука, которые выбираются в зависимости от толщины металла.

Давление горючего газа

Давление горючего газа устанавливается в пределах0,5 – 1,0 бар в зависимости от толщины металла. Чем больше толщина металла, тем больше давление горючего газа.

Скоростькислородной резки

Скорость резки должна соответствовать скорости окисления металла.

При малой скорости происходит плавление верхней кромки реза,а при большой скорости образуются не прорезанные участки и возможно нарушение непрерывности резки.

Скорость резки, в основном, зависит от толщины разрезаемого металла. А также на скорость резки оказывают влияние:

• степень механизации процесса (ручная или машинная резка);
• форма линии реза (прямолинейная или фигурная);
• качество поверхности реза (разделочная, заготовительная с припуском на механическую обработку, заготовительная под сварку, чистовая)

Установлено, что уменьшение чистоты кислорода на 1% снижает скорость резки в среднем на 20%. Поэтому применять кислород чистотой ниже 99% нецелесообразно из-за снижения скорости и качества поверхности реза. Кислород должен быть чистотой 99,5% и более.

На практике необходимую скорость резки можно определить по направлению потока искр и шлака при резке.

1. Скорость резки мала; 2. Оптимальная скорость резки; 3. Скорость резки велика (3)