 |
 |
 |
 |
интенсивности при v = 40-50 м/мин (зона большого нароста и наибольшей усадки стружки), затем они убывают; при v 120 м/мин вибрации минимальные (рис. 28, б), так как при этом отсутствует нарост.
3. Чем меньше угол у, тем вибрации выше, особенно в зоне отрицательных его значений. Это объясняется увеличением сил трения и нароста.
4. С уменьшением угла ф и увеличением г интенсивность вибраций возрастает (рис. 28, в и г), так как при этом ширина среза увеличивается, а толщина уменьшается. Частота вибрации зависит незначительно от режима резания и геометрии резца. Устранение вибрации достигается снижением вызывающих их (возмущающих) сил и повышением жесткости колеблющейся системы. Снижение возмущающих сил достигается повышением скорости резания и подачи, а также некоторым увеличением угла у (на 5-10"), по сравнению с его оптимальным значением, и угла ф и уменьшением г. Повышение жесткости системы достигается: рациональным креплением заготовки и инструмента, применением люнетов, повышением сечения державки резца и др. Для снижения колебаний применяют виброгасители, рассеивающие энергию колебаний. В то же время при правильном выборе направления и параметров вибрации (амплитуды и частоты) последние оказывают полезное влияние на процесс резания. Метод работы с использованием вибрации называется вибрационным резанием.
Вибрационное резание заключается в том, что режущему инструменту, наряду с его обычными рабочими движениями, сообщаются колебательные движения с ультразвуковой частотой. Они облегчают процесс резания, повышают класс чистоты и точность обработки, уменьшают деформацию металла и повышают стойкость инструмента. Ультразвуковые колебания совершаются с высокой частотой - в 20-40 кгц и малых амплитудах - в 2- 20 мк (частота обычных колебаний 500-1000 гц, амплитуда 50-200 мк). Не нарушая нормальных условий резания, они изменяют условия контакта инструмента с поверхностью резания и стружкой.
Контакт происходит периодически, соответственно частоте колебаний, тем самым снижаются деформации, наростообразование, слипание, а следовательно, уменьшаются нагрев и износ резца и улучшается качество обработанной поверхности. Направление колебательных движений показано на рис. 29 стрелками. Колебания по схемам / и / улучшают чистоту поверхности и повышают стойкость резца; схема / обеспечивает также дробление стружки. Колебания по схеме не улучшают шероховатость поверхности, но повышают стойкость резца [21, 22]. Применяют также крутильные колебания.
Вибрационное резание особенно эффективно при обработке нержавеющих и жаропрочных сталей, имеющих повышенную
склонность к слипанию с инструментом. Частое нарушение контакта инструмента со стружкой и поверхностью резания исключает возможность слипания и облегчает процесс резания. Особенно это важно при сверлении отверстий, так как слипание стружки с пе-
Рис. 29. Направление ультразвуковых колебаний:
/ - по вектору скорости резания; - в направлении подачи; / - в радиальном направлении
редней поверхностью сверла ведет к забиванию канавок, заеданию и частым поломкам сверла. Вибрационное резание применяется также при развертывании, резьбонарезании, шлифовании и др. Оно производится на обычных станках с установкой на них высокочастотных вибраторов. Источником питания являются ультразвуковые генераторы.
§ 3. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ШЕРОХОВАТОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ
Образование микронеровностей вызывается, как объяснено выше, сопутствующими процессу резания явлениями, зависящими в свою очередь от ряда факторов: обрабатываемого материала, режима резания, геометрии, качества отделки режущих элементов и износа инструмента, смазывающе-охлаждающей жидкости и др.
Свойства обрабатываемого материала. Чем пластичнее металл и грубее его структура, тем ниже класс чистоты обработанной поверхности. На ней образуются надрывы, отдельные волокна силами трения срываются с ее поверхности в момент отделения стружки, с увеличением пластичности металл больше деформируется, увеличивается нарост, усиливаются вибрации и в результате снижается класс чистоты поверхности. При высокой скорости резания влияние пластичности металла уменьшается, так как он меньше деформируется. Сталь с мелкозернистой структурой обрабатывается чище, поэтому рекомендуется перед чистовой обработкой подвергать ее нормализации.
Режимы резания. Опыты показывают, что на высоту микронеровностей глубина резания влияет слабо, а подача и скорость резания влияют в сильной степени [28]. Слабое влияние глубины резания можно объяснить тем, что степень деформации металла (g) с увеличением ширины среза изменяется незначительно. Увели-
чение глубины резания слабо влияет и на величину нароста, но вызывает более интенсивные вибрации. С увеличением подачи высота и площадь остаточного сечения среза возрастают (см. рис. 27, а). Также возрастают величина нароста и температура деформируемого слоя. В результате увеличивается шероховатость поверхности. С другой стороны, с увеличением подачи (толщины среза) уменьшаются вибрации (Л) и деформация металла (g), что способствует уменьшению высоты микронеровностей.
Преобладающее влияние, однако, оказывают факторы, увеличивающие шероховатость поверхности. Влияние скорости резания на шероховатость поверхности имеет для стали вид горбооб-разной кривой а (рис. 30). При малых скоростях реза- мк
НИЯ до 5 м/мин и высоких- jg
свыше 70 м/мин класс чистоты обработанной поверхности высокий; низкий - в зоне t) = 20 н- 40 м/мин. При г; 120 м/мин класс чистоты почти не изменяется. Это вызывается изменением наро-стообразования, деформации и вибрации. В зоне средних скоростей резания сталь больше деформируется, нарост максимальный, вибрации интенсивные. В зоне высоких скоростей резания сталь деформируется слабо, нарост отсутствует, вибрации минимальные (рис. 28, б). При обработке чугуна и цветных металлов с увеличением скорости резания класс чистоты поверхности постепенно повышается (см. кривую б на рис. 30).
Геометрия инструмента. Наибольшее влияние на чистоту поверхности оказывает радиус при вершине резца г. Чем больше г, тем выше класс чистоты при условии жесткой и виброустойчивой системы. С увеличением г возрастают радиальные силы Ру, вызывающие увеличение деформаций и вибрацию системы (см. рис. 28, г), что увеличивает шероховатость поверхности. С другой стороны, с увеличением г высота остаточного сечения среза уменьшается (см. рис. 27, б). На шероховатость поверхности также влияют углы резца у, а, ф, ф, Я. С увеличением угла у шероховатость уменьшается, так как уменьшаются деформация металла (g), величина нароста, сила трения и интенсивность вибрации (см. рис. 28, б). С увеличением угла а уменьшаются работа трения на задней поверхности резца и шероховатость. С уменьшением углов Ф и ф1 высота остаточного сечения среза и шероховатость уменьшаются (рис. 27, виг). С другой стороны, с их уменьшением увеличиваются ширина среза и силы Ру, тем самым усиливаются вибрации, увеличивается шероховатость поверхности (см.
Рис. 30. Влияние скорости резания на высоту неровностей поверхности:
о - при обработке стали; 6 - чугуна
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 [ 14 ] 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129