Скорость резания - это величина перемещения детали относительно кромки резания в направлении основного движения за одну секунду времени. Для того, чтобы выбрать нужную частоту вращения заготовки и шпинделя, должна быть известна скорость резания, которая допускается свойствами металла, а также должен быть известен и диаметр самой детали.
Скорость резания и формула автоматизированного ее расчета поможет определить допустимые скорости резания для различных пар, таких как коррозионно-стойкая и сталь - быстрорежущий инструмент. Если необходимо увеличить скорость резания при токарной обработке, то инструмент из быстрорежущей стали несмотря на его невысокий скоростной диапазон находит широкое применение при работе с коррозионно-стойкими сталями. Он широко используется когда необходимо изготовить токарный резец, концевую фрезу, сверло и другой специализированный инструмент из-за его повышенных прочностных свойств по сравнению с твердым сплавом. На стадии проектирования технологического процесса металлообработки в ручном режиме или в режиме САПР ТП, технолог пользуется рекомендациями справочно-нормативной литературы для того что бы выполнить расчет скорости резания, выбирая аналитический или табличный способ расчета. Следует обратить внимание на тот факт, что определяя скорость резания при токарной обработке для одинаковых условий резания по разным справочникам (см. таблицу) приводит к двух-, трехкратному расхождению ее расчетной величины.
Чаще всего это связано с тем, что различные справочники, используют аналитический расчет скорости резания и приводят в них различное значение скоростного коэффициента Cv в формуле расчета скорости резания (1), в которой учитываются значения принятой стойкости Т, глубины резания t, подачи S и поправочных коэффициентов, определяемых свойствами инструмента Кu и свойствами обрабатываемого металла Кm.
V = (Cv / (Tm * tx * Sy)) * Ku*Km (1)
Следует отметить то обстоятельство, что поправочный коэффициент Кu в формуле (1) для всей гаммы быстрорежущих инструментов Р18, Р12, Р9, Р6М5 и их модификаций принят одинаковым, равным 0,3. Практикой металлообработки отмечено, что режущие свойства различных марок и различных партий поставки быстрорежущих инструментов различаются между собой и это отличие составляет 25-45 % и более.
В ряде справочников определять скорость резания при точении рекомендуется с помощью таблиц и поправочных коэффициентов. Внешне эта формула более удобна для работы в диалоговом режиме с системой ЧПУ, которая способна содержать в памяти (ПЗУ) массивы данных о величинах поправочных коэффициентов. В табличном способе для того чтобы определить допустимую скорость резания есть формула (2):
Vд = Vт · Кv, (2)
где Vт - табличное (матричное) значение скорости резания, м/мин; Кv - коэффициент.
Проблема применения этой формулы для автоматизированного расчета заключается в том, что скорость резания при точении будет определена с использованием коэффициентов невысокой надежности. Как и в случае со скоростным коэффициентом Сv, значения начальной (табличной) скорости Vт в разных источниках различно, различны и значения поправочных коэффициентов, входящих в нее.
Используя табличный и аналитический способы, сложно выполнить точно расчет скорости резания, так как они не в полной мере учитывают допускаемые ГОСТом колебания свойств быстрорежущего инструмента как между марками, так и внутри его марочного состава и колебания физико-механических свойств стальных заготовок в партиях поставки. Это приводит к ошибкам в попытках правильно назначить скорость резания при токарной обработке и как следствие к значительному отклонению действительного периода стойкости от задаваемого.
Недостатком существующих методик определения допустимой скорости резания (при заданной стойкости Т, глубине t, подаче S и постоянных геометрических параметрах режущего инструмента) является то, что в них априорно принимается постоянство режущих свойств быстрорежущего инструмента в партиях поставки внутри их марочного состава и постоянство физико-механических свойств партии поставки стали определенной марки.
В таблице 1 приведен расчет скорости резания, в качестве примера, стали 12Х2Н4А быстрорежущим инструментом с использованием различных справочно-нормативных источников для выбранных условий: стойкость резца Т = 60 мин, глубина резания t = 1 мм, подача S = 0,2 мм/об с применением СОЖ. Геометрия резца: главный угол в плане φ = 45°; вспомогательный угол в плане φ1 = 45°; передний угол γ= 5°; угол наклона режущей кромки γ= 0°; задний угол α = 10°; радиус закругления вершины резца r= 1 мм.
Содержание элементов в стали 12Х2Н4А С=0,12% Cr=2% Ni=4%. Буква А указывает на высокое качество материала.
Химический состав: С - 0,09ч-0,15%; Мп - 0,3-0,6%; Si - 0,17-5-0,37; Сг- 1,25-5-1,65%; Ni - 3,25-3,65; Р - 0,025%; S - 0,025%; Си - 0,3%.
Обладающая физическими свойствами Т0,2 = 1080 Мпа; Тв - 1270
Мпа; 85 = 13%; \|/= 60%; КСИ - 105 Дж/см2; HRС- 39.
Анализируя скорость резания при токарной обработке для одних и тех же условий точения с использованием различных справочников показывает, что расхождения в величине допустимой скорости резания на стадии проектирования технологического процесса токарной обработки коррозионностойкой стали могут достигать двукратной величины и более.
Таблица 1. Расчет скорости резания быстрорежущим инструментом
С целью обеспечения приемлемого (0,85-0,9) уровня надежности автоматически выполняемого процесса металлообработки коррозионностойких сталей предлагается определять значение коэффициента Сv как характеристику сочетания физико-механических и теплофизических свойств контактной пары по величине термо- ЭДС пробного прохода. Имея устойчивую корреляционную связь Сv с термоэлектрическими свойствами контактной пары, его значение приобретает физический смысл и позволяет оперативно учитывать допустимый разброс свойств элементов контактной пары при автоматизированном способе, в результате которого сама система ЧПУ определяет скорость резания при токарной обработке.
Для выявления такой связи были обработаны результаты стойкостных испытаний в условиях получистового точения различных пар коррозионно-стойкая сталь - быстрорежущие инструменты (Р18, Р12Ф2К8М3, Р9К5), у которых перед испытанием измерялась величина термоЭДС пробного прохода. Износ фаски по задней грани доводится до 0,5 мм. На этом уровне износа фиксировалась суммарная величина стойкости резца с начала испытаний выставляя различную скорость резания на токарном станке, а также изменяя скорость подачи и глубину резания. Величина коэффициента Сv вычислялась на основе формулы (1). Особенностью предложенной методики расчета Cv являлось то, что в данной формуле не учитывались поправки на геометрию резца, прочностные свойства сталей и режущие свойства инструмента, а учитывалась величина термоЭДС пробного прохода Е как интегральная характеристика сочетания свойств контактной пары и условий резания. Значение Сv вычислялось по зависимости:
Сv = 29,23 - 2,64Е, (3)
где Е - термоЭДС пробного прохода для контактной пары в мВ, полученная на режиме: S = 0,1 мм/об, t= 1 мм, V = 20 м/мин.
Скорость резания:
V=(29,23-2,64Е) / (Т0,125 * t0,25 * S0,33) (4)
Сущность способа состоит в том, что перед тем как рассчитать допустимую скорость резания при точении производят операцию пробного резания, т. е. по заранее занесенной в систему ЧПУ программе пробного прохода предварительно обрабатывают металл (стальную заготовку) и измеряют термоЭДС в паре инструмент - деталь, и по величине термоЭДС данной пары и рабочим параметрам технологического процесса (Т, S, t) система определяет допустимую скорость резания на токарном станке по формуле (4). Способ реализуется в диалоговом режиме оператора с системой ЧПУ.
Результаты экспериментальной проверки предложенного способа определения допустимой скорости резания для различных пар коррозионно-стойкая сталь - быстрорежущий инструмент по скорректированной зависимости показали максимальное расхождение заданного и действительного периода стойкости инструмента в 10-15 %, что может считаться приемлемой для заводской практики.
