Усилие подачи при тяжелом резании

Усилие подачи при тяжелом резании – это сила, необходимая для перемещения инструмента вдоль заготовки во время обработки материалов, характеризующихся высокой прочностью и твердостью. Величина усилия подачи напрямую влияет на производительность, качество обработки и срок службы инструмента. Понимание факторов, влияющих на усилие подачи, и умение его правильно рассчитывать, критически важно для оптимизации процессов резания и предотвращения поломок оборудования.

Факторы, влияющие на усилие подачи при тяжелом резании

На величину усилия подачи при тяжелом резании влияют множество факторов, которые можно разделить на следующие группы:

1. Материал заготовки

Свойства материала заготовки оказывают определяющее влияние на усилие подачи. Чем выше прочность и твердость материала, тем большее усилие необходимо для его обработки. Важнейшие характеристики материала, влияющие на усилие подачи:

• Предел прочности на разрыв (σ_в): характеризует сопротивление материала разрушению при растяжении.
• Твердость (HB, HRC): определяет сопротивление материала проникновению другого тела.
• Модуль упругости (E): характеризует способность материала сопротивляться деформации.

Например, обработка закаленной стали требует значительно большего усилия подачи, чем обработка алюминия.

2. Параметры резания

Выбор параметров резания напрямую влияет на усилие подачи при тяжелом резании. К основным параметрам резания относятся:

• Глубина резания (t): расстояние, на которое инструмент врезается в заготовку за один проход. Увеличение глубины резания пропорционально увеличивает усилие подачи.
• Подача (s): расстояние, на которое инструмент перемещается вдоль заготовки за один оборот или ход. Увеличение подачи приводит к увеличению усилия подачи при тяжелом резании.
• Скорость резания (v): скорость перемещения инструмента относительно заготовки. Влияние скорости резания на усилие подачи является более сложным и зависит от материала заготовки и инструмента.

3. Геометрия инструмента

Геометрия режущей кромки инструмента оказывает существенное влияние на процесс резания и, следовательно, на усилие подачи при тяжелом резании. Важнейшие геометрические параметры инструмента:

• Передний угол (γ): угол между передней поверхностью инструмента и плоскостью, перпендикулярной направлению резания. Увеличение переднего угла обычно снижает усилие подачи.
• Задний угол (α): угол между задней поверхностью инструмента и обработанной поверхностью заготовки. Задний угол обеспечивает свободное перемещение инструмента и предотвращает трение.
• Угол заострения (β): угол между передней и задней поверхностями инструмента.
• Радиус округления режущей кромки (r_n): округление режущей кромки повышает прочность инструмента, но может увеличить усилие подачи.

4. Смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ)

Использование СОЖ играет важную роль в снижении усилия подачи при тяжелом резании. СОЖ выполняет следующие функции:

• Охлаждение: отводит тепло из зоны резания, предотвращая перегрев инструмента и заготовки.
• Смазка: снижает трение между инструментом и заготовкой, уменьшая усилие подачи и износ инструмента.
• Удаление стружки: вымывает стружку из зоны резания, предотвращая ее налипание на инструмент и повреждение обработанной поверхности.

Выбор правильного типа СОЖ зависит от материала заготовки и типа обработки.

5. Состояние оборудования

Техническое состояние станка, его жесткость и виброустойчивость оказывают влияние на величину усилия подачи при тяжелом резании. Изношенное оборудование, люфты в направляющих и подшипниках, а также вибрации могут приводить к увеличению усилия подачи при тяжелом резании и ухудшению качества обработки.

Расчет усилия подачи при тяжелом резании

Существуют различные эмпирические формулы для расчета усилия подачи при тяжелом резании. Одна из наиболее распространенных формул имеет следующий вид:

F_f = C_f * t^x * s^y * v^z * k_c

Где:

• F_f - усилие подачи при тяжелом резании, Н
• C_f - коэффициент, зависящий от материала заготовки и инструмента
• t - глубина резания, мм
• s - подача, мм/об
• v - скорость резания, м/мин
• x, y, z - показатели степени, зависящие от материала заготовки и инструмента
• k_c - удельное усилие резания, Н/мм²

Значения коэффициентов и показателей степени берутся из справочных таблиц или определяются экспериментально. Удельное усилие резания (k_c) – это усилие, необходимое для удаления материала с единицы площади поперечного сечения стружки. Значения k_c также приводятся в справочниках для различных материалов. Компания Leaps CNC предлагает консультации по подбору оптимальных параметров обработки для станков с ЧПУ, что позволит снизить усилие подачи при тяжелом резании и повысить эффективность производства.

Практическое применение: пример расчета усилия подачи при тяжелом резании

Рассмотрим пример расчета усилия подачи при тяжелом резании для токарной обработки стали 45 (σ_в = 600 МПа) с использованием твердосплавного инструмента.

Исходные данные:

• Глубина резания (t) = 2 мм
• Подача (s) = 0.2 мм/об
• Скорость резания (v) = 150 м/мин

По справочным данным:

• C_f = 400
• x = 1
• y = 0.8
• z = -0.2
• k_c = 2000 Н/мм²

Подставляем значения в формулу:

F_f = 400 * 2¹ * 0.2^0.8 * 150^-0.2 * 2000 = 400 * 2 * 0.342 * 0.456 * 2000 ≈ 249984 Н

Таким образом, ориентировочное усилие подачи при тяжелом резании в данном случае составляет около 249 кН. Этот пример показывает, как варьирование параметров резания влияет на итоговую величину усилия.

Методы снижения усилия подачи при тяжелом резании

Снижение усилия подачи при тяжелом резании позволяет повысить производительность, снизить износ инструмента и улучшить качество обработки. Существуют различные методы снижения усилия подачи при тяжелом резании:

• Оптимизация параметров резания: подбор оптимальных значений глубины резания, подачи и скорости резания.
• Использование СОЖ: применение эффективных СОЖ для снижения трения и охлаждения зоны резания.
• Выбор инструмента с оптимальной геометрией: использование инструментов с положительным передним углом и острыми режущими кромками.
• Применение виброгасящих устройств: установка виброгасящих устройств на станок для снижения вибраций.
• Использование современных технологий резания: применение технологий, таких как высокоскоростное резание (HSM) и резание с переменной подачей.

Таблица сравнения влияния параметров резания на усилие подачи при тяжелом резании

Заключение

Усилие подачи при тяжелом резании – важный параметр, определяющий эффективность и безопасность процесса обработки. Понимание факторов, влияющих на усилие подачи, позволяет оптимизировать параметры резания, выбирать подходящий инструмент и СОЖ, а также обеспечивать стабильную работу оборудования. Правильный расчет усилия подачи при тяжелом резании позволяет предотвратить поломки инструмента и оборудования, повысить производительность и улучшить качество обработки. Для станков с ЧПУ от компании Leaps CNC доступны передовые решения, позволяющие эффективно контролировать и минимизировать усилие подачи при тяжелом резании, что способствует увеличению срока службы инструмента и повышению качества производимой продукции.