Что такое размерная стойкость

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Размерная стойкость

Размерная стойкость определяется продолжительностью, в течение которой износ режущего инструмента не вызывает изменения размера обрабатываемой детали выше заданного допуска. [1]

Размерная стойкость зависит от тех же факторов, что и общая стойкость. [2]

Максимум размерной стойкости и минимум линейного относительного износа наблюдаются при оптимальной скорости резания УО. [3]

Размерной стойкостью инструмента принято называть машинное время или соответствующее ему число деталей, полученное в пределах допуска на изготовление без регулирования или смены инструмента. [4]

Повышение размерной стойкости инструмента обеспечивается применением на станках адаптивного управления, которое автоматически исключает систематическую переменную погрешность обработки, связанную с увеличением силы резания при износе инструмента Достоинство адаптивных систем управления состоит в том, что они являются элементами конструкции станка и не требуют создан специальной инструментальной оснастки. [6]

Под размерной стойкостью инструмента понимают продолжительность его работы, обусловливаемую размерным износом инструмента по нормали к обрабатываемой поверхности, в результате которого возникает приращение выдерживаемого размера; величина размерного износа инструмента с учетом других факторов ограничивается допуском на выдерживаемый размер. [7]

Для увеличения размерной стойкости инструмента до оптимального износа станки-автоматы и автоматические линии оборудуют специальными приспособлениями, позволяющими автоматически контролировать детали во время обработки и по замеренным размерам автоматически подналаживать инструмент. [8]

При определении размерной стойкости инструмента большую пользу оказывает метод математической статистики с использованием некоторых основных законов теории вероятности. [9]

При определении размерной стойкости инструмента большую пользу оказывает метод математической статистики с использованием некоторых основных законов теории вероятности. [10]

Проблема повышения размерной стойкости расточных резцов является весьма актуальной, так как расточные резцы подвергаются более интенсивному износу по сравнению с проходными резцами для наружного точения. [12]

При экстремальности зависимостей размерной стойкости от скорости резания [ / / ( и) ] зависимость периода стойкости от скорости резания [ Tf ( u) ] во многих случаях может быть монотонно убывающей. [13]

Источник

Надежность работы и высокая размерная стойкость инструментов

Надежность работы и высокая размерная стойкость инструментов

Важнейшим требованием, предъявляемым к режущим инструментам для автоматических линий, является надежность работы, отсутствие случайного выхода инструмента из строя вследствие выкрашивания, поломки или ненормально низкой стойкости. Неизбежные потери времени на смену затупленных инструментов и на регулирование размеров обработки должны всемерно уменьшаться.

Анализ работы ряда автоматических линий, проведенный на наших заводах, показал, что на замену и настройку режущих инструментов затрачивалась приблизительно 7 часть всего времени работы линий. У автоматических линий, создаваемых в последние годы, потери времени значительно уменьшены. Этого удалось достигнуть прежде всего путем увеличения размерной стойкости инструментов.

Как уже указывалось, под размерной стойкостью инструментов понимается продолжительность их работы до потери заданных размеров обработанных поверхностей, вызываемой износом режущих лезвий. Для большинства операций период размерной стойкости значительно меньше периода общей стойкости инструмента. Изменение размера обработки, превышающее верхний предел допуска, наступает обычно значительно раньше, чем полная потеря работоспособности инструмента вследствие разрушения его режущих лезвий.

С целью увеличения размерной стойкости инструмента прибегают к его под настройке (подналадке). Она заключается в том, что время от времени проверяют размеры обработанных деталей и каждый раз при их приближении к верхнему пределу допуска перемещают инструмент, снова обеспечивая получение размеров на нижнем пределе допуска.

Такая размерная поднастройка, даже при условии механизации, не может полностью удовлетворить требования автоматизированного производства, так как осуществляется периодически и связана с простоем оборудования. В автоматизированном производстве более Систематическое обновление режущего лезвия можно осуществить только на таких инструментах, которые не имеют вершины, разделяющей главное и вспомогательное лезвия. Примером подобных инструментов являются чашечные резцы, у которых режущее лезвие расположено по окружности. Они применяются для снятия не большого припуска при чистовой обработке.

При работе чашечного резца в соприкосновении с деталью находится лишь небольшая часть длины лезвия. После притупления этого участка можно, не снимая резец со станка, повернуть чашечную пластинку и ввести в работу новый неизношенный участок лезвия. Таким путем достигается очень высокая размерная и общая стойкость резца.

Введение в работу неизношенного участка режущего лезвия чашечной пластинки может производиться не только после полного затупления предыдущего участка, но и путем периодических малых перемещений, которые осуществляются специальным механизмом. В этом случае каждый участок режущего лезвия используется большой простотой, повременно, но многократно, до полного износа лезвия по всей длине.

На некоторых автоматических линиях для чистового точения применяются широкие резцы с прямолинейным лезвием, наклоненным под небольшим углом А к оси обрабатываемой детали. Перемещая призматическую твердосплавную пластинку в направлении режущего лезвия, можно систематически обновлять его рабочий участок.

Чашечные резцы и резцы с широкими призматическими пластинками пригодны только для обработки на проход. Кроме того, вследствие малых углов в плане они могут успешно применяться при высокой жесткости системы.

Периодическое введение в работу острых участков режущего лезвия можно осуществлять не только при точении. Например, при фрезеровании выемок цилиндрической фрезой увеличение ее размерной и общей стойкости достигается путем периодического смещения фрезы в осевом направлении. На автоматических линиях для обработки зубчатых колес применяют удлиненные червячные фрезы, которые получают автоматические передвижки вдоль оси; в результате значительно увеличивается их стойкость.

Однако способ систематического обновления режущих лезвий имеет ряд ограничений и не является универсальным. В этом отношении большими преимуществами обладает второй способ повышения размерной стойкости инструментов — автоматическое регулирование размеров малыми импульсами. Сущность этого способа заключается в следующем.

Износ режущего инструмента протекает сравнительно равномерно, и для компенсации его влияния на размеры детали достаточны очень небольшие перемещения. Поэтому инструмент перемещается в сторону обрабатываемой поверхности небольшими импульсами (толчками), но зато настолько часто, насколько это необходимо для того, чтобы размер детали все время сохранялся в заданных пределах.

Импульсные перемещения инструмента могут производиться по определенному закону, соответствующему закономерности нарастания размерного износа. Однако наиболее часто эти перемещения производятся в соответствии с результатами автоматического измерения последовательно обработанных деталей. В таком случае осуществляется автоматическая поднастройка (подналадка) процесса обработки.

Автоматическая поднастройка сочетает функции автоматического контроля и автоматического регулирования. Она позволяет, исходя из результатов измерения каждой детали, автоматически сохранять размеры обработки в узких пределах нужной части допуска.

Устройства для автоматической поднастройки процесса обработки называются автоматическими подналад чиками. Автоматический подналадчик представляет собой следящую систему, состоящую из прибора для измерения обработанных деталей и из исполнительного органа, который осуществляет перемещение инструмента. Как только размер детали выходит за границы установленных предельных размеров, лежащих внутри поля допуска (они называются сигнальными), следящая система подает команду исполнительному органу, который перемещает инструмент на определенную величину.

Когда суппорт возвращается в исходное положение (правое), тяга упирается в шток и смещается влево, поворачивая через собачку храповик и кулачок на некоторый угол. При повороте храповика на один зуб кулачок подает резцедержавку вперед на 2 мк. При полном использовании профиля кулачка резец перемещается на 1 мм. После этого подается сигнал о необходимости сменить резец и переналадить приспособление.

Созданы и успешно эксплуатируются устройства для автоматической поднастройки нескольких размеров при таких сложных процессах обработки, как нарезание зуба, нарезание резьбы на точных винтах и т. д. Так, например, на одном из зубофрезерных автоматов осуществляется автоматическая поднастройка размеров делительного диаметра и галтели зубчатых колес в процессе обработки. Указанные размеры автоматически измеряются на каждом обработанном колесе, и если они выходят за установленные пределы, то подается сигнал в электронное устройство. Специальная вычислительная система подсчитывает количество сигналов и посылает команды исполнительным механизмам для радиального и для осевого перемещения червячной фрезы. Одновременно посылаются сигналы в устройство, сортирующее зубчатые колеса на три группы. Если 10 колес подряд имеют недопустимые отклонения по какому-либо из двух размеров, то станок автоматически останавливается.

Один из московских технологических институтов разработал оригинальную систему автоматического управления работой металлорежущих станков, позволяющую устранить влияние износа инструмента на размеры обработки. Специальное координатное устройство принуждает режущий инструмент, независимо от его износа и неточности закрепления в станке, устанавливаться в правильное начальное положение относительно обрабатываемой детали. Станок как бы сам настраивается на начало резания и компенсирует износ режущего лезвия.

Источник

Характеристики размерной стойкости инструмента

Размерная стойкость инструмента имеет важное значение для анализа вопросов, связанных с работой инструмента в автоматизиро­ванном производстве. Размерную стойкость инструмента зачастую характеризуют временем его работы Т,в течение которого текущее, среднее значение размера обрабатываемых деталей располагается
в пределах части поля допуска, выделенной на переменные систематические погрешности размера, связанные с износом режущих
кромок.

Иногда размерную стойкость инструмента характеризуют коли­чеством деталей N, изготовленных в пределах допуска без вмеша­тельства оператора для регулирования или замены инструмента.

Размерную стойкость можно также характеризовать длиной пути резания l или площадью обработанной поверхности деталей до регулирования или замены инструмента (рис. 107). Проф. А.П. Со­коловский указывал, что одной из характе­ристик размерной стойкости инструмента может служить линейный относительный износ,т.е. укорочение инструмента в радиальном направлении, отнесенное на 1000 м пути резания:

мкм/м,

где h_i+1 – h_i – линейное приращение износа по задней грани на (i + 1)-м режиме, мкм; l_i+1 – l_i – путь резания на (i + 1)-м режиме, м;

h_о.з – линейный относительный износ.

Рис. 107. Графики зависимости износа h_з от длины пути резания l

V₁; V₂; V₃

Размерную стойкость инструмента может характеризовать
и скорость размерного износа V_н. Под скоростью размерного износа по­нимается скорость укорочения инструмента в радиальном направле­нии в периоде нормального износа, стойкости при принятом критерии затупления.

Все отмеченные характеристики размерной стойкости являются частными и в общем случае оказываются непригодными для проведения анализа вопросов, связанных с проблемой размерной стойкости инструмента, так как первая характеристика Т (время работы без подналадки или замены инструмента) имеет ограничения со стороны скорости резания V, подачи S, величины износа инструмента h_з или h_r; вторая характеристика N – количество обработанных деталей без подналадки инструмента размера обрабатываемой детали и износа (h_з или h_r); тре­тья – l – ограничения со стороны подачи s, величины износа h_з или h_r; четвертая – П(площадь обработанной поверхности) – со стороны величины износа h_з или h_r; пятая – h_о.л –со стороны подачи; шестая – V_h (скорость размерного износа) – со стороны скорости резания V и по­дачи s; наконец, последние две характеристики – поверхностный относительный износ h_о.пи удельная размерная стойкость Т_уд. Поверхностный относительный износ – это радиальный износ инструмента, отнесенный к 1000 см 2 обработанной поверхности. Удельная размерная стойкость инструмента Т_уд–площадь поверхности, которую способен обрабатывать инструмент при затуплении в радиальном направлении на 1 мкм.

Последние две характеристики являются универсальными, так как на них не накладываются ограничения ни со стороны скорости резания,ни со стороны подачи, критерия затупления и т.д.

Поэтому поверхностный относительный износ и удельная размерная стойкость могут быть использованы для сравнительной оценки размерной стойкости выбираемых режущих инструментов, для анализа точности и экономичности вариантов технологических про­цессов и режимов резания, а также для конструирования систем ав­томатического управления технологическими системами.

4.3.6. Влияние скорости (температуры) резания
на характеристики размерной стойкости.
Зависимость стойкость–скорость (Т–V)

При изменении скорости резания в широком диапазоне для различных процессов обработки резанием при обработке деталей из различных материалов инструментами из быстрорежущих сталей
и твердых сплавов зависимость Т = f (V)носит или экстремальный, или монотонно убывающий характер. Зависимость длины пути резания от скорости l = f(V) носит экстремальный характер (l = V · Т).

Положение точек максимума на кривых l = f(V)зависит от физико-механических свойств обрабатываемого материала и материала инструмента, сечения среза и других условий резания. При повышении режущих свойств инструментальных материалов наблюдается повышение оптимальных скоростей резания, соответствующих максимуму пройденного инструментом пути резания или минимуму интенсивности износа инструмента. При экстремальной зависимости размерной стойкости инструмента от скорости резания зависимость периода стойкости от скорости резания Т = f(V)может носить как экстремальный, так
и монотонно убывающий характер (рис. 108). Максимум размерной стойкости инструмента Т_м и общей стойкости наблюдается при разных скоростях резания, а следовательно, и температурах в зоне резания. Для определения оптимальной скорости резания V_о, соответствующей максимуму пути резания, надо первую производную пути по скорости резания приравнять к нулю:

= T + V = 0,

V = V_о = – T/ .

где С_V –постоянная величина, зависящая от обрабатываемого
и инструментального материалов, t, s и прочих условий; Т –стойкость инструмента, в минутах; m – показатель относительной стойкости, m = a/b = tg a.

Для любой точки линии MN l_m = V_m T_m (см. рис. 108). Если MN ближе к оси ординат, то V_m T_m меньше. Несмотря на то, что Т_m >Т_о,
l_o > l_m.Поэтому V_о–это тот предел, до которого можно снижать скорость резания в целях повышения точности и производительности обработки.

Показатель относительной стойкости т характеризует степень изменения скорости резания с изменением стойкости резца. Он опре­деляется опытным путем и зависит от материала детали и инструмен­та, толщины среза, вида и условий обработки. Чем ниже износостой­кость режущей части инструмента и тяжелее условия резания, вызы­вающие повышение тепловыделения, тем меньше т.

Для быстрорежущих инструментов т > 0,5.

4.3.7. Положение о постоянстве
оптимальной температуры резания

Большинство факторов, влияющих на интенсивность износа
ин­струмента, являются функцией температуры. Это позволило проф. А.Д. Макарову в 1961 году сформулировать следующее положение: оптимальным скоростям резания (для заданного материала режущей части инструмента при различных комбинациях скорости резания, подачи, глубины резания и геометрии инструмента) соответствует постоянная температура в зоне резания – оптимальная температура резания, например 700 °С при протягивании сплава ЭИ787-ВД (рис. 109).

Из положения о постоянстве оптимальной температуры резания вытекает ряд важных для науки и практики следствий.

Например, для инструментов с любой комбинацией геометрических параметров режущей части (r, a, j, j₁, gи др.) точкам минимума кривых, выражающих зависимость интенсивности износа от скорости резания, соответствует одна и та же оптимальная температура резания, хотя уровень оптимальных скоростей резания при этом может колебаться весьма существенно (рис. 110). Большое значение ука­занного следствия состоит в том, что на его основе путем поддержания постоянства оптимальной температуры резания Т_о можно осуществить процесс резания в оптимальном режиме при использовании инструментов с любой комбинацией геометрических параметров
режущей части без проведения весьма трудоемких и дорогостоящих стойкостных исследований. С физической точки зрения объяснение природы появления минимумов интенсивности износа связано
с появлением так называемых зон провала пластичности обрабатываемого материала с увеличением температуры (скорости) резания.
С целью определения влияния температуры на основные механи­ческие свойства исследуемых обрабатываемых материалов прово­дились испытания при одноосном растяжении круглых стандартных

Рис. 109. Влияние скорости резания V на изменение температуры резания Т (а) и интенсивности износа протяжек h_о.з.л (б) при протягивании жаропрочного сплава ЭИ787-ВД с различ­ными подачами на зуб: 0,02 мм/зуб; 0,06 мм/зуб;

0,1 мм/зуб

образцов на прессе Амслера с записью кривой деформации в диапазоне температур 293…1273 К. На рис. 111 приведены графики изменения механических свойств жаропрочного сплава ЭИ787-ВД в зависимости от температуры испытаний.

Рис. 110. Влияниe l(а),a(б)и r(в) на температуру резания и поверх­ностный относительный износ резцов с различными геометрическими параметрами. Сталь ЭИ654; резцы ВК8

Анализ данных, приведенных на рис. 111, показывает, что изменение прочностных и пластических свойств этого сплава носит сложный характер: происходит снижение прочностных свойств с уве­личением температуры испытаний (порядка 873…973 К). При этих температурах предел прочности снижается с 1100…1200 до 800…900 МПа, т.е. на 20…30 %. Аналогичную картину можно наблюдать и для других сплавов ЭИ437БУ-ВД, ЭП109-ВД.

Рис. 111. Влияние температуры механических испы­таний Т на прочностные (s_b) и пластические (d, y) свойства жаропрочного деформируемого сплава

s_b; ¨ y; · d

Несколько иную картину дает изменение показателей пластичности (относительное удлинение d и относительное сужение y). С повышением температуры наблюдается общая тенденция к первоначальному росту этих показателей в диапазоне температур
473…573 К, затем происходит снижение параметров пластичности до минимальных значений при определенных температурах, характерных для каждого исследуемого материала. После этого наблюдается резкий рост пластичности у всех материалов. Анализ графиков показывает, что для всех исследуемых жаропрочных сталей и сплавов есть определенная температурная зона низкой пластичности или повышенной хрупкости. Часто такую зону называют зоной провала пластичности металлов.

Сравнивая графики на рис. 109 и 111, можно видеть, что оптимальная температура Т_о = 700 °С, при которой наблюдается минимум интенсивности износа инструмента, совпадает с температурной зоной минимума пластичности – с температурой провала пластичности обрабатываемого материала Т_п.п. Таким образом, можно с физической точки зрения объяснить необходимость обработки резанием данного сплава при заданных условиях с такой оптимальной скоростью резания V_o, при которой в зоне контакта инструмента и заготовки обеспечивается постоянная оптимальная температура Т_о, совпадающая по величине с температурой провала пластичности Т_п.п.

4.3.8. Экономическая скорость резания
и скорость резания, соответствующая максимальной
производительности на данном рабочем месте

В общем случае работа должна вестись на экономических скоростях резания, т.е. скоростях, когда себестоимость обработки минимальна. Скорость V_эрасположена на правой ветви зависимости
Т = f(V) и всегда соблюдается неравенство V_э> V_m (см. рис. 108).

Переменная доля себестоимости операции, зависящая от скоро­сти резания, определяется формулой

где t_м – машинное время на операцию, мин;

a_раб – минутная зарплата рабочего с начислениями, коп;

a_ст–затраты связанные с эксплуатацией станка в течение 1 минуты, коп;

t_см – время на смену затупившегося инструмента и его подналадку за период стойкости, мин;

e – стоимость эксплуатации инструмента за период стойкости, коп.;

Q – количество обрабатываемых деталей за период стойкости, шт.

Выразим Q и t_м через период стойкости инструмента:

где D –диаметр обрабатываемой детали, мм;

L –путь инструмента, мм;

h –припуск на сторону, мм.

Переменная доля себестоимости операции зависит от скорости резания. Для обеспечения максимальной производительности труда на данном рабочем месте обработку необходимо вести на V_м.п. При определении периода стойкости Т_м.п,соответствующего скорости V_м.п,пренебрегают затратами на эксплуатацию инструмента за период его стойкости.

4.3.9. Возможные потери при выборе
высоких периодов стойкости

Рассмотрим это на примере об­работки жаропрочного сплава ЭП220 резцом ВК6М (t = 0,5 мм; s = = 0,09 мм/об.).

Повышение технологической стойкости при работе на V_o для разных периодов стойкости приведено в табл. 15. Как видно из нее, при обработке на оптимальных режимах технологическая производительность может быть повышена в 2…3 раза, а размерная стойкость инструмента – более чем в 2 раза по срав­нению с работой на режимах, рекомендуемых нормативами.

Параметры технологической стойкости
при работе на оптимальной скорости V_o

Это объясняется тем, что нормативы рекомендуют работу на бо­лее низких скоростях резания (но высоких Т),соответствующих левым ветвям кривых h_о.п = f(V), которые приводят к более интенсивному износу и повышенному расходу инструмента (рис. 113). Подобная картина роста интенсивности износа инструмента наблюдается и при назначении скоростей резания, превышающих V_о. В этом случае скорости резания расположены на правой ветви кривой h_о.п = f(V), что также приводит к значительному повышению интенсивности износа инструмента и снижению ее размерной стойкости.

4.3.10. Влияние различных факторов
на скорость резания и стойкость инструмента

На скорость резания и стойкость инструмента оказывают существенное влияние следующие факторы:

– глубина резания и подача (сечение среза);

– вид обработки и сечение резца;

– величина износа инструмента;

– обрабатываемый и инструментальный материалы;

– состояние поверхностного слоя обрабатываемой детали;

С увеличением t и s возрастают силы резания и повышается количество выделяющегося тепла, а следовательно, при сохранении постоянной стойкости инструмента скорость резания должна быть уменьшена. Зависимость V = f(T, t, s) выражается формулой

гдеa = s sin j, С и q зависят от обрабатываемого материала.

Передний угол g для разных обрабатываемых материалов раз­личный, т.е. зависит от свойств обрабатываемого материала детали
и может быть определен по следующим формулам:

Обычно R изменяется в небольшом диапазоне от 0,5 мм до 2 мм. R 2 мм возникают вибрации. При этом не следует забывать, что изменение R при­водит к изменению соотношения между толщиной и шириной среза. Значение оптимального радиуса R_оптможет быть определено по формуле

Влияние вида обработки сводится к следующему:

– при расточке скорость резания несколько ниже, чем при обычном точении и K_g = 0,9, так как расточной резец работает в бо­лее тяжелых условиях, чем проходной;

– при подрезке торца подрезные резцы работают в несколько луч­ших условиях, чем проходные, так как скорость при обработке
к цен­тру снижается. Поправочный коэффициент при этом K_g= 1,04;

– при отрезке в особо тяжелых условиях работают отрезные резцы, поэтому K_gпринимают равным 0,5…0,6.

С увеличением поперечного сечения стержня резца улучшается теплоотвод, что положительно сказывается на стойкости.

Самое сильное влияние на скорость резания оказывает обрабаты­ваемый материал, что проявляется через:

– твердость (выше твердость – ниже скорость резания);

– склонность к адгезии;

– химическое сродство или инертность обрабатываемого мате­риала к материалу инструмента;

– истирающую способность, или абразивность;

– теплопроводность и т.д.

Если скорость резания может изменяться в зависимости от гео­метрии резца и ширины среза до 3 раз, от толщины среза до 5 раз, от мате­риала режущей части инструмента до 75 раз, то в зависимости от обрабатываемого материала – до 200 раз. Это значит, что при обработке, на­пример, закаленной стали или твердого чугуна скорость резания в 200 раз меньше, чем при обработке алюминия.

Поправочный коэффициент на материал инструмента – K_vи,а на обрабатываемый материал – K_vм .

Поверхностный слой детали также оказывает большое влияние на выбор скорости резания V. Например, кованные и литые детали имеют более твердый поверхностный слой, в связи с чем скорость резанияпо корке ниже, чем по детали без корки.

При определении допустимой скорости резания учитывается
и износ инструмента. Если работа будет производиться до износа выше нормального, V должна быть уменьшена. Если же будет возможность работать до h_з = 1,5…2 мм(норма­тивный h_з = 0,8…1,5), то K_Vh= 1,33.

При применении СОТС скорость резания может быть повышена (в зависимости от вида и характера подвода СОТС в зону реза­ния) – K_vСОТС = 1…1,15.

Итак, обобщенная формула для выбора скорости резания V имеет следующий вид:

Значения С_V, х_V, у_V и поправочных коэффициентов приведены
в соответствующей справочной литературе.

Почти всегда (в большинстве случаев) экономическая скорость резания выше V_о.

Эти скорости могут быть приняты одинаковыми при обработке:

– жаропрочных сплавов в любых условиях производства;

– закаленных сталей при любых условиях­ производства;

– некоторых марок жаропрочных сталей и титановых сплавов;

– любых материалов в условиях автоматизированного производ­ства.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Источник