Režimy řezání: hloubka, rychlost, jednotky měření, převod posuvu při soustružení z mm na otáčky v mm za minutu

Faktory ovlivňující trvanlivost řezačky. Řezná rychlost závisí na specifických podmínkách obrábění, které ovlivňují životnost nástroje (doba, kterou nástroj pracuje od jednoho přeostření k druhému). Čím vyšší je řezná rychlost, kterou nástroj se stejnou životností umožňuje, tím vyšší jsou jeho řezné vlastnosti, tím je produktivnější. Řeznou rychlost, kterou umožňuje řezný nástroj, ovlivňují následující faktory: životnost řezného nástroje, fyzikální a mechanické vlastnosti obráběného kovu, posuv a hloubka řezu, geometrické prvky řezné části řezného nástroje, rozměry průřezu držáku řezného nástroje, řezná kapalina, maximální přípustné opotřebení řezného nástroje. Produktivita závisí na volbě řezné rychlosti: čím vyšší je řezná rychlost obrábění, tím méně času se věnuje obrábění. S rostoucí řeznou rychlostí se však životnost řezného nástroje snižuje, proto je volba řezné rychlosti ovlivněna životností řezného nástroje a všemi faktory, na kterých životnost řezného nástroje závisí. Z nich jsou nejdůležitější: vlastnosti obráběného materiálu, kvalita materiálu řezného nástroje, hloubka řezu, posuv, velikost řezného nástroje a úhly ostření, chlazení.

• • Čím více by mělo být trvanlivost řezačky, tím nižší by měla být zvolena řezná rychlost a naopak.
• • Čím těžší zpracovaný materiál, čím nižší je životnost nástroje, proto je pro zajištění potřebné životnosti při zpracování tvrdých materiálů nutné snížit řeznou rychlost. Při zpracování litých a kovaných polotovarů, na jejichž povrchu je tvrdá krusta, dutiny nebo okuje, je nutné snížit řeznou rychlost oproti té, která je možná při zpracování materiálů bez krusty.
• • Z nemovitostí materiál řezačky Závisí na ní jeho trvanlivost, proto i volba řezné rychlosti závisí na stejných vlastnostech. Za jinak stejných podmínek umožňují frézy z rychlořezné oceli výrazně vyšší řeznou rychlost než frézy z uhlíkové oceli; ještě vyšší řezné rychlosti umožňují frézy vybavené tvrdými slitinami.

• • Pro zvýšení odolnosti frézy při zpracování viskózních kovů je výhodné použít chlazení řezacích nástrojů. V tomto případě je možné při stejné životnosti nástroje zvýšit řeznou rychlost o 15-25 % ve srovnání s obráběním bez chlazení.
• • Rozměry frézy a úhly ostření také ovlivňují přípustnou řeznou rychlost: čím masivnější je fréza, zejména její hlava, tím lépe odvádí teplo vznikající při řezání. Nesprávně zvolené úhly frézy, které neodpovídají zpracovávanému materiálu, zvyšují řeznou sílu a přispívají k rychlejšímu opotřebení frézy.
• • S nárůstem řezy sekcí Trvanlivost frézy se snižuje, proto je při větším průřezu nutné zvolit nižší řeznou rychlost než při menším průřezu.

Protože dokončovací obrábění zahrnuje odstraňování třísek malého průřezu, může být řezná rychlost při dokončovacím obrábění výrazně vyšší než při hrubovacím obrábění.

V případech, kdy je přídavek na obrábění malý a neexistují žádné zvláštní požadavky na čistotu povrchu, by se měl režim řezání zvýšit použitím nejvyššího možného posuvu.

Faktory ovlivňující rychlost řezání. Řezná rychlost závisí na faktorech, jako jsou vlastnosti zpracovávaného materiálu; vlastnosti materiálu, ze kterého je řezná fréza vyrobena; tvar řezné frézy; plocha průřezu třísky; typ třísky; tlak na řeznou frézu; chlazení řezné frézy; vibrace řezné frézy a obrobku během řezného procesu.

• Čím těžší zpracovaný materiál, tím větší síla je potřeba k jeho řezání a tím rychleji se řezná deska během procesu řezání otupuje. Tvrdý materiál proto nelze zpracovávat stejně vysokou řeznou rychlostí jako měkký materiál. Při zpracování odlitků a kovaných polotovarů, které mají na svém povrchu tvrdou krustu, dutiny nebo okuje, je nutné snížit řeznou rychlost ve srovnání s tím, co by bylo možné při zpracování materiálů bez krusty.

Odřezávání třísek z měkkého kovového výrobku probíhá s vynaložením poměrně malého úsilí, které je vždy tím menší, čím slabší je tlak třísky na přední hranu frézy. Přesný opak nastává při zpracování tvrdších a viskóznějších kovů: vnitřní deformace prvků třísky se zvyšuje, prvky třísky se frézou obtížněji odštípávají a zvyšuje se tlak třísky na přední hranu frézy.

• Materiál řezné části frézy. Obrábění při vysokých řezných rychlostech je doprovázeno tvorbou značného množství tepla. To způsobuje rychlé otupování řezné nástroje, ke kterému dochází tím rychleji, čím vyšší je řezná rychlost a čím více se s rostoucí teplotou snižují řezné vlastnosti materiálu řezné nástroje. Za jinak stejných podmínek umožňují řezné nástroje vyrobené z rychlořezné oceli 2–2,5krát větší řeznou rychlost než řezné nástroje vyrobené z uhlíkové oceli. Ještě vyšší rychlost (překračující řeznou rychlost řezných nástrojů z rychlořezné oceli 3–4krát) je podporována řeznými nástroji s destičkami z tvrdých slitin, stejně jako řeznými nástroji s keramickými destičkami.

Teplota ohřevu třísky a následně i hlavy frézy stoupá tím výše, čím rychleji a ve větším množství se teplo vytváří. Proto při přepínání z nízkých na vysoké řezné rychlosti teplota frézy rychle stoupá.

Frézy vyrobené z uhlíkové oceli nesnášejí ani drobné přehřátí. Tvrdost takových fréz se snižuje při zahřátí na teplotu 200-250 °C, v důsledku čehož se břit frézy rychleji opotřebovává a ztrácí své řezné vlastnosti. Frézy vyrobené z rychlořezné oceli neztrácejí své řezné vlastnosti ani při zahřátí na teplotu 600 °C. Tvrdé slitiny odolávají teplotám ohřevu až 1100 °C bez otupení.

• • S nárůstem plocha průřezu řezu Řezná síla se zvyšuje a v důsledku toho i množství uvolněného tepla; fréza se rychleji otupuje. Bylo však zjištěno, že zvětšení průřezu řezu má menší vliv na trvanlivost frézy než zvýšení řezné rychlosti. Jinými slovy, fréza se bude otupovat rychleji se zvyšující se řeznou rychlostí a pomaleji se zvětšujícím se průřezem řezu. Je zřejmé, že pro zvýšení produktivity je výhodnější uchýlit se k jednomu z těchto dvou způsobů, kdy se fréza otupuje pomaleji. Z toho lze vyvodit důležitý praktický závěr: pro zvýšení produktivity řezného procesu při stejné trvanlivosti frézy je vhodné zvětšit plochu průřezu řezu a podle toho snížit řeznou rychlost. Při dokončování fréza při nízkých posuvech odstraňuje nevýznamnou vrstvu kovu, takže řeznou rychlost lze výrazně zvýšit ve srovnání s řeznou rychlostí při hrubování.
• • Velikost a tvar průřezové plochy čipu během řezání významně ovlivňují množství uvolňovaného tepla. Se zvětšením plochy průřezu třísky se zvyšuje i množství uvolňovaného tepla. V důsledku toho se se zvětšením plochy průřezu třísky přenáší na řeznou plochu větší množství tepla, což způsobuje její zvýšení ohřevu, což může omezit zvýšení nebo způsobit snížení řezné rychlosti.
• • Hloubka řezu a posuv. Životnost nástroje je ovlivněna plochou průřezu řezu. Stejné plochy průřezu řezu lze dosáhnout velkou hloubkou řezu a malým posuvem a naopak malou hloubkou řezu a velkým posuvem. Zvětšení hloubky řezu má mnohem menší vliv na změnu životnosti nástroje než stejné zvýšení posuvu. Proto je pro zvýšení produktivity řezného procesu při stejné životnosti nástroje účelnější zvětšit hloubku řezu než posuv.

Pokud se tvoří silné, ale úzké třísky, je odvod tepla z řezné hrany obtížný, protože třísky se koncentrují na malé části břitu a přední ploše řezné hrany. Tenké, ale široké třísky, řezané delší částí břitu, spočívající na velké ploše přední plochy řezné hrany, lépe odvádějí teplo z místa jeho vzniku. Tenké, ale široké třísky tak umožňují vyšší řezné rychlosti než silné, ale úzké třísky.

• Chlazení řezačky umožňuje provoz při vysokých řezných rychlostech. Pokud nasměrujete silný proud kapaliny na místo, kde se tvoří třísky, kapalina odebere třískám a řeznému nástroji velké množství tepla. V důsledku toho se výrazně sníží teplota ohřevu třísek a řezného nástroje a zároveň se zvýší životnost řezného nástroje.

Aby chlazení přineslo dobré výsledky, je nutné:

• 1) směřujte proud chladicí kapaliny na třísky shora, do místa, kde se oddělují od obrobku, protože právě zde se vytváří největší množství tepla;
• 2) začněte s přívodem chladicí kapaliny hned v prvním okamžiku řezání a ne až po nějaké době, jinak se ve velmi horkém řezném nástroji mohou objevit praskliny;

• 3) ujistěte se, že chladicí kapalina je vhodná pro zpracovávaný materiál a typ prováděné práce.
• • Volba řezné rychlosti závisí na požadovaná trvanlivost řezného nástroje. Čím vyšší je řezná rychlost, za jinak stejných podmínek, tím rychleji se fréza opotřebovává, tím častěji se musí znovu brousit a tím více času se věnuje její demontáži a montáži na stroj. Výhody zvýšené rychlosti se tak částečně ztrácejí a pokud se nadměrně zvýší, snižuje se i produktivita. To ale neznamená, že je nutné pracovat při snížených řezných rychlostech. Pro práci při vysokých řezných rychlostech je možné vylepšit geometrii nástroje, prodloužit časové intervaly mezi přebrušováním úpravou nože frézy bez jejího vyjmutí ze stroje atd.
• • Řezná rychlost se někdy musí snížit z důvodu vibrace řezačky, což závisí na vlastnostech zpracovávaného kovu, rozměrech výrobku, tvaru řezné hlavy, konstrukci a stavu stroje atd. Při tvorbě třísky je na řeznou desku vyvíjen buď rostoucí, nebo prudce klesající tlak, což způsobuje její vibrace. Při tvorbě souvislé třísky, která při plynulém oddělení vytváří na řeznou desku rovnoměrný tlak, nevibruje.

Změnou tvaru řezné hrany a změnou její instalace vzhledem k výrobku je možné výrazně snížit a dokonce eliminovat vibrace řezné hrany. K tomu se zvětší úhel sklonu hlavní řezné hrany řezné hrany během jejího ostření nebo se řezná hrana instaluje šikmo ve svislé rovině. V tomto případě nedojde k oddělení třísky po celé délce řezné hrany současně, a proto se vibrace řezné hrany výrazně sníží nebo zcela zastaví.

Postup výpočtu řezné rychlosti. Řezná rychlost je jedním z hlavních prvků řezného režimu, spolu s posuvem, určujícím produktivitu obrábění na stroji. Volba rychlosti závisí na řadě faktorů: mechanické vlastnosti obráběného materiálu, kvalita materiálu řezné části frézy, geometrie frézy, trvanlivost frézy, hloubka řezu, hodnota posuvu, chladicí médium a způsob jeho aplikace atd. Volba řezné rychlosti se provádí podle tabulek vyvinutých s ohledem na značné zkušenosti se studiem soustružnického procesu.

Řeznou rychlost lze vypočítat pomocí analytických vzorců. Jedinou podmínkou pro zajištění správného výpočtu řezné rychlosti je volba skutečné hodnoty životnosti nástroje, posuvu stroje (na základě technických možností stroje) a nutnosti následného nastavení otáček vřetena v souladu s technickými možnostmi stroje jako výchozích dat.

Řezná rychlost závisí na zvolené hloubce řezu, posuvu, kvalitě a druhu zpracovávaného materiálu, geometrických parametrech řezné části nástroje a řadě dalších faktorů. Řezná rychlost se vypočítá pomocí vzorce

kde A – konstanta charakterizující podmínky obrábění, materiál obrobku, hloubku řezu a posuv;

T – životnost řezného nástroje;

T – ukazatel trvanlivosti.

Velikost konstanty А jsou vybírány ze standardních tabulek pro specifické řezné podmínky.

Období vytrvalosti T – Toto je doba, během které může nástroj provádět řezání, tj. doba od zahájení provozu nástroje do doby, než dosáhne stavu nemožnosti dalšího použití (určeného daným kritériem trvanlivosti), a u neostřitelných nástrojů do doby, než jsou vyměněny. Obvykle se bere T = 30, 45, 60, 90, 120 minut.

Po výpočtu hodnoty řezné rychlosti v, určete vypočítanou hodnotu frekvence otáčení vřetena:

kde D – průměr obráběného obrobku.

Vliv řezné rychlosti na kvalitu a produktivitu obrábění. Řezná rychlost má významný vliv na vznik drsnosti povrchu. Jak ukazují experimenty, se změnou rychlosti se objevuje různá drsnost (obr. 2.24). Drsnost obrobeného povrchu je do značné míry spojena s procesem tvorby třísky a především s výskytem nárůstku.

Obr. 2.24. Vliv řezné rychlosti na drsnost povrchu při soustružení

Při obrábění konstrukčních ocelí normální jakosti v nízkorychlostní zóně (do 5 m/min), kdy se netvoří nárůstek, jsou rozměry nerovností nevýznamné. Při zvýšení rychlosti na 15 m/min se rozměry povrchových nerovností zvětšují (doba tvorby nárůstku) a dosahují nejvyšší hodnoty. Další zvýšení řezné rychlosti zmenšuje velikost nárůstku a snižuje výšku nerovností obrobeného povrchu.

V rychlostní zóně, při které se netvoří nárůstky (nad 60 m/min), je drsnost povrchu nejnižší.

Další zvýšení řezné rychlosti, pokud se neobjeví vibrace, mírně přispívá ke snížení výšky nerovností. Zvýšení řezné rychlosti, které způsobuje zvýšení teploty a plasticity povrchové vrstvy kovu, zvyšuje objem jejích plastických deformací, což přispívá k tvorbě velkých nerovností na opracovaném povrchu.

S dalším zvyšováním řezné rychlosti teplo uvolněné v procesu nestihne proniknout do hloubky povrchové vrstvy. Řezná rychlost začíná překračovat rychlost šíření plastické deformace a objem plasticky deformované zóny materiálu se zmenšuje. Při vysokých řezných rychlostech je hloubka plasticky deformované vrstvy nevýznamná a drsnost povrchu je malá.

Kvalita zpracování a rozměrová přesnost dílu závisí na řezných režimech zvolených obsluhou stroje. Proto vás dále v textu seznámíme s hlavními řeznými režimy a metodami pro výpočet jejich parametrů. Se sedmi minutami vašeho času můžete zlepšit produktivitu vašeho závodu a kvalitu vašich soustružnických produktů.

Stanovení řezných podmínek

Režimy, které určují výsledky provozu jednotky a obraceče, zahrnují následující provozní parametry: rychlost posuvu břitu vzhledem k ose rotace obrobku (nastavena v metrech za minutu), hloubka vniku frézy do materiálu (nastaveno v mm) a posunutí (posuv) břitu během celé otáčky obrobku/vřetena (měrná jednotka – milimetry na otáčku). Tyto parametry ovlivňují kvalitu zpracování a výkon zařízení a také životnost řezného nástroje, proto je volba řezných režimů ovlivněna:

• Charakteristika materiálu obrobku, který se zpracovává soustružením. Zvláštní pozornost je věnována povrchové tvrdosti, bodu tání, pevnosti v ohybu a v krutu a tepelné vodivosti. Při příliš vysokých otáčkách, hloubce a posuvu hrozí deformace obrobku, čímž se díl změní na šrot.
• Vlastnosti řezného nástroje – konstrukční materiál frézy a řezné části se hodnotí podle stejných charakteristik jako v případě obrobku. Pokud zvolíte příliš velkou rychlost, hloubku a posuv, hrana se jednoduše zlomí.
• Úhly ostření řezné části nástroje – geometrie určuje zatížení v místě řezu, které určuje jak kvalitu zpracování, tak životnost nástroje.
• Typ soustružení – dokončování a hrubování jsou v režimech a výsledcích zcela odlišné, a když k tomu připočteme i třídu přesnosti, tak i při konečném dokončování jsou možné desítky různých režimů.
• Požadavky na výkon – určují, kolik otáček za minutu vřeteno vyrobí a jak rychle se pohybuje podpěra s frézou, aby soustružník mohl vyrobit požadovaný počet dílů za směnu.

Uvedené parametry někdy představují protichůdné požadavky, takže hlavním úkolem technologa lze nazvat vyvažovací zájmy, kdy produktivita nezasahuje do čistoty zpracování a rychlost/posuv/hloubka nezkracuje životnost frézy. Pro dosažení rovnováhy zájmů vypočítá technolog klíčové parametry.

Výpočet základních parametrů

Výsledkem výpočtu řezných režimů mohou být hodnoty rychlosti, posuvu a hloubky, při kterých je pro tuto třídu přesnosti dosaženo maximální možné produktivity agregátu a obraceče. V tomto případě je nutné sledovat intenzitu opotřebení břitu a objem vad vyplývajících z problémů s obrobkem. Proto jsou režimy počítány pomocí vzorců a specifikovány pomocí tabulkových hodnot, navíc musí odpovídat technickým možnostem stroje. Níže v textu se podíváme na to, jak se počítají hlavní režimy.

Hloubka řezu

Vzdálenost mezi průměrem před zpracováním a průměrem po dokončení se nazývá hloubka řezu. Jednotky měření jsou v tomto případě milimetry a vzorec vypadá takto:

Zde t je hloubka v mm, D je větší průměr (před opracováním), d je menší průměr (po opracování), a protože fréza proniká do součásti pouze z jedné strany, vydělíme výsledek 2. Při řezání a část, fréza se pohybuje od konce nebo tažení, takže hloubka je určena skutečně ujetou dráhou.

Feed

Konstrukce šroubořezného soustruhu zahrnuje měřený pohyb podpěry s frézou při plné rotaci vřetena s obrobkem. Tento pohyb se nazývá řezný posuv. Jednotky měření jsou v tomto případě mm/otáčka. Posuv se určuje z tabulky se zaměřením na průměr zpracovávaného obrobku a vypočítanou hloubku řezu. Ve většině případů je posuvný stůl uložen v paměti CNC strojů nebo zobrazen na štítku, který je připevněn k převodovce stroje. Feed je variabilní množství, takže je často specifikováno ve formátu od-do. Menší hodnota se volí pro dokončování, větší hodnota pro hrubé broušení.

Rychlost řezání

Ve fyzice je rychlost podílem vzdálenosti, která se dělí časem, který fréza stráví na ujetí této dráhy. Dráha bodu kontaktu nástroje s obrobkem je tvořena řadou kružnic (stroje pracují pouze s rotačními tělesy). Při výpočtu vzdálenosti tedy pracujeme s obvodem obrobku a počtem otáček, které určují počet kruhů „projetých“ frézou. Vzorec rychlosti je v tomto případě následující:

• v = (π*D*n)/1000

Zde v je rychlost potřebná pro následné výpočty (v metrech za minutu), πD je jedna obvodová délka (průměr nastavujeme v mm) a n jsou otáčky/úhlová rychlost vřetena/obrobku za tuto minutu, které udávají počet projetých kruhů.

Kontrola souladu režimů a stroje

Vaše jednotka musí vydržet rychlost, hloubku a posuv, přesněji řečeno motor soustružnické a šroubořezné jednotky musí tyto výkonové režimy zvládnout. Chcete-li posoudit rovnováhu výkonu stroje a režimů, musíte vypočítat řeznou sílu pomocí vzorce:

• Р=С*(t*xp)*(S*yp)

Zde P je síla, t je hloubka, S je posuv a C, xp, yp jsou tabulkové koeficienty, které závisí na materiálu obrobku a řezného nástroje. Když známe sílu, kterou lze pomocí tohoto vzorce vypočítat, můžeme přistoupit k výpočtu výkonu stroje, který dokáže tyto režimy vytáhnout. Tento výkon se vypočítá podle vzorce:

• N = (P*V)/(60*102*ɳ)

Zde N je výkon stroje, P je síla a V je řezná rychlost, ɳ je účinnost stroje. Když řezné režimy odpovídají vlastnostem jednotky, odhalí se všechny výhody soustružení – rozměrová přesnost, zaručující dodržení všech technologických tolerancí, univerzálnost ve vztahu ke zpracovávaným materiálům (možná je litina a dřevo), vysoká produktivita ( CNC stroje vyrábí díly v tisících kusů za směnu). Správně zvolené režimy zaručují malé procento odpadu, hospodárnost samotného procesu soustružení (minimální opotřebení stroje a nástrojů při maximálním objemu vyráběných dílů) a energetickou efektivitu výroby.

Proto je za výpočet režimů zodpovědný technolog, který vyvinul mapu výroby dílů. V případě potřeby může být technolog nahrazen speciálním programem nebo externím specialistou. Ale definování režimů „od oka“ je recept na katastrofu. Neignorujte pravidla výpočtu, protože jejich dodržování ušetří vaše nástroje a strojový park.