Способ точения поверхностей

Авторы патента:

Свирщев Валентин Иванович (RU)

Флегентов Владимир Кузьмич (RU)

Савлов Алексей Николаевич (RU)

Подборнов Игорь Вячеславович (RU)

B23B1/00 - Токарная обработка; сверление (устройства для копирования или управления B23Q)

Владельцы патента RU 2547684:

Акционерное общество "Новомет-Пермь" (АО "Новомет-Пермь") (RU)

Способ точения поверхностей, при котором изделию сообщают вращение и обрабатывают перемещающимся в осевом направлении лезвийным инструментом с режущей пластиной, закрепленной в инструментодержателе, при выбранных параметрах режима точения, отличающийся тем, что предварительно устанавливают численные значения постоянных зависимости стойкости режущей кромки пластины от скорости съёма материала, с учетом которых определяют значение оптимальной скорости съема материала и выбирают сочетание управляемых параметров режима точения, обеспечивающих найденное значение оптимальной скорости съема материала. 1 табл.

Изобретение относится к области обработки материалов точением с помощью лезвийного инструмента на различных универсальных, специальных, многооперационных с ЧПУ токарных станках.

Известны способы точения поверхностей, согласно которым изделию сообщают вращение и обрабатывают перемещающимся в осевом направлении лезвийным инструментом, закрепленным в инструментодержателе.

Эти способы, в зависимости от группы обрабатываемости материала и стадии (черновая, чистовая, тонкая) точения, предусматривают назначение типа режущей кромки сменной многогранной режущей пластины (СМРП) при принятой стойкости Т режущей кромки и диапазонов изменения управляемых параметров режима точения (глубины резания t, подачи S, скорости резания V) согласно рекомендациям справочной литературы (см. Справочник технолога-машиностроителя. Т. 2 / под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова - М: Машиностроение, 1986. 496 с.; Руководства по металлообработке различных фирм производителей инструмента: Seco, Sandvik, Iskar, Taegu - Tec, Kennametal и др.).

Однако многообразие предлагаемых рекомендаций по выбору параметров режима точения при обработке одних и тех же поверхностей деталей инструментом различных фирм производителей, в условиях современной рыночной экономики, не учитывает эффективности точения поверхностей для конкретных производственно-технологических условий изготовления продукции и обеспечения наиболее важных характеристик качества обрабатываемых поверхностей - точности размера и шероховатости поверхности.

Эффективность точения зависит от стойкости и качества СМРП, сочетания параметров режима точения, времени, затрачиваемого на смену режущей кромки СМРП, и расхода режущих пластин. С увеличением параметров режима точения машинное время на обработку поверхности уменьшается, но в то же время уменьшается период стойкости режущей кромки и растут затраты, связанные с расходом СМРП. В какой-то момент эти затраты достигают таких значений, которые приводят к увеличению себестоимости и уменьшению производительности точения. Особенно часто такие ситуации возникают при точении труднообрабатываемых материалов. Указанное при правильном выборе типа СМРП в наибольшей степени определяет производительность точения поверхности и показатели ее качества.

Наиболее близким к предлагаемому является способ точения поверхностей, при котором изделию сообщают вращение и обрабатывают перемещающимся в осевом направление лезвийным инструментом с режущей пластиной, закрепленной в инструментодержателе, согласно предварительно рассчитанному сочетанию управляемых параметров режима точения по принятым критериям оптимальности из групп экономических или технико-экономических критериев (см. Рыжов Э.В., Аверченов В.И. Оптимизация технологических процессов механической обработки. Киев: Наукова думка, 1989, с. 136-145).

Данный способ точения позволяют существенно повысить качество обработанных поверхностей, однако не обеспечивает достаточную эффективность обработки поверхности. Обусловлено это тем, что при решении задач оптимизации параметров режима точения в состав математической модели не входят технические ограничения, учитывающие зависимость стойкости СМРП от управляемых параметров режима точения, определяющих скорость съема материала при точении.

Отмеченное не позволяет использовать потенциальные возможности повышения эффективности процесса точения при минимальной себестоимости обработки и обеспечении требуемых показателей качества обрабатываемой поверхности.

Задачей настоящего изобретения является повышение производительности обработки поверхности при обеспечении требуемых показателей качества за счет рационального выбора сочетания управляемых параметров режима точения.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе точения поверхностей, при котором изделию сообщают вращение и обрабатывают перемещающимся в осевом направление лезвийным инструментом с режущей пластиной, закрепленной в инструментодержателе, при выбранных параметрах режима точения, согласно изобретению предварительно устанавливают численные значения постоянных зависимости стойкости режущей кромки пластины от скорости съема материала, с учетом которых определяют значение оптимальной скорости съема материала, и выбирают сочетание управляемых параметров режима точения, обеспечивающих найденное значение оптимальной скорости съема материала, после чего изделию сообщают вращение и обрабатывают перемещающимся в осевом направлении лезвийным инструментом.

Предложенное техническое решение основано на следующем.

Обрабатываемость материалов - это комплексное физико-технологическое свойство материала: оно зависит, с одной стороны, от химического состава, структуры и физико-механических свойств материала, а с другой, от вида режущего инструмента и условий резания. При выборе критерия обрабатываемости следует исходить из следующего: во-первых, выбранный критерий должен иметь физическую основу для оценки обрабатываемости и, во- вторых, должен быть обобщенным, т.е. быть связанным в той или иной мере с другими показателями процесса и прежде всего с производительностью и себестоимостью процесса обработки.

Увеличение параметров режима резания приводит к росту нагрузки на режущую кромку СМРП и, следовательно, уменьшает ее стойкость. Такова общая тенденция влияния параметров режима резания на стойкость СМРП.

Если за основу режимного фактора принять скорость съема материала Q в единицах объема или веса, независимо от того, каким сочетанием параметров режима резания достигается данное значение Q, то получение зависимостей стойкости режущего лезвия от режимов резания и их практическое использование значительно упрощается.

В основу такого подхода заложен тот факт, что работоспособность режущей кромки и ее стойкость зависят от нагрузки на режущую кромку, от того, какое количество материала и с какой скоростью переходит в стружку.

Результаты большого числа исследований показывают связь таких показателей процесса точения, как сила резания, износ и стойкость инструмента со скоростью съема материала (см. Старков В.К. Обработка резанием. Управление стабильностью и качеством в автоматизированном производстве. - М.: Машиностроение, 1989. с. 145-156; Филимонов Л.Н. Стойкость шлифовальных кругов. - Л.: Машиностроение, 1973. с. 73-81). Зависимость стойкости режущей кромки от скорости съема материала выражается степенной функцией, которую называют Т-Q характеристикой процесса резания,

где Q - скорость съема материала за период стойкости Т режущего лезвия, мм³/мин; С_Т - коэффициент, зависящий от условий обработки;

n - показатель степени, выражающий интенсивность уменьшения стойкости режущего лезвия от сочетания параметров режима точения.

Величины С_Т и n зависят от свойств обрабатываемого материала, характеристик режущей пластины и условий, в которых идет процесс точения.

Если известна T-Q характеристика и задана стойкость режущего лезвия пластины, то по формуле (1) можно определить значение скорости съема материала Q и назначить соответствующее сочетание значений управляемых параметров режима точения. T-Q характеристики позволяют наблюдать работоспособность режущего лезвия во всем диапазоне сочетания параметров режима точения и могут служить показателем обрабатываемости различных материалов резания. Критериями обрабатываемости могут служить постоянные T-Q характеристики: С_T и показатель n, значения которых являются базой для экономической оценки эффективности процесса точения.

Себестоимость точения элементарной поверхности на операции С_оп представим в виде суммы двух затрат

где С_з.с. - зарплата с цеховыми накладными расходами, приходящаяся на операцию; С_и.р. - затраты на режущей инструмент, приходящиеся на операцию.

Затраты, связанные с амортизацией оборудования и оснастки, расходом электроэнергии, эксплуатаций помещений, не учитываем, так как их величина не изменяется в данной постановке задачи.

Затраты на зарплату, приходящуюся на операцию, рассчитывают по формуле

где С_з.м.с.. - тарифная ставка рабочего с учетом накладных расходов; t_маш - машинное время точения поверхности, равное M/Q, М - объем снимаемого материала при точении поверхности; t_см - время, затраченное на смену режущего лезвия пластины; N - количество деталей, обработанных за период стойкости Т режущего лезвия N=Т/t_маш.

Затраты на режущий инструмент, зависящие от расхода пластин, определяются по формуле

где S_пл - покупная стоимость режущей пластины; n₁ - число режущих лезвий пластины, участвующих в формообразовании поверхности.

Подставляя (3) и (4) в (2), а также выразив стойкость режущего лезвия Т через скорость съема материала (1), получим

Выражение (5) определяет зависимость себестоимости точения поверхности на операции от скорости съема материала. Первое слагаемое определяет зарплату станочника за машинное время работы. С увеличением Q оно уменьшается гиперболически. Второе слагаемое - это зарплата станочника за время, затрачиваемое на смену режущего лезвия пластины и приходящееся на точение поверхности. Третье слагаемое - это затраты, связанные с расходом режущих пластин при точении. Два последних слагаемых выражают непроизводительные затраты, приходящиеся на точение поверхности.

Оптимальное значение скорости съема материала Q₀, соответствующее минимуму себестоимости, можно найти, продифференцировав выражение (5) по Q и прировняв производную к нулю

Для практического использования формулы (6) необходимо установить для режущей пластины инструмента постоянные С_Т и n в функциональной зависимости (1). С увеличением коэффициента С_Т второе и третье слагаемые в формуле (5) пропорционально уменьшаются. Показатель степени n характеризует наклон T-Q характеристики, представленной в виде прямой при логарифмическом масштабе по осям системы координат, и значительно влияет на абсциссу кривой минимума себестоимости: более пологой прямой T-Q характеристики соответствует большее значение Q₀.

Таким образом, задав перед началом точения сочетание управляемых параметров режима точения, обеспечивающих реализацию расчетного значения оптимальной скорости съема материала Q₀, гарантированно будет обеспечено повышение производительности точения при требуемых показателях качества поверхности.

Эффективность осуществления точения по предлагаемому способу заключается в повышении производительности обработки поверхности при требуемых показателях ее качества.

Эксплуатационные испытания предложенного способа проведены на многооперационном станке с ЧПУ модели WEL M35-G на примере чистового точения наружных цилиндрических поверхностей ниппеля погружного оборудования из стали 40Х (HRC 22…34) режущей пластиной DNMG 150604 СТ15М фирмы Sandvik, с требованием к шероховатости поверхности Ra=l,6 мкм. Базовые режимы точения составляли: t=l,5 мм, S=0,2 мм/об, V=335 м/мин.

Численные значения постоянных С_Т и n T-Q характеристики при чистовом точения наружной цилиндрической поверхности заготовки из стали 40Х режущей пластиной DNMG 150604 СТ15М установили на базе исходных данных, взятых из руководств по металлообработке фирмы Sandvik, приведенные в таблице.

Используя данные таблицы по стойкости режущей кромки Т и скорости съема материала Q, из решения систем уравнений T-Q характеристик по выражению (1) получили следующие значения постоянных T-Q характеристики режущей пластины: С_Т=6,8×10²⁶, n=5.

Оптимальную скорость съема материала Q₀ определяли по формуле (6) с использованием следующих исходных данных ЗАО «Новомет-Пермь»:

S_пл=458,69 руб., n₁=4, С_з.м.с.=3 руб./мин, t_см=0,5 мин.

Результаты расчета позволили получить следующее значение оптимальной скорости съема материала Q₀=112×10³ мм³/мин.

Сохраняя неизменными базовые значения t и S, которые рекомендуются для обеспечения требуемой шероховатости поверхности при чистовом точении, определили скорость резания, обеспечивающую повышение производительности при минимальной себестоимости точения, по формуле

V=Q₀/(t×S)=112×10³/(1,5×0,2)=373 м/мин.

Эффективность предложенного способа точения по сравнению с базовым режимом оценивалась по выходным технико-экономическим характеристикам процесса (производительность, себестоимость, шероховатость поверхности).

При обработке по базовому и предлагаемому режимам точения были достигнуты равноценные значения шероховатости поверхности Ra=l,4 мкм, удовлетворяющие требования чертежа. Однако при точении по предложенному способу с увеличенной скоростью резания V до 373 м/мин достигнуто повышение производительности обработки в 1,1 раза при минимальной себестоимости обработки поверхности.

Таким образом, предложенный способ точения обеспечивает повышение производительности обработки поверхностей и минимальную себестоимость при требуемых показателях качества.

Способ включает вращение обрабатываемой детали, поступательное перемещение резца, выполненного с подвижной режущей частью, упругими элементами и неподвижной частью, с обеспечением колебательного синусоидального перемещения подвижной режущей части резца под действием сил резания, воздействующих на колебательный контур, образованный подвижной частью резца, упругими элементами и неподвижной частью с использованием элементов качения.

Способ определения оптимальной скорости резания в процессе металлообработки // 2538750

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для определения оптимальной скорости резания при работе на выбранном технологическом оборудовании.

Способ определения оптимальной скорости резания // 2535839

Изобретение относится к области обработки металлов резанием, в частности к способу определения оптимальной скорости резания при обработке жаропрочных сплавов на никелевой основе для твердосплавного инструмента.

Способ определения критической температуры резания // 2535250

Способ заключается в том, что проводят сокращенные испытания стойкости инструмента на различных скоростях резания, при которых не доводят инструмент до полного затупления, и строят графики зависимостей h3=ƒ(l), где h3 - величина износа инструмента по задней поверхности; f(l) - функция от пути резания.

Способ и режущий интрумент для механической обработки металлов и полупроводников резанием с одновременным пропусканием электрического тока // 2530245

Способ включает подвод импульсного электрического тока при плотности тока в диапазоне от 10 до 700000 А/см2 и длительности его импульсов от 10 до 7000 мкс. Режущий инструмент содержит режущую часть, изолированную от прохождения через нее электрического тока посредством диэлектрических прокладок, имеющих механические свойства при высоких температурах до 1500 градусов.

Способ обработки фасонных поверхностей точением // 2522871

Способ включает предварительное позиционирование резца и фиксирование его в резцедержателе, затем перемещение центра поворота резца по траектории, сформированной перпендикулярами равной длины, спроецированными на касательную к обрабатываемой поверхности в точке нахождения вершины резца.

Способ определения оптимальной скорости резания // 2521943

Способ характеризуется тем, что для пары инструмент-деталь при различных скоростях резания v определяют тангенциальные силы резания Pz, флуктуации тангенциальных сил резания P ˜ z , флуктуации скорости резания υ ˜ и переменную термоЭДС ε ˜ , а в качестве критерия оптимальной скорости резания используют мощность флуктуаций N ˜ = P ˜ z υ ˜ или коэффициент использования мощности флуктуаций K N = N ˜ N ¯ = P ˜ z υ ˜ P z υ , или аналог производства энтропии от тепловых процессов на контакте S ˜ = P ˜ z υ ˜ ε ˜ , при этом значение оптимальной скорости резания, соответствующей минимальной интенсивности изнашивания инструмента, определяют по максимальному значению мощности флуктуаций, полученной на кривой изменения комплекса мощности флуктуаций или по точке перелома коэффициента использования мощности флуктуаций, полученного на кривой изменения комплекса коэффициента использования мощности флуктуаций или по минимальному значению параметра аналога производства энтропии от тепловых процессов на контакте, полученного на кривой изменения комплекса аналога производства энтропии от тепловых процессов на контакте.

Способ получения сквозных отверстий малого диаметра в цветных металлах // 2515774

Изобретение относится к области технологии машиностроения и может быть использовано для получения сквозных отверстий малого диаметра в деталях из цветных металлов и их сплавов.

Способ определения оптимальных режимов резания // 2514251

Способ включает выполнение пробных проходов в заданном диапазоне режимов резания, получение пробных стружек, по параметрам которых определяют значение оптимальных режимов резания.

Способ обработки резанием и режущий инструмент для его осуществления // 2514243

Способ обработки резанием включает движение инструмента с установленным в гнезде его корпуса режущим элементом, имеющим режущее лезвие, относительно обрабатываемой детали в направлении главного движения и продольную подачу инструмента.

Способ токарной обработки детали // 2549818

Способ включает механическое воздействие на деталь резца в процессе их взаимного перемещения и подачу в зону резания озонированного воздуха под давлением посредством сопла, размещенного на расстоянии 10 мм от передней поверхности резца. При этом продольную ось сопла располагают в плоскости главной задней поверхности резца под углом 70-80° к его главной режущей кромке, а озонированный воздух подают непосредственно на главную режущую кромку резца. Технический результат: повышение износостойкости инструмента, производительности и качества обработки. 1 ил., 2 пр.

Способ механической обработки глубокого отверстия в трубной заготовке // 2552616

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при обработке глубоких отверстий в трубных заготовках. Обработку осуществляют устройством, содержащим борштангу с режущим инструментом, расположенную на эксцентричных подшипниках в пиноли с режущими и дорнующими зубьями, которую базируют перед подачей рабочей среды в исходном положении во входном люнете. Обрабатываемую заготовку зажимают между внутренними торцами входного и выходного люнетов соосно с ними. Перед началом обработки на внутренних торцах люнетов выполняют центрирующие фаски, а на торцах трубной заготовки выполняют ответные фаски, которые совмещают и уплотняют. На внешних торцах входного и выходного люнетов устанавливают заглушки для создания единой герметичной полости. Рабочую среду подают через дроссели во время прямого рабочего хода во входной люнет, совмещая вращательное и поступательное движение борштанги с ее планетарным движением вокруг оси пиноли. Во время обратного рабочего хода рабочую среду подают в выходной люнет. Повышается точность и качество обработанной поверхности, надежность процесса обработки за счет улучшения стружкоотвода. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ резания // 2555694

Изобретение относится к области металлообработки и может быть использовано при обработке пластичных материалов по схеме несвободного резания. Осуществляют обработку пластичных материалов лезвийным инструментом с принудительным отводом стружки путем приложения тянущего усилия к стружке. Тянущее усилие к стружке прикладывают в зоне ее контакта с лезвием инструмента в направлении, увеличивающем естественный угол схода стружки по передней поверхности лезвия. В результате обеспечивается повышение качества обработанной поверхности и снижение силы резания.

Способ поверхностного закалочного упрочнения режуще-деформирующим инструментом // 2556897

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам поверхностного упрочнения с получением закалочных структур. Для повышения износостойкости деталей машин из закаливаемых металлов, преимущественно из железоуглеродистых сплавов, и создания на поверхности детали полностью или частично закаленного поверхностного слоя с однородными свойствами по его толщине инструментом в виде резца, имеющим режущую и деформирующую кромки послойно подрезают поверхностный слой детали с сохранением его механической связи с деталью по своей узкой стороне, при этом пластически деформируют подрезанные слои рабочими поверхностями инструмента, после чего подрезанные слои укладывают на деталь деформирующей кромкой инструмента. В процессе подрезания поверхностного слоя, его пластического деформирования и трения об инструмент, соответствующим выбором геометрических параметров инструмента и технологических параметров обработки достигают нагрева подрезанного слоя выше температур фазовых превращений для данного обрабатываемого материала. Охлаждение подрезанного слоя осуществляется кондуктивным теплоотводом в заготовку или охлаждающими технологическими средами. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

Способ определения температуры максимальной работоспособности твердосплавных режущих пластин // 2567938

Способ включает построение графика температурной зависимости структурно-чувствительной характеристики пластин по результатам кратковременных испытаний в диапазоне от 400 до 1000°С и определение на нем характерного участка, соответствующего интервалу температур максимальной работоспособности. Для снижения погрешности измерений при определении температуры максимальной работоспособности в качестве структурно-чувствительной характеристики используют электрическую проводимость твердосплавной режущей пластины, а в качестве характерного участка на выявленной температурной зависимости принимают интервал температур, в котором электрическая проводимость минимальна. 1 ил.

Способ механической обработки с дроблением стружки // 2578875

Способ включает нагрев обрабатываемой поверхности заготовки пламенем газовой горелки перед обработкой по винтовой линии с последующим охлаждением и срезанием припуска. Для повышения надежности стружкодробления нагрев осуществляют до достижения в срезаемом слое температур, превышающих температуру полного фазового перехода Ас3 для обрабатываемой стали, с образованием неравновесной структуры при ее охлаждении. При этом ось факела пламени горелки располагают по касательной к обрабатываемой поверхности и параллельно углу наклона и главному углу в плане главной режущей кромки в плоскости передней поверхности режущего инструмента. 4 ил.

Способ механической обработки резанием осесимметричных деталей // 2600608

Способ предназначен для механической обработки осесимметричных деталей и включает воздействие под усилием режущего инструмента на вращающуюся деталь. Предельную скорость резания определяют по приведенной формуле в зависимости от критического значения разности температуры поверхностного и центрального слоев обрабатываемой детали, приводящей к появлению термопластических деформаций в поверхностных слоях детали и образованию остаточных напряжений, подачи резца за один оборот изделия и глубины резания. Достигается определение предельных режимов механической обработки резанием из условий предотвращения образования остаточных напряжений, определяющих точность и качество поверхностного слоя обрабатываемых деталей.

Способ обработки поверхностей вращения // 2603417

Способ включает обработку поверхности вращения формообразующим токарным резцом и непрерывно вращающимся вокруг своей оси многозубым инструментом при сообщении заготовке вращения, а резцу и многозубому инструменту - движений равных осевых подач. При этом осуществляют опережающее врезание токарного резца, а многозубый инструмент настраивают так, что его зубья зависают в торцовой канавке, вытачиваемой резцом. Многозубый инструмент может быть выполнен в виде концевой фрезы, ось которой расположена перпендикулярно оси вращения заготовки. Достигается повышение производительности лезвийной обработки при требуемом качестве обработанной поверхности за счет улучшения дроблении я стружки. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ уменьшения эксцентричности между внутренней поверхностью и наружной поверхностью полой детали, зажатой с возможностью вращения в станке // 2605042

Изобретение относится к области металлообработки и может быть использовано для уменьшения эксцентричности внутренней поверхности (7) полой детали (1), в частности полого вала, относительно ее наружной поверхности (9). Способ включает зажатие детали (1) с помощью зажимного устройства с возможностью вращения в станке (2), измерение контура ее внутренней поверхности (7), который используют для расчета заданной поверхности (13) по меньшей мере одной части наружной поверхности (9), имеющей уменьшенную эксцентричность относительно внутренней поверхности (7) и обрабатывание резанием наружной поверхности (9) детали (1) в соответствии с расчетной заданной поверхностью (13). При этом обрабатывают резанием только по меньшей мере одну часть (14, 15) наружной поверхности детали (1), после чего деталь (1) переустанавливают в зажимном устройстве (3, 4) с зажатием по меньшей мере одной из обработанных частей (14, 15) наружной поверхности и обрабатывают резанием по меньшей мере частично оставшуюся необработанную наружную поверхность (9) детали для по меньшей мере частичного уменьшения эксцентричности внутренней поверхности (7) относительно наружной поверхности (9). 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

Способ токарной обработки // 2606367

Способ включает относительное перемещение обрабатываемой детали и режущего инструмента с одновременной подачей в зону резания смазочно-охлаждающей технологической среды, подвергаемой вибрационному воздействию в диапазоне частот от 1 до 40 кГц. Смазочно-охлаждающая технологическая среда подается на необработанную поверхность детали в зону начала пластических деформаций при стружкообразовании по нормали к вектору скорости резания под напором, обеспечивающим давление смазочно-охлаждающей технологической среды на поверхность обрабатываемой детали в пределах упругой деформации материала обрабатываемой детали. Целесообразно со стороны, противоположной зоне резания, на обрабатываемую деталь осуществлять противодавление с параметрами давления смазочно-охлаждающей технологической среды на обрабатываемую деталь. Достигается повышение качества обработки за счет снижения образования хрупких трещин в процессе обработки хрупких материалов. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.