Co je řezná rychlost a podle jakého vzorce se určuje?

Vznik a druhy třísek. Procesem tvorby třísek se poprvé zabýval (1870) ruský vědec prof. I.A. Thieme, jehož postřehy a závěry zůstávají v platnosti dodnes. Třísky vznikající při řezání houževnatých kovů (ocel, mosaz), prof. I.A. Thieme to nazval třískové hobliny a výsledek získaný při zpracování křehkých kovů (litina, bronz) – lomové hobliny.

Rýže. 10. Tvorba třísek.

K tvorbě třísek dochází následovně. Fréza (obr. 10, a) se pod vlivem síly P zavádí do zpracovávaného kovu a překonává odpor proti jeho zhroucení. Toto drcení nastává pouze uvnitř kovového prvku 1, omezené rovinou nazývanou smyková rovina (konvenčně znázorněná na obr. 10, a čárou AA) a předním povrchem frézy. V určitém okamžiku se pohyb frézy začne posouvat (štípání) prvku 1 vzhledem k dalšímu prvku (obr. 10, b), probíhající podél roviny AA.
S dalším pohybem frézy, současně s pokračujícím posouváním (štípáním) prvku 1, vzniká prvek 2, pohybující se vzhledem k prvku 3 atd. Jak fréza postupuje, všechny prvky jsou od sebe odděleny a tvoří elementární třísky (obr. 11, a). Tyto třísky se vyrábějí nízkorychlostním obráběním tvrdých, ale houževnatých kovů, jako je tvrdá ocel. S poklesem tvrdosti kovu a zvýšením jeho viskozity tvoří prvky třísek víceméně souvislou pásku (obr. 11, c, b), nazývanou drenážní třísky. Povrch třísky v kontaktu s přední plochou frézy je hladký a povrch proti ní drsný.

Rýže. 11. Druhy třísek: štěpkování (a, b, c) a lámání (d).

Ruský výzkumník Ya.G. Usachev, který pokračoval v práci I.A. Thieme prokázal, že při řezání viskózních, ale tvrdých materiálů, například oceli střední tvrdosti a tvrdosti, dochází kromě odštěpování třískových prvků také k posunu kovových částic v každém prvku podél výbušné roviny (obr. 10, a). nazývané střižné letadlo. Úhel mezi smykovou a smykovou rovinou se pohybuje v rozmezí 0-30º. Čím je kov viskóznější, tím je tento úhel větší a naopak.
Ya.G. Usachev také zjistil, že při řezání relativně měkké oceli dochází k pohybu částic třísky pouze podél rovin rovnoběžných s rovinou střihu.
K tvorbě lomových třísek při řezání tvrdých a křehkých kovů (litina, bronz) dochází bez znatelného drcení kovu. Prvky třísek, oddělené od větší části kovu podél libovolného povrchu (obr. 11, d), a mají různé velikosti a tvary. Trhací plochy prvků se ukazují jako nerovné, v důsledku čehož se také zpracovávaný povrch ukazuje jako velmi hrubý.
Typ třísky závisí nejen na zpracovávaném materiálu, ale také na řadě dalších podmínek. Například při soustružení středně tvrdé oceli frézou s velkým řezným úhlem se mohou tvořit nikoli souvislé třísky, ale elementární třísky. Jak se řezná rychlost zvyšuje, některé prvky třísky nemají čas se dostatečně deformovat, aby se od sebe oddělily, v důsledku čehož může být namísto elementární třísky získána drenážní tříska.
Nárůst okraje a jeho vliv na proces řezání. Při řezání houževnatých kovů se na přední ploše frézy u řezné hrany často nachází kus svařeného kovu, nazývaný nástavec. Fenomén růstu, který založil a vysvětlil Ya.G. Usachev, je následující. Když tříska klouže po přední ploše frézy, vznikají třecí síly, které zpomalují její pohyb. V důsledku toho se zvyšuje deformace v kovových vrstvách umístěných blíže k přední ploše frézy. Kovové částice těchto vrstev jsou odděleny od kontinuálně se pohybujících horních vrstev třísek a svařeny

Rýže. 12. Vznik a rozpad růstu.

k přední ploše frézy, čímž se vytvoří nános (obr. 12, a). Vysoký řezný tlak pomáhá zpevnit nahromaděný kov. Postupem času se nános zvětšuje (v důsledku růstu nových vrstev kovu) a vytváří se část nánosu visící přes zadní plochu frézy (obr. 12, b). V určitém okamžiku se tato část nánosu oddělí od hlavní hmoty a spadající mezi zadní plochu frézy a zadní plochu (obr. 12, c) je do ní vtlačena (obr. 12, d ).
Usazené částice, které zůstaly na přední ploše frézy, z ní také odcházejí a jsou odnášeny s třískami (obr. 12, e). K takovým poruchám nahromadění dochází rychle jedna za druhou (70-80 poruch za sekundu), což je zjevně vysvětleno vibracemi, ke kterým dochází během procesu řezání.
Při nízkých rychlostech (3-5 m/min) se netvoří žádné usazeniny. Při vyšších řezných rychlostech (60-80 m/min) středně tvrdé oceli dochází k více či méně patrnému nánosu. Při rychlostech nad 60-80 m/min. nános je pozorován méně často a při ještě vyšších rychlostech se netvoří vůbec.
Vybudovaná hrana má zvýšenou tvrdost, a proto může být zapuštěna do zpracovávaného materiálu a chrání tak břit před přímým dopadem třísek. V tomto případě dochází ke kontaktu třísek s frézou na přední ploše vzdálené od břitu. To zlepšuje pracovní podmínky frézy při hrubovacích pracích.
Při dokončovacích pracích je nános škodlivý. Nahromaděné částice, které se odtrhávají a vtlačují do ošetřovaného povrchu, tvoří nerovnosti, které jsou při dokončování dílů nepřijatelné.
Při řezání litiny a jiných křehkých kovů nedochází k tvorbě nánosů.
Síly působící na frézu. V důsledku odolnosti řezané vrstvy kovu vůči tlakové deformaci, tření třísek na přední ploše frézy a několika dalších příčin vzniká řezná síla. Jeho směr a velikost závisí na mnoha faktorech a nelze je přímo určit.
Při studiu činnosti soustružnické frézy (obr. 13) se tato síla rozloží na tři složky: vlastní řeznou sílu Pz, posuvovou sílu Px a radiální sílu Py. Řezná síla Pz, tečná k řezné ploše, působí ve směru hlavního pohybu. Síla Px působí ve směru posuvu. Radiální síla Py je kolmá na posuv. Jednotkou měření všech tří sil je kilogram-síla (kgf).

Rýže. 13. Řezné síly při soustružení.

V jednotném mezinárodním systému jednotek (SI) je jednotkou měření newton (N) (1kgf = 9,80665N). Je-li síla Pz brána jako jednota, můžeme předpokládat, že síla Px s dostatečně ostrou frézou kolísá od 1/8 do 1/4 hodnoty síly Pz a síla Py – od 1/4 do 1/2 hodnotu stejné síly.
Závislost řezné síly na provozních podmínkách frézy. Velikost řezné síly je ovlivněna zpracovávaným materiálem, řeznou plochou a jejím tvarem, řeznými úhly, řeznou rychlostí a řadou dalších méně významných faktorů.
Vliv na řeznou sílu zpracovávaného materiálu je patrný z následujících srovnání. Řezné síly při řezání středně tvrdé oceli jsou přibližně 2,2krát větší než při řezání středně tvrdé litiny. Řezná síla při obrábění nejměkčí oceli je výrazně menší než řezná síla při obrábění nejtvrdší oceli. Při zpracování litiny různých tvrdostí není tento rozdíl tak velký.
Řezná síla se zvyšuje s rostoucí plochou řezu. Pokud se v tomto případě dosáhne zvětšení plochy řezu zvýšením hloubky řezu, síla Pz se zvýší úměrně k hloubce řezu. S rostoucím posuvem roste i síla Pz, ale méně. Pokud například zdvojnásobíte hloubku řezu při zachování stejného posuvu, zdvojnásobí se také řezná síla. Pokud ale beze změny hloubky řezu zdvojnásobíte posuv, řezná síla se nezvýší dvakrát, ale o něco méně. To se vysvětluje tím, že při relativně velkém posuvu nedochází k tak výrazné deformaci kovu, jako při malém posuvu.
Řezná síla je různá pro stejné oblasti řezu, ale různé tvary. Při větších tloušťkách plátků je menší než při menších. Například řezná síla v hloubce 4 mm a posuvu 2 mm/ot je o něco menší než u hloubky řezu 8 mm a posuvu 1 mm/ot, přestože plocha řezu v obou pouzdra je stejná a rovná se 8 mm². To se také vysvětluje různým stupněm deformace kovu ve vrstvě řezu.
S poklesem úhlu čela řezáku, tzn. s rostoucím úhlem řezu se zvyšuje řezná síla, protože tím se zvětšuje úhel klínu, což je řezák.
Jakmile se úhel náběhu zvýší na přibližně 50-55º, řezná síla se sníží. S dalším zvětšením tohoto úhlu se zvyšuje řezná síla. Změna řezné síly způsobená změnou hlavního úhlu v půdorysu není podstatná.
S rostoucím poloměrem zakřivení hrotu frézy se zvyšuje řezná síla, ale také ne výrazně. Otupení frézy způsobí zvýšení řezné síly.
Velikost řezné síly je také ovlivněna přiváděním řezné kapaliny (chladicí kapaliny) do řezné zóny. Olejové látky obsažené v chladicí kapalině, pronikající do mikroskopických trhlin kovu deformovaného frézou, snižují třecí síly, které se objevují v zóně tvorby třísek. Díky tomu se snižuje řezný odpor. Čím více maziv řezná kapalina obsahuje, tím výraznější je její vliv na řeznou sílu.
Stanovení řezné síly a její praktický význam. Velikost řezné síly se určuje jejím přímým měřením pomocí speciálních přístrojů (dynamometrů) nebo teoretickým výpočtem. V druhém případě vzniká řada obtíží v důsledku velkého množství faktorů ovlivňujících řeznou sílu. Proto se jeho hodnota určuje pomocí zjednodušených vzorců. Výsledné chyby ve velikosti řezné síly ve většině případů nemají praktický význam.
Použití i zjednodušených vzorců pro stanovení řezné síly ve výrobním prostředí je spojeno s určitými obtížemi. Proto je řezná síla obvykle uvedena ve všech referenčních knihách o řezných režimech, které by měly být konzultovány, pokud je nutné určit řeznou sílu.
Řezná síla je důležitá, protože když ji vynásobíme poloměrem obrobku, získáme točivý moment, veličinu, která ukazuje, jak moc je stroj za daných provozních podmínek zatížen a zda je toto zatížení nebezpečné pro nejslabší články stroje. Vynásobením řezné síly řeznou rychlostí zjistíme výkon potřebný pro řezání v kW. Porovnáním tohoto výkonu se skutečným výkonem stroje lze posoudit, jak efektivně je stroj využíván.
Je třeba poznamenat, že tyto problémy vznikají ve výrobních podmínkách poměrně zřídka.
Opotřebení a životnost frézy. Relativní pohyb kovových částic, ke kterému dochází, je doprovázen jejich vzájemným třením, v důsledku čehož vzniká značné množství tepla.
Teplo vzniká jako důsledek tření třísek o přední plochu frézy, a čím větší množství, tím vyšší řezná rychlost a větší řezná síla. Když se bok frézy tře o řeznou plochu, vzniká také teplo.
Řezné teplo se rozděluje mezi třísku, frézu a obrobek; jen velmi malá část se dostává do okolního vzduchu. Přibližně 70-90 % veškerého řezného tepla vzniká v třískách. Proto by při práci s vysokorychlostními frézami měl proud chladicí kapaliny použitý při řezání směřovat na třísky.
Řezné teplo vstupující do frézy ji zahřívá, což následně způsobuje snížení její tvrdosti a odolnosti proti opotřebení.
Při zpracování oceli s velkou plochou řezu vysokorychlostní frézou se již od začátku řezání na přední ploše frézy vytvoří otvor, znázorněný na Obr. 14, zvětšeno pro přehlednost.

Rýže. 14. Opotřebení podél předního (a) a zadního (b) povrchu frézy.

Jak fréza pokračuje v práci, šířka otvoru se zvětšuje. Současně se na zadní ploše frézy vytvoří otěrový pás, který se tře o řeznou plochu obrobku, jak je znázorněno na Obr. 14, b také zvětšeno. Následně, jak se otvor a pásek zvětší, dojde k jejich spojení, což způsobí otupení řezné hrany řezačky.
Při obrábění litiny má prvořadý význam opotřebení hřbetu. Znatelné známky opotřebení na přední ploše frézy, tím méně tvorba kráteru, obvykle nejsou pozorovány. To se vysvětluje tím, že třísky lomu vznikající při řezání litiny nekloužou po přední ploše frézy.
U tvrdokovových fréz převažuje opotřebení na povrchu hřbetu. Jak se fréza opotřebovává podél povrchu boku, mění se velikost obrobku a zvyšuje se drsnost jeho povrchu. Navíc přebroušení příliš tupé frézy zabere spoustu času. Proto by měl být řezák nabroušen dříve, než jeho opotřebení na zadní ploše (šířka b pásky, obr. 14, b) dosáhne přijatelné hodnoty.
Průměrná dovolená hodnota opotřebení průchozích fréz z rychlořezné oceli a tvrdých slitin je uvedena v tabulce 1.

Tabulka 1
Přípustné hodnoty opotřebení průchozích fréz

Šířka lesklého pruhu objevujícího se na obrobku (v důsledku tuposti frézy) může také sloužit jako kritérium tuposti frézy.
Maximální přípustná tupost frézy je charakterizována dobou její činnosti a je dána životností frézy.
Trvanlivost frézy je doba, po kterou opotřebení frézy na povrchu hřbetu dosáhne stanovené hodnoty. Životnost nástroje je vyjádřena v minutách (min).
Trvanlivost frézy by měla být pro různé pracovní případy různá. Je určeno daným řezným režimem – řezná rychlost (počet otáček), posuv a hloubka řezu, přičemž vše ostatní je stejné (materiál řezače, opracovávaný materiál atd.). Čím kratší je životnost frézy, tím častěji dochází k jejímu přebroušení, v důsledku čehož se fréza poměrně rychle stává nevhodnou pro další použití. Na druhou stranu zvýšení životnosti frézy, kterého lze dosáhnout pouze snížením řezné rychlosti, posuvu nebo hloubky řezu, způsobuje pokles produktivity stroje.
Stanovení životnosti frézy je proto složitý problém a provádí se s ohledem na mnoho podmínek. Takže např. čím složitější je tvar frézy, tzn. Čím vyšší jsou náklady na jeho výrobu, tím větší by měla být jeho životnost. Je také zřejmé, že životnost fréz používaných při práci na vyladěném stroji, kdy výměna každé tupé frézy zabere spoustu času, by měla být vyšší než při práci se zkušebními průchody (bez nastavení). Pokud je ostření fréz v těchto podmínkách centralizované a jejich zásobování pracovníků je dobře organizované, je možné přisoudit nižší životnost frézy oproti té, kterou by frézy používané pro špatně organizované ostření měly mít.
Všimněte si, že tabulky řezných rychlostí za různých podmínek soustružení uvedené v referenčních knihách jsou ve většině případů sestaveny na základě životnosti nástroje 60 minut. Řezné rychlosti odpovídající jiným obdobím trvanlivosti se zjistí ze stejných tabulek vynásobením tabulkových hodnot řezných rychlostí korekčními faktory.
Závislost řezné rychlosti na různých provozních podmínkách frézy. Velikost řezné rychlosti, kterou fréza umožňuje, závisí na její předpokládané trvanlivosti, materiálu obrobku, materiálu frézy, jejích úhlech, tvaru a velikosti, posuvu, hloubce řezu, chlazení a dalších faktorech.
Jak se životnost nástroje snižuje, řezná rychlost povolená frézou se zvyšuje, ale ne příliš. Pokud je například při trvanlivosti vysokorychlostní frézy rovné 90 minutám možná řezná rychlost 15 m/min, pak za stejných jiných provozních podmínek frézy, ale s životností 20 minut, bude řezací je povolena rychlost 18 m/min. Zřetelnější je však inverzní vztah, tzn. odolnost vůči řezné rychlosti. Životnost nástroje se s rostoucí řeznou rychlostí rychle snižuje. Pokud se tedy například jakákoli vysokorychlostní řezačka pracující s řeznou rychlostí 15 m/min otupí po 90 minutách. po začátku řezání