3 sekrety cięcia metalu, których nikt ci nie powie

Cięcie metalu jest metodą usuwania materiału i formowania w procesie formowania metalu i nadal zajmuje dużą część dzisiejszej produkcji mechanicznej.The cięcie metalu proces to proces, w którym przedmiot obrabiany i narzędzie wchodzą w interakcję.Narzędzie wycina nadmiar metalu z obrabianego przedmiotu, a przy założeniu kontrolowania wydajności i kosztów, przedmiot obrabiany może uzyskać dokładność geometryczną, dokładność wymiarową i jakość powierzchni, które spełniają wymagania projektowe i procesowe.Aby osiągnąć ten proces, musi istnieć względny ruch między przedmiotem obrabianym a narzędziem, to znaczy ruch skrawania, który jest zapewniany przez obrabiarkę do cięcia metalu.Obrabiarki, uchwyty, narzędzia i przedmioty obrabiane stanowią system procesu obróbki.Różne zjawiska i prawa procesu skrawania metalu będą badane w stanie ruchu tego układu.

●Wprowadzenie do cięcia metalu

Skrawanie metali to proces, w którym narzędzia skrawające służą do usuwania nadmiaru materiału z przedmiotu obrabianego w celu uzyskania części spełniających wymagania, takie jak kształt, dokładność wymiarowa i jakość powierzchni.Aby zrealizować ten proces skrawania, muszą być spełnione trzy warunki: musi istnieć względny ruch między przedmiotem obrabianym a narzędziem, czyli ruch skrawania;materiał narzędzia musi mieć określoną wydajność skrawania;narzędzie musi mieć odpowiednie parametry geometryczne, czyli kąt cięcia.Proces skrawania metalu wykonywany jest za pomocą obrabiarek lub narzędzi ręcznych.Główne metody obejmują toczenie, frezowanie, struganie, szlifowanie, wiercenie, wytaczanie, obróbkę kół zębatych, rysowanie, piłowanie, piłowanie, skrobanie, szlifowanie, rozwiercanie, gwintowanie, gwintowanie tulei itp. Chociaż istnieją różne formy, mają one wspólne zjawiska i prawa w wielu aspektach.Te zjawiska i prawa są wspólną podstawą uczenia się różnych metod cięcia.

● Treść tematyczna

Przegląd

Główne treści obejmują tworzenie i odkształcanie wiórów podczas skrawania metali, siłę skrawania i pracę skrawania, ciepło skrawania i temperaturę skrawania, mechanizm zużycia narzędzia i jego trwałość, drgania skrawania oraz jakość powierzchni skrawania.

Mechanizm tworzenia wiórów

Z mechanicznego punktu widzenia, zgodnie z uproszczonym modelem, proces powstawania wiórów metalowych jest podobny do procesu przesuwania stosu kart w inne miejsca za pomocą narzędzia.Wzajemny poślizg między kartami oznacza, że ​​przechodzi przez to odkształcenie ścinające obszaru cięcia metalu.Po tego rodzaju odkształceniu, gdy wióry spływają z czoła narzędzia, następuje dalsze odkształcenie cierne na styku narzędzia z wiórem.Ogólnie grubość wióra jest większa niż grubość cięcia, a długość wióra jest krótsza niż długość cięcia.Zjawisko to nazywane jest deformacją wióra.Odkształcenie ścinające spowodowane ściskaniem metalu przez przednią część narzędzia jest charakterystyczne dla procesu skrawania metalu.Ze względu na różne materiały przedmiotu obrabianego, narzędzia i warunki skrawania, stopień odkształcenia wióra jest również różny, dzięki czemu można uzyskać różne rodzaje wiórów.

Nabudowany guz

Podczas cięcia zwykłej stali lub innych tworzyw sztucznych przy niskich i średnich prędkościach występuje tarcie między wiórem a przednią częścią narzędzia.Jeżeli cienka warstwa na chipie bezpośrednio przed narzędziem zostanie oddzielona od osnowy wióra pod działaniem wyższego ciśnienia i temperatury, to jednak zostanie ona przyklejona z przodu narzędzia, a następnie spajana warstwa po warstwie i klin- ukształtowany materiał wiórowy, który uległ poważnej deformacji, ma tendencję do gromadzenia się w pobliżu końcówki narzędzia, co nazywa się narostem na krawędzi.Twardość narostu jest ponad dwukrotnie większa niż materiału podstawowego i może zastąpić krawędź tnącą.Dolna część zabudowanej krawędzi jest stosunkowo stabilna.Nie ma wyraźnej linii podziału między blatem a obrabianym przedmiotem i wiórami.Łatwo go złamać i spaść.Część z nich jest usuwana wraz z wiórami, a część pozostaje na obrabianej powierzchni, co powoduje, że obrabiany przedmiot jest chropowaty.Dlatego musimy starać się unikać lub hamować powstawanie narostu na krawędzi podczas wykańczania.Generowanie, wzrost i zrzucanie narostu jest cyklicznym, dynamicznym procesem, który powoduje odpowiednią zmianę rzeczywistego kąta natarcia i głębokości skrawania narzędzia, powodując fluktuacje siły skrawania i wpływając na stabilność obróbki.Ogólnie rzecz biorąc, gdy prędkość skrawania jest bardzo niska lub bardzo wysoka, ponieważ nie ma warunku koniecznego do wytworzenia narostu, narost nie jest generowany.

● Punkty techniczne

Siła cięcia

Podczas cięcia zarówno przednia, jak i tylna część narzędzia są poddawane działaniu siły normalnej i siły tarcia.Siły te tworzą siłę wypadkową F. Podczas toczenia zewnętrznego wypadkowa siła skrawania F rozkłada się generalnie na trzy wzajemnie prostopadłe składowe siły: siła styczna F── jest prostopadła do powierzchni podstawy narzędzia w kierunku prędkości skrawania, często nazywana główna siła skrawania;siła promieniowa F── w płaszczyźnie równoległej do powierzchni podstawy, prostopadłej do kierunku posuwu, zwana także ciągiem;siła osiowa F──w W płaszczyźnie równoległej do płaszczyzny podstawy i równoległej do kierunku posuwu jest również nazywana siłą posuwu.Ogólnie rzecz biorąc, F jest największy, a F i F są małe.Ze względu na różną jakość szlifowania i warunki zużycia parametrów geometrycznych narzędzia oraz zmianę warunków skrawania stosunek F i F do F zmienia się w szerokim zakresie.

Rzeczywistą siłę skrawania w procesie skrawania można zmierzyć za pomocą dynamometru siły.Istnieje wiele rodzajów dynamometrów, częściej stosuje się dynamometry drutowe i piezoelektryczne.Po skalibrowaniu dynamometru można zmierzyć rozmiar każdego elementu procesu cięcia.

Ciepło cięcia

Podczas skrawania metalu praca wykonywana przez odkształcenie ścinające wiórów oraz praca wykonywana przez tarcie między przednią i tylną częścią narzędzia są zamieniane na ciepło.Ciepło to nazywane jest ciepłem cięcia.Podczas stosowania chłodziwa ciepło skrawania na narzędziu, przedmiocie obrabianym i wiórach jest przenoszone głównie przez chłodziwo;gdy płyn obróbkowy nie jest używany, ciepło skrawania jest głównie przenoszone lub przenoszone przez wióry, przedmiot obrabiany i narzędzie, z których ciepło przenoszone przez wióry jest największe, a ciepło jest odprowadzane.Chociaż ciepło dostarczane do narzędzia jest niewielkie, temperatura z przodu iz tyłu wpływa na proces cięcia i zużycie narzędzia, dlatego bardzo ważne jest zrozumienie prawa zmian temperatury skrawania.

Temperatura cięcia

Podczas procesu skrawania temperatury w strefie skrawania są różne, tworząc pole temperatur dla rozkładu temperatury wiórów i przedmiotu obrabianego.To pole temperatury wpływa na deformację wiórów, wielkość narostu na krawędzi, jakość obrabianej powierzchni, dokładność obróbki oraz zużycie narzędzia.Wpływa na wzrost prędkości skrawania.Ogólnie rzecz biorąc, metal w strefie skrawania po ścinaniu i odkształceniu staje się wiórem, a następnie dalej gwałtownie ociera się o czoło narzędzia.Dlatego najwyższy punkt rozkładu temperatury w polu temperatury nie znajduje się na krawędzi o największym nadciśnieniu, ale na przodzie. Górna część znajduje się w pewnej odległości od krawędzi skrawającej.Rozkład temperatury w obszarze cięcia należy mierzyć metodą termopary ręcznej lub metodą pomiaru temperatury w podczerwieni.Temperatura mierzona metodą naturalnej termopary jest jedynie średnią temperaturą strefy cięcia.

Zużycie narzędzi

Zużycie narzędzia podczas skrawania jest kompleksowym skutkiem fizycznych i chemicznych skutków ciepła skrawania i tarcia mechanicznego.Zużycie narzędzia objawia się paskami zużycia, wyszczerbieniami i wiórami z tyłu narzędzia, zużyciem w kształcie półksiężyca, które często pojawia się na przedniej stronie, a czasami wżery utleniające i zużycie przypominające rowki na tylnej stronie pomocniczej.Gdy zużycie to rozszerzy się do pewnego stopnia, narzędzie ulegnie awarii i nie będzie można go używać.Czynniki stopniowego zużywania się narzędzi obejmują zwykle zużycie ścierne, zużycie adhezyjne, zużycie dyfuzyjne, zużycie oksydacyjne, zużycie pęknięć termicznych i odkształcenia plastyczne.W różnych warunkach skrawania, zwłaszcza przy różnych prędkościach skrawania, na narzędzie wpływa jeden lub więcej z wyżej wymienionych mechanizmów zużycia.Na przykład przy niższych prędkościach skrawania narzędzia są generalnie uszkadzane z powodu zużycia ściernego lub adhezyjnego;przy wyższych prędkościach może wystąpić zużycie dyfuzyjne, zużycie oksydacyjne i odkształcenia plastyczne.

Żywotność narzędzia

Czas skrawania, jaki upłynął, zanim narzędzie zacznie skrawać i osiągnie kryterium trwałości, nazywany jest trwałością narzędzia.Kryterium trwałości narzędzia na ogół wykorzystuje z góry określoną wartość zużycia narzędzia.Kryterium może być również występowanie pewnego zjawiska, np. nasilenia drgań, pogorszenia chropowatości obrabianej powierzchni, niedostatecznego łamania i wykruszania wiórów.Po osiągnięciu okresu trwałości narzędzie należy przeszlifować, indeksować lub wyrzucić.Suma trwałości narzędzia przed jego wyrzuceniem nazywana jest całkowitą trwałością narzędzia.

W produkcji często określa się trwałość narzędzi i proponowany limit roboczogodzin w zależności od warunków obróbki, kierując się zasadą najniższego kosztu produkcji lub najwyższej wydajności.

Skrawalność

Odnosi się to do tego, jak łatwo część można pociąć na kwalifikowane produkty.Zgodnie z określonymi obiektami przetwarzania i wymaganiami, może być stosowany jako kryterium, takie jak długość żywotności narzędzia, jakość obrabianej powierzchni, poziom szybkości usuwania metalu, wielkość mocy skrawania i trudność wióra łamanie.W produkcji i badaniach eksperymentalnych jest często używany jako wskaźnik skrawalności określonego materiału.Jego znaczenie jest następujące: gdy żywotność narzędzia wynosi minuty, prędkość skrawania dopuszczalna do cięcia materiału.Im wyższy, tym lepsza przetwarzalność i zwykle trwa to 60, 30, 20 lub 10 minut.

Obróbka powierzchni Jakość

Zwykle obejmują chropowatość powierzchni, utwardzanie naprężeń szczątkowych, pęknięcia powierzchni i zmiany mikrostruktury metalograficznej.Istnieje wiele czynników, które wpływają na jakość obrabianej powierzchni podczas skrawania.Na przykład promień krawędzi skrawającej narzędzia i narost na krawędzi są głównymi czynnikami wpływającymi na chropowatość powierzchni;promień tępego ostrza narzędzia oraz zużycie i warunki skrawania są czynnikami wpływającymi na chropowatość powierzchni.Główne czynniki utwardzania przez zgniot i naprężenia szczątkowe.Dlatego w produkcji często poprawia się jakość obrabianej powierzchni poprzez zmianę geometrii narzędzia i dobór rozsądnych warunków skrawania.

Wibracje cięcia

Podczas procesu skrawania między narzędziem a przedmiotem obrabianym często powstają drgania mechaniczne, takie jak drgania swobodne, drgania wymuszone lub drgania samowzbudne.Drgania swobodne są spowodowane nagłymi wstrząsami części obrabiarki i będą stopniowo słabnąć.Drgania wymuszone są spowodowane ciągłą zmienną siłą wcisku wewnątrz lub na zewnątrz obrabiarki, a ich wpływ na skrawanie zależy od wielkości i częstotliwości siły wcisku.Drgania samowzbudne to drgania początkowe wywołane nagłą siłą interferencji między narzędziem a przedmiotem obrabianym, która zmienia kąt natarcia, kąt przyłożenia i prędkość skrawania narzędzia, a także sprzężenie drgań itp. i uzyskuje okres od energii stanu ustalonego.Energia działań seksualnych promuje i utrzymuje wibracje.Ogólnie, różne prymitywne drgania samowzbudne mogą być generowane w zależności od warunków skrawania, a ślady drgań pozostawione na obrabianej powierzchni będą wytwarzać bardziej powszechne samowzbudne drgania regeneracyjne.Wspomniane powyżej różne drgania zwykle wpływają na jakość powierzchni dodawanego narzędzia, skracają żywotność obrabiarki i narzędzia, zmniejszają wydajność oraz powodują hałas, który jest niezwykle szkodliwy i musi być eliminowany lub ograniczany.

Kontrola wiórów

Odnosi się do kontrolowania kształtu i długości wiórów.Kontrolując promień zwijania i kierunek wyładowania wiórów, wióry zderzają się z przedmiotem obrabianym lub narzędziem, a promień zwijania wiórów jest wymuszany, a naprężenie w wiórach jest stopniowo zwiększane, aż promień zwijania złamanego żetony można zmieniać, zmieniając promień zwijania chipa.Grubość, rowki wiórowe lub łamacze wiórów są szlifowane z przodu narzędzia w celu kontroli, a kierunek wylotu jest kontrolowany głównie przez wybór rozsądnego kąta przystawienia i nachylenia ostrza.Współcześni ludzie byli w stanie używać dwu- lub trzycyfrowego kodowania do przedstawiania kształtu różnych chipów i ogólnie uważa się, że chipy o krótkim zakrzywieniu są rozsądnymi kształtami łamającymi wióry.

Płyn do cięcia

Nazywany również płynem chłodząco-smarującym, służy do zmniejszania tarcia podczas procesu skrawania i obniżania temperatury skrawania w celu poprawy trwałości narzędzia, jakości obróbki i wydajności produkcji.Powszechnie stosowane płyny chłodząco-smarujące obejmują olej chłodzący, emulsję i chemiczny płyn chłodzący.