CC BY
21
ИЗВЕСТИЯ ТОМСКОГО ИНДУСТРИАЛЬНОГО ИНСТИТУТА Том 59 имени С. М. КИРОВА. Вып. I
ДИНАМИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ И ТОРЦЕВЫХ ФРЕЗЕРОВ.
Доцент А. М. Розенберг,
Работа выполнена по заданию техотдела Наркоммаша. Цель работы—■ определение данных, необходимых для подсчета мощностей и крутящих моментов при работе цилиндрических и торцевых фрезеров при различных режимах по сталям и чугунам.
Опыты проводились по следующим обрабатываемым материалам
<ТабЛ' ^ Таблица 1.
№
Наименование материала
Разрыв
кг ¡мм?
Удлинение
Сжатие
Твердость по Бринелю И,
Твердость-по Роквеллу
Кв
Ударная вязкость кгм\см2
1 Сталь 1010—п 40,1 * -29,6-31,6 68,4—70' 109-122 55—58 16
2 я ]020—п 44,6 26,4—30 61—64 118—124 66—70 14,6
3 » 1020—н 46,3 29—31 67,0 118—126 70 17,3
4 • 1035—п 62,1 20-21,5 43,7—46,5 163 166 78-83 4,37
5 9 1035—н 64,6 21,6 51,0 163—170 84—88 7,05
6 Я 1040—п 64,4 20,0-20,6 46,0 170—174 86,5-89,5 2,8
7 » 1040—о 62,8 22,4—23,4 47,0 159-165 82.5-84,5 5,1
8 9 1040 - н 65,8 21,3—22 53-55 174—183 87,5-88 5,85
9 V 1040—у 69,0 20 64,7 196-217 95—97 7,45
10 • 1050—о 78,0 12,5 24 212—223 95,5—96 1,19
11 » 5120—п 50,3 26,0-27,9 61,5-62,9 137-143 77—78
12 » 5120—н 50,3 27,5-27,9 69,7—70,4 134—143 74—78 13,4
13 » 5140—п 71,5 15,3—15,7 30—31 196—207 91,5-93 2,0
14 я 5140—о 71,3 16,3—19,3 46—47 192—207 93 3,13
15 9 5140~н 81,1 16—16,4 60,8 212-217 98,5—100,5 2,95
16 » 5145—п 74,0 16.8 29,3 210 92-93 4,1
17 * 3120—н 54,4 26,0 66,6 140—146 79-80 15,8
18 » 3140—п 80,3 14,7—15,7 39,5—41,6 223-228 • 96—97 5,75
19 » 3340—о 91,0 ' 9,5- 51,0 265 101—102
20 » 3340—у 106,0 , 11,5 57,7 311 106—109 5,62
21 Чугун № 1
(серый) . . . 4,5—9,3 — — 109—124 66-73 2,44
22 Чугун № 2
(перлитный) . 25,0 — — 212—223 95—96 1,94
23 Чугун № 3
(легирован.) . 18,5 .— — 183—212 93-95 0,725
24 Чугун № 4
(легирован.) . 7,65 ; *— — 137—156 80 — 85 0,75
25 Чугун № 5 .
(ковкий). . . 36,6—42,0 12,8 14,8 134-156 76—78 2,25
26 Бронза . - - — — —- 81 60-62 1,19
В таблице 1 стали обозначены по американскому стандарту. Стоящие после номера стали индексы имеют следующее значение: п — прокат, о — отжиг, н — нормализация, у — улучшение.
Сталь 3340 перед отжигом и улучшением была прокована с сечения 100X 100 мм до сечения 50ХЮ0 мм- Механические свойства определялись:
и Временное сопротивление ов путем разрыва двух образцов каждого-материала. Размер образцов для испытания на разрыв: диаметр 10 мм, расчетная длина 100 мм. Разрыв производился на 10/50 тонной машине Амслера-Лаффона в лаборатории сопротивления материалов института.
2. Относительное удлинение определялось обычным путем,
3. Поперечное сжатие вычислялось как отношение разности площадей поперечного сечения образца до и после разрыва к сечению до разрыва.
Образцы на разрыв вырезались из тех мест болванок, которые подвергались фрезерованию.
4. Твердость по _
Бринелю определи- в, в 1 * игттт^с-г-1 гн I гн ^ г-т '
лась на болванках в тех местах, где произ* водилось фрезерование, причем определение твердости производилось как до фрезерования, так и после фрезерования. В табл. 1 даны крайние пределы колебания твердости. Твердость определялась шариком й=\ 0 мм при нагрузке в 3000 кг на прессе Бринеля фирмы „Альфа" в лаборатории сопротивления материалов института. Рис. ь
5..Твердость по Роквеллу определялась на дюрометре Роквелла в лаборатории резания металлов. Определение твердости производилось по шкале В (стальной шарик, нагрузка 100 яг), не менее чем в 5 местах. В таблице 1 показаны пределы колебания твердости.
6. Ударная вязкость определялась на образцах 10ХЮХ65 мм с надрезом глубиной 2 мм, с наклонными сторонами надреза под 45° друг к другу, с радиусом закругления вершины надреза 0,5 мм. Такая форма надреза была выбрана, как наиболее простая из употребляющихся, так как „общими методиками" форма образца на излом вообще. предусмотрена не была.
Образец вырезался непосредственно из фрезерованной поверхности болванки и подвергался испытанию на копре Шарпив 15 яг в лаборатории сопротивления материалов Томского института инженеров железнодорожного транспорта. В том случае, когда с одного удара образец оказывался не изломан, по нему производился второй удар, причем работа второго удара приплюсовывалась к первой.
На рис. 1 дается сопоставление характеристики прочности различных сталей. Термическая обработка болванок (отжиг, нормализация, улучшение) производилась в металлографической лаборатории института, частью в муфельной электропечи типа Негаеиэ, частью в нефтяной печи. Контроль температуры велся при помощи термопар, электропечь кроме того была еще снабжена автоматической регулировкой т-ры. Режим термической обработки дан в табл. 2.
Размеры болванок стали для фрезерования были 50 X 80 X 300 мм. Продолжительность нагрева при термообработке была взята в соответствии с литературными данными в зависимости от наименьшего размера болванки (50 мм) (Подопригора. Справочник термиста. Стр. 179. Зна-
¡оо
90
во 70 60
¿О
чэ
с.
лз ж
250
225 200 !75 \Г50 /25 Мое
■
г >< Ч ГС п Г1 А V
6 тГ N / Л г >—( У
/ / { •
с / / / / г /
( { V /1
ч
нв
" 1. —I—
§ Н ^ И ^ И Н й !?
2 5 5 М ^ § § П й Ь и и !! Й
60 50 40 50 20 Ю
Таблица 2.
№ Обрабатываемый Термообра- Температура Охлаждение
материал ботка нагрева
1 Сталь 1020—н Нормализация 880° На воздухе
2 » 1035—н тоже 880° - 900° На воздухе
3 ь 1040-о отжиг 760-780° С печью
4 « 1040—н Нормализация 880° На воздухе
5 ъ 1040-у Улучшение 820° В масле
( отпуск | после за-1 калки
530° . На воздухе
б »» 1050—о Отжиг Проведен на К^ /знецком метал-
лургическом заводе. Режим
не известен
7 а 5120—н Нормализация 860° На воздухе
8 9 5140—о Отжиг 860° С печью
9 »> 5140—н Нормализация 855—860° На воздухе
10 » 3120—н Нормализация 880°—900° На воздухе
11 » 3340-о Отжиг 810°—820° С печью
12 » 3340-у Улучшение 800—810° С отпуск | после за-( калки 580° В масле В масле
менский. Справочник металлиста. Стр. 348. Черны шов. Испытание термическая обработка и применение стали. Стр. 73).
Время нагрева для достижения необходимой температуры было взято 1 ч. 30 минут. Выдержка при постоянной т-ре 1 час 30 минут. Масло для закалки машинное; температура масла 15—20°С. Охлаждение с печью прй отжиге продолжалось в течение 18—24 часов, после чего болванки с температурой 100—120°С вынимались на воздух. Химсостав обрабатываемых материалов дан в таблице 3.
Данные химанализа чугунов № 1 и № 2 отсутствуют совершенно, так как чугуны были присланы Гипромашем без химсостава, производство же химанализа на месте не было предусмотрено. Термическая обработка ковкого чугуна (№ 5) была произведена в литейной ковкого чугуна автозавода им. Сталина со следующим режимом.
1. Нагрев до температуры 900°С—11—12 часов.
2. Выдержка при температуре 900—980°С—35 часов.
3. Спуск температуры с 900° до 750°С—28 часов.
4. Спуск температуры с 750° до 600°С—5 часов.
5. Охлаждение на воздухе.
Общая продолжительность цикла (1—4)—80 часов,
Все стали были получены в болванках сечением 100X^0 Мм-
Чугун № 1 и № 2 болванки 100ХЮ0Х500 мм.
Чугун № 3 33X76X315 мм. Чугун № 4 49 X 80 X 420 мм.
Чугун № 5. '
На рис. 2—27 даются микрофотографии обрабатываемых материалов. К микрофотографиям даем заключение металлографической лаборатории института о структурных составляющих.
Сталь 1010—п (рис. 2). Ферритные зерна с отдельным включением островков перлита.
Сталь 1020—п (рис. 3). Ферритные зерна с отдельными включениями островков перлита.
Рис. 2.
Рис. 3.
>
Рис. 16.
Рис. 17.
з
Ша
Таблит 3
Наименование Источник полу- Химический состав Источник получения
% %
материала чения материала С Мп- 5г Р 5 N1 С г химапализа
Сталь 1010 Завод »Красный Октябрь". 0,13 0,44 0,17 ! 0,015 9,018 _„ — Сертификат з-да Кр. Октябрь.
1020 Чебял. Тракторн. з—д. 0,15 0,39 0,24 0Г017 0,029 -- — Хим. лабор. Томского Инду стр. ин-та.
1035 3—д „Краен Октябрь". 0,35 0,62 0,3 0,023 0,023 -- — Серт. з-да Кр. Октябрь.
1040 Ч. Т.З. 0,35—0,45 0,5—0,8 0,17—0,37 <0,045 <0,045 * — <0,2 Ост. 7123
1050 Кузнецкий Металлург. завод. 0,54 0,64 0,22 0,01 0,2 -— .- Хим. лабор. К. М. завода.
5120 5140 ч.т.з. ч.т.з. 0,16 0,35 0,39 0,61 0,29 0,31 0,02 0,021 0,035 0,045 — 0,63 0,89 ) Хим. лабор. Томского Индустр. ин-та ОСТ 7124.
5145 ч.т.з. 0,4-0,5 0,5—0,8 0.17-0,37 <0,01 <0,04 0,3 0,8-1,1 *
3120 3-д ,Кр. Октябрь" 0,18 0,35 0,28 0,013 0,016 1,26 0,57 . Серт. з да Кр. Октябрь.
3140 Ч.Т.З. 0,35-0,45 0,5 — 0,8 0,17-0,37 <0,04 <0,04 1,0—1,5 0,45 -0,75 ОСТ 7124
3340 (Э—10) Чугун № 3 (леги-ров.). Чугун № 4 „ „ № 5 (ковк.) Завод Электросталь Автозавод им. Сталина 0,39 3,30 3,41 3,30 0,38 0,65 0,61 0,43 0,34 2,45 2,36 1,35 0,023 0,2 0,179 0,106 1 0,018 0,1 0,131 0,122 3,44 0,36 0,24 1,33 0/28 1 0,23 1 Сертификат"№*412 ОСТ з-да Электросталь. Данные лаборатории. Автозавода им. Сталина.
Сталь 1020—н (рис. 4). Ферритное поле с отдельными включениями островков перлита.
Сталь 1035—п (рис. 5). Феррит плюс перлит.
Сталь 1035—н (рис. 6). Измельченный перлит плюс феррит.
Сталь 1040—п (рис. 7). Перлит плюс феррит. Перлит сорбитообразный.
Сталь 1040—о (рис. 8). Перлит плюс феррит.
Сталь 1040—н (рис. 9). Зерна перлита, окруженные сеткой феррита. Феррит по сечению шлифа распределен неравномерно. Имеются отдельные светловины в виде скопления феррита.
Сталь 1040—у (рис. 10). Мелкие зерна перлита, окруженные сеткой феррита.
Сталь 1050—о (рис, 11). Основное поле состоит из мелкопластинчатого перлита, окруженного тонкой, местами разорванной сеткой феррита.
Сталь 5120—п (рис. 12). Крупные зерна перлита и феррита.
Сталь 5120—н (рис. 13). Измельченный перлит, окруженный ферритом.
Сталь 5140—п (рис. 14). Крупные зерна перлита, окруженные тонкой разорванной сеткой феррита. Перлит мелкопластинчатый.
Рис. 26. "" Рис. 27.
Сталь 5140—о (рис. 15). Зерна перлита, окруженные сеткой феррита.. Перлит сорбитообразный.
Сталь 5140—н (рис. 16). Зерна перлита, окруженные сеткой феррита. Зерна перлита измельчены. Встречаются в большом количестве вытянутые шлаковые включения.
Сталь 5145—п (рис. 17). Перлитные зерна, окруженные тонкой, не везде одинаковой по толщине сеткой феррита. Перлит сорбитообразный, местами тонкопластинчатый.
Сталь 3120—н (рис. 18). Зерна феррита и отдельные островки перлита. Распределение перлита и феррита по сечению шлифа не одинаково. Заметны следы прокатки.
Сталь 3140—п (рис. 19). Мелкие перлитные зерна, окруженные феррит-ной сеткой. Местами сохраняется строчечная структура. Перлит мелкопластинчатый.
Сталь 3340—о (рис. 20). Мелкие зерна сорбитообразного перлита, окруженные неясно выраженной сеткой феррита.
Сталь 3340—у (рис. 21). Мелкодисперсный сорбит.
Чугун № 1 (рис. 22). Структура перлитно-ферритовая с включением графита в виде вытянутых жгутиков и отдельных островков фосфористой эвтектики.
ч Чугун № 2 (рис. 23). Перлитный чугун. Основное поле представляет собой мелкопластинчатый перлит с включениями графита в виде неравномерных по длине вытянутых жгутиков.
Чугун № 3 (рис. 24). Легированный (хромоникелевый) чугун. Основное поле состоит из тонкопластинчатого перлита, с включениями графита в виде изогнутых неравномерных по толщине жгутиков. Местами графит встречается в виде небольших глобулей. Распределение графита по сечению шлифа равномерное-
Чугун № 4 (рис. 25) Легированный (хромоникелевый) чугун. Основное поле состоит из тонкопластинчатого перлита, с включениями графита в виде изогнутых неравномерных по толщине жгутиков. Местами включение графита встречаются в виде глобулей.
Чугун № 5 (рис. 26) Ковкий чугун. Основное поле—чистый феррит с ^включениями графита в виде глобулей с изъеденным очертанием. Местами встречаются отдельные островки тонкопластинчатого перлита.
Бронза (рис. 27). Структура—дендритное строение расплавленного твердого раствора ОС.
Все исследованные микрошлифы были взяты из металла вдоль направления прокатки. Предварительные исследования показали, что разницы между структурами вдоль и поперек прокатки существенной нет. Поэтому, для однообразия и сравнения всех исследуемых сталей микрошлифы исследовались вдоль направления прокатки.
Травление стальных и чугунных шлифов производилось 2% раствором HNOs в этиловом спирте. Бронза травилась , составом: 20 см3 HCl,— 10 грамм хлорного железа, разведенных в 60 cmz этилового спирта.
Микроисследования проводились с помощью настольного металлмикро-скопа Reichert при увеличениях 100, 200, 300, 500, 750 и 1000. Микрофотографии снимались на большом маталлмикроскопе Reichert и частично на металлмикроскопе Zeiss. Увеличения при съемке микрошлифов взяты следующие:
Стали 3340—о и 3340—у увеличение 320 Остальные стали—120 Чугуны и бронза— 60.
Микроисследования показали, что структуры металла после термической обработки (отжиг, нормализация, улучшение) соответствуют стандартным микроструктурам после соответствующей обработки.
Металлографические исследования производил инженер В. Строко-пытов.
Нами были выведены теоретически *) и затем подтверждены широко^ проведенным экспериментом 2) уравнения, характеризующие зависимости окружной силы и мощности при работе цилиндрического фрезера от факторов процесса резания. Эти уравнения следующие: Удельное давление резания
Окружная сила на фрезере при данном мгновенном положении его зубьев под стружкой:
Методика работы.
А. Цилиндрический фрезер.
1
sin
к + 2
к+ 2
7S
Средняя мощность при работе цилиндрического фрезера
к+1 -к
- к
к+2 _ к+1 2 —к I г. О
А.
у
Эти зависимости были подтверждены нами экспериментально как при помощи опытов на фрезерном станке, так и опытами на специальном маятниковом динамометре при работе по разнообразным металлам (стали, чу-¿гуны, алюминий) и потому могут считаться вполне достоверными.
Здесь:
л —постоянная, характеризующая обрабатываемый материал и профиль зуба фрезера (наличие или отсутствие переднего угла).
— Толщина стружки в данный момент в данной точке зуба фрезера.
к — Постоянная, зависящая от обрабатываемого материала и остроты зуба фрезера. Величина отрицательная и дробная.
О — диаметр фрезера в мм.
— подача на один зуб в мм. 8 —угол подъема спирали зуба. /
фьфг—концевые углы, характеризующие данное мгновенное положение зуба под стружкой. п — число оборотов фрезера в минуту. Ь —ширина фрезерования' в мм. 5 — подача в миллиметрах в минуту. Ь —глубина фрезерования (толщина снимаемого слоя). 2—число зубцов фрезера.
По уравнению 3 для определения расхода мощности при фрезеровании того или иного обрабатываемого материала достаточно знать л и к, определение которых и должно быть проведено экспериментальным путем для различных обрабатываемых материалов.
Наипростейшая методика эксперимента, требующая минимального количества экспериментов и не уступающая по точности любой иной, была нами применена в наших прошлых экспериментальных работах. Она станет ясна из следующих выкладок.
Из уравнения 3 можно получить выражение затраты работы одного зуба фрезера при снимании одной стружки за 1 оборот:
Работа Аг затрачивается на съем объема стружки
Ш^ЬЛ.БгММ*
Разделив Аг на получим удельную работу Лш, затрачиваемую на съем 1 ммъ стружки.
кгмм.
гп
Подставляя вместо Ые правую часть уравнения 3, получим
кгмм\ммь
|/
t . ф
Здесь]/ __= sin—, где <р — угол контакта, на котором произво-
О 2
дится снимание стружки зубом фрезера.
Отсюда
sz у/ = sz. sin =
*
—ничто иное, как толщина стружки по средине угла контакта или иначе „срединная толщина стружки". Окончательно имеем
2*-и к
А яу — л S м 4
/с + 2
Уравнение 4 показывает, что, с какими бы значениями D,z,n, b,t,sbs¿ не происходила работа фрезерования, удельная работа при постоянном обрабатываемом материале и профиле зуба (л, к — const) зависит лишь от срединной толщины стружки. Таким образом, если результаты измерения полезной мощности Ne, затрачиваемой при работе с различными диаметрами, числами зубцов, числом оборотов, шириной фрезерования, глубиной фрезерования, подачей, пересчитать на удельную работу Aw и результаты всех, этих экспериментов уложить в график с логарифмическими координатами SM (абсцисса) и Aw (ордината), то на этом графике мы должны получить для всех опытов по данному обрабатываемому материалу лишь одну прямую. Наклон этой прямой коси абсцисс (SM) даст tngа — к, величина
2*+1
Aw при Sm = 1 даст- л, т. е. без труда можно определить величины k и л, а
к-\- 2
это все, что мы должны получить для уравнения мощности 3.
Все только что изложенное было полностью подтверждено нашими прошлыми экспериментальными работами.
Таким образом для определения зависимости полезной мощности от факторов резания при фрезеровании было бы достаточно, взяв фрезер с любым диаметром и числом зубцов, провести ряд экспериментов с одной глубиной фрезерования и с рядом подач и отсюда уже можно было бы получить значения k и л, необходимые для уравнения 3. Но для большей надежности представленной нами и утвержденной Техотделом Нарком-маша методикой предусматривалось проведение опытов не менее чем с двумя глубинами фрезерования по каждому обрабатываемому материалу.
Для опытов были рыбраны глубины t~ 1 мм (чистовая) t= 4 мм (обдирочная)
Так как Ne =-^^—, где М крутящий момент в кг мм, то удельная
716200 1 ™ У
работа может быть выражена следующим образом
_1000.4500 Ne
Лж = 6,28 -
z.n.b.t.sz
М ч
b.t.Sz.Z
Таким образом в экспериментах необходимо было для определения измерять величины кроме этого для определения нужно
было измерить О. О методе измерения крутящего момента на фрезере нами будет сказано ниже в разделе экспериментально^ аппаратуры, остальные же величины измерялись следующим образом:
Диаметр фрезера О измерялся микрометром с точностью до 0,05 мм. Большей точности здесь не потребовалось, т. к., судя цо уравнению 3, влияние диаметра на расход мощности очень невелико.
Ширина фрезерования „Ьа измерялась микрометром с точностью до 0,01 мм.
Глубина фрезерования £ измерялась индикатором и микрометром-глу-бинометром с точностью до 0,01 мм.
Подача измерялась индикатором с точностью до 0,005 мм.
В. Торцевой фрезер.
Для работы торцевого фрезера нами былй выведены и проверены экспериментом следующие зависимости 3):
Удельное давление резания
/Сс ^. 5 *. t
Так как зуб торцевого фрезера работает по принципу несвободного (резания и срезает стружку как по ширине, так и по толщине, то на удельное давление влияет кроме толщины стружки еще и ширина ее, которая в данном случае является толщиной снимаемого слоя, глубиной фрезерования Величина / характеризует влияние I на К5 (Рис. 28).
— Окружная сила на фрезере.
Полезная мощность при фрезеровании в случае когда ширина фрезерования равна диаметру (Ь — О) .
М
1000.4500
—к /4-1 к +1 —к
л.П . Ь . 5 . г . О
8
Рис. 28.
Полезная мощность в том случае, когда ¿<0 и фрезер расположен симметрично относительно фрезеруемой поверхности:
к + Т
.-и *
о
Полезная мощность в том случае, когда
О
и фрезер, будучи
расположен с одной стороны обрабатываемой поверхности (боковое резание), снимает стружку подобно цилиндрическому, начиная с нулевой толщины. ' *
_к к_+ 2
2 ( Ь \ 2
ЛГ
N,2
10
В выражениях 9 и 10 Л^ — мощность для того случая, когда Ь = Оу т. е. по уравнению 8. Ширина фрезерования Ь во всех случаях измеряется в плоскости нормальной к оси фрезера и нормально к направлению подачи (рис. 28). Все эти уравнения также были подтверждены в нашей прошлой работе3).
В настоящей работе торцевой фрезер работал всегда с шириной фрезерования равной диаметру (Ь = Е)\ так как при этом получалась наиболее спокойная работа фрезера. Для этого случая работа одного зуба
. к+1 1 + 1
> . I . О
Удельная работа
£.0.3:
2 2 Х.5*.*'
А* = 1.(0,707 г
Здесь 0,707 =
Ф
эш 45° — эт — 2
0,707 52 = .Мп
¥
отсюда
« / Лто 1--)ч Зм
Если уравнение 11 выразить графически в логарифмических натах —Ат, то получим столько прямых, сколько различных фрезерования было взято в опытах (если при этом / ф 0). Наклон этих прямых дает возможность определить значение к. При 5Л=1 и получаем значение X. Из соотношений. Л да при постоянном (любом) значении но при различных Ь получаем величину I. Таким образом для определения значений X, к, /, необходимых для уравнений мощности, достаточно провести по каждому обрабатываемому материалу серию опытов с любым диаметром фрезера, и с любым числом зубцов, при нескольких различных глубинах фрезерования и с рядом подач при каждой глубине фрезерования.
Для надежности выводов методикой - было предусмотрено проведение опытов при четырех глубинах фрезерования.
мм) 2 мм\ 4 мм и 6 мм.
(П)
коорди-глубин
Режущий инструмент.
Из изложенного выше явствует, что для определения характеристик мощности достаточно провести эксперименты лишь с одним размером фрезера. Поэтому было взято по одному фрезеру для цилиндрического й торцевого фрезерования.
Цилиндрический фрезер (рис. 29):
! Диаметр <лз 59 мм.
Число зубцов 8.
Угол подъема спирали к торцу {3 = 60°.
Угол наклона спирали к оси 30°.
Передний угол в плоскости торца у =10°.
Задний угол 6—8°.
Материал фрезера сталь РФ—-1.
Фрезер во все время работы не снимался с правки и для получения минимальной эксцентричности зубьев на этой же оправке и затачивался.
Эксцентричность зубцов фрезера после заточки проверялась индикатором при закрепленной оправке фрезера в рабочем положении в шпин-
ШШ
И
Рис. 29.
деле фрезерного станка. Один из таких замеров, проведенных в трех различных местах фрезера (по его длине), приведен в табл. 4.
Таблица 4
Показания индикатора в сотых
миллиметра
№ зуба
Сечение 1 Сечение 2 Сечение 3
1 0 0 1
2 1 0 1
3 1 1 1
4 1 1 0
5 , 2 1 1
6 2 2 1
7 2 2 1
8 1 1
Таблица показывает, что эксцентричность не превышает 0,02 мм.
Торцевой фрезер (рис. 30).
Диаметр 64 мм. Число зубцов 10,
Передний угол на лезвии цилиндрической части 8°. Передний угол на торцевом лезвии 15°. Задний угол на цилиндрической части 8—10°.
... Задний угол на торцевом лезвии 6—8°.
Наклон торцевого лезвия к плоскости торца 11/2— Радиус закругления при сопряжении торцевого и цилиндрического лезвий 0,5 мм. Материал фрезера—сталь РФ — 1. Фрезер также затачивался на оправке и результаты измерения эксцентричности зубьев получались качественно такими же, как для цилиндрического фрезера.
Фрезера для опытов применялись только с острым зубом. В переточку фрезера направлялись в тот мо-• мент, когда по задней грани образовывалась фаска шириной 0,1 мм. Контрольные опыты показали, что такое затупление не оказывает заметного влияния на расход мощности. Заточка производилась обычно по задней грани и в том лишь случае, когда на передней грани появлялось заметное на глаз выщербле-ние, производилась зачистка передней грани.
После заточки фрезер в течение нескольких проходов прогонялся без регистрации нагрузок. Это было необходимо, чтобы удалить с лезвия полученное при заточке „жало" -и привести его в некоторое стабильное "рабочее состояние. В противном случае результаты опытов с только что заточенным фрезером несколько отклонялись от результатов всех остальных опытов.
Измерение углов на фрезерах производилось как угломером, так и методом координат, причем во всех случаях мы получали хорошее совпадение результатов.
Оборудование и экспериментальная аппаратура.
Все опыты проводились на универсально фрезерном станке Тульского завода, имеющем 12 скоростей шпинделя и 12 подач от 20 до 700 мм в минуту. При работе торцевого фрезера болванка крепилась к вспомога-
Рис. 30.
тельной болванке таким образом, что обрабатываемая поверхность оказывалась обращенной к шпинделю станка, в котором крепился торцевой фрезер. Во всех случаях работы, после необходимой установки на глубину резания, направляющие вертикальной и поперечной подачи прочно зажимались, чтобы предохранить систему от наличия неизбежных в этих направляющих люфтов и колебаний.
Торцевому фрезеру придавалось такое направление вращения, чтобы обрабатываемая болванка действующими силами резания прижималась к столу, а не отрывалась от него.
Во время опытов необходимо было регистрировать крутящие моменты на фрезере (без вредных сопротивлений). Для этого был использован динамометр конструкции автора, встроенный в коробку скоростей станка. Принцип действия динамометра понятен из рис. 31. На вал, приводящий в движение шпиндель фрезерного станка, посажена на шпонке шестерня 3, которая, вращаясь вместе с валом, через шестерню 4 вращает шестерню
5, связанную со шпинделем. Промежуточная шестерня 4 вращается на шарикоподшипниках в двух серьгах 6, которые в свою очередь посажены на шарикоподшипниках на вал, на котором на шпонке сидит шестерня 3. Серьги 6 прочно связаны между собой. При передаче на шпиндель крутящего момента через шестерни 3, 4, 5, окружные силы, возникающие на шестерне 4, стремятся повернуть ее вместе с серьгами 6 по часовой стрелке (если шпиндель вращается также по часовой стрелке). Но серьги опираются через специальный штырь на гидравлическую мессдозу 7, укрепленную на боковой стенке станка. На рис. 32 на правой стенке станка стрелкой показана мессдоза, от которой трубки идут к показывающему и регистрирующему манометрам, укрепленным на стене, слева от станка. Так как жидкость в мессдозе практически несжимаема, то серьги 6 поч^ги не перемещаются. Давление на поршень мессдозы будет тем больше, чем больше крутящий момент на шпинделе. Крутящий момент может быть таким образом зарегистрирован самопишущим манометром на движущейся ленте бумаги,
6* Известия ТИИ, т. 59, в 1. 81
Рис. 31.
Специальная пружина предусмотрена для притягивания серег 6 к месс-дозе 7, что создает первоначальный натяг и уничтожает люфты. Практически во время работы динамометр регистрирует не только чистый крутящий момент резания, но и вредные сопротивления в подшипниках шпинделя, в подшипниках шестерни 4, в паре шестерен 4—5, а при работе цилиндрического фрезера и во внешнем подшипнике оправки фрезера. Шпиндель станка монтирован на конических роликовых подшипниках, шестерня 4 на шариковых и потери здесь практически незаметны. Потери в паре 4—5 и во внешнем подшипнике оправки учитывались при помощи специ-
Рис. 32.
альной тарировки и затем исключались из общего крутящего момента зарегистрированного динамометром.
Основная тарировка динамометра производилась тормозом „Прони". Тарировочный график показан на рис. 33. На рис. 34 показано перемещение поршня мессдозы, замеренное при тарировке. Максимальное перемещение поршня мессдозы составляет всего лишь 0,16 мм> перемещение же шестерни 4 динамометра при этом не превосходит ОД мм. Если принять во внимание, что имеется первоначальный натяг, примерно равный 25% от максимальной расчетной для динамометра нагрузки, и что во время работы при точно шлифованных фрезерах нагрузка никогда не колеблется
от максимума до нуля, можно представить себе, насколько стабильной получается вся система в работе и динамометр работает совершенно безукоризненно. Динамометр находится в работе уже более 4 лет и. все за это время проведенные десятки тарировок, а также неоднократные контрольные тарировки, проведенные в течение настоящей работы, во всех случаях давали один и тот же тарировоч-ный график.
Для учета добавочных потерь, возникающих под влиянием действующих сил на фрезере, была произведена специальная тарировка отдельно для случая работы цилиндрического фрезера (наличие внешнего подшипника оправки фрезера), результаты которой представлены на рис. 35, и отдельно для случая работы торцевого фрезера (отсутствие внешнего подшипника), результаты представлены на рис. 36. Величины добавочных крутящих моментов, как функции действующих на фрезере сил, очень невелики, но все же мы их вычитали из получаемых при опытах крутящих моментов и получали таким образом чистый момент резания.
Осевые нагрузки на фрезере, как показало специально проведенное испытание, совершенно не сказывались на показаниях динамометра.
Динамометр не мог в силу своей „инерционности" абсолютно точно регистрировать изменения крутящего момента, происходящие в очень ко-
! роткие промежутки времени, поэтому
| при работе цилиндрическим фрезером
была взята такая ширина фрезерования Ь, которая была связана с диаметром фрезера Д углом подъема спирали (3, с шагом спирали зуба фрезера Н и числом зубцов Z зависимостью
При этом, как известно, суммарное сечение на всех одновременно рабо-
______________ тающих зубьях постоянно как по ве-
о т*о тоо зовов '40000 **/* личине, так и по форме, суммарная
^рхтящп+Г лтоте*г шлмнвеле о
окружная сила и крутящии момент Рис. 34. также являются величиной постоян-
ной при заданном режиме и если и имеют некоторые колебания в силу неизбежного биения фрезера, то эти колебания происходят один раз за один оборот фрезера и могут быть точно зарегистрированы динамометром.
7лгУУ» мм.
$ ю ¡а
помзяння манометре в ятм.
Рис. 33.
Скорость ленты бумаги, на которой производилась запись диаграммы крутящего момента пишущим манометром, была такова, что один оборот фрезера занимал на диаграмме 40 мм и все колебания нагрузки получали четкое отображение.
Все без исключения диаграммы планиметрировались, причем так, что планиметром захватывалась часть графика, соответствующая обязательно целому числу оборотов фрезера (2—3), по площади находилась средняя высота, а отсюда по тарировочному графику величина крутящего момента.
В процессе опытов выявилось, чго при работе с торцевым фрезером при глубине фрезерования 6 мм, по стали, при существующих подачах у
* Мло^. хкмм.
I вкг
Рис. 36.
станка, представляется возможным в пределах допустимой динамометром нагрузки использовать лишь 3—4 наименьших подачи и получить т. о. при этой глубине фрезерования лишь 3—4 экспериментальных точки. Часть опытов так и была проведена. Затем в механизм подачи станка была встроена передача, уменьшающая величины подач в 60 раз. Благо-
даря этому станок имел уже не 12, а 24 подачи и представлялось возможным иметь большее количество экспериментальных точек при любой глубине фрезерования.
Все опыты были проведены при числе оборотов шпинделя 34 об/мин. При этом использовались следующие подачи за 1 оборот фрезера и на один зуб фрезера (табл. 5).
Таблица 5
Подача на 1 зуб (Sz) мм
Подача в мм/об Sn
g Цилиндр, фрезер Z — 8 Торцевой фрезер Z = 10
1 0,073 0,0094 0,0073
2 0,1 0,0125 0,01 \
3 0,134 0,0167 0,0134
4 0.2 0,025 0,02
5 0,272 0,034 0,0272
6 0,37 0,0463 0,037
7 0,585 0,0732 0,0585
8 0,805 0,1006 0,0305
9 1,10 0,137 0,11
10 1Д9 0,1987 0,159
И 2,2! 0,276 0,221
12 3,0 0,375 0,3
13 4,46 0,55? 0,44(3
14 - 6,21 0,776 0,621
15 8,4 1,05 0,34
16 12,1 1,51 1,21
17 16,85 2,106 1,685
Из таблицы видно, что использованные подачи выходят далеко за пределы с одной стороны самых мелких чистовых, с другой самых крупных обдирочных. Все опыты велись без охлаждения—смазки. Влияние смазки на расход мощности нами установлено в другой работе и в ближайшее время будет опубликовано.
Опыты с цилиндрическим фрезером.
Прежде чем приступить к основным опытам, имеющим целью определение значений k и л для различных металлов, нами была проведена серия опытов по определению влияния скорости резания на крутящий мо-мент> при всех прочих постоянных условиях (t, b, D, Z, Sz= const.) Это, хотя и це было предусмотрено программой исследования, являлось крайне необходимым, так как по данным Stoewer'a 4) имеется существенное влияние скорости на крутящий момент при фрезеровании стали средней твердости.
По ЗЬоетег^у это влияние таково, что при увеличении скорости резания с 5 до 30 метров в минуту, крутящий момент, при постоянной подаче за 1 оборот, падает на Ю°/0. Все без исключения другие исследователи процесса фрезерования не уделяли внимания этой зависимости, видимо, считая, что удельное давление при фрезеровании не зависит от скорости резания. Данные Б^етег'а со своей стороны требовали проверки, т. к. при его исследованиях для регистрации крутящего момонта не имелось никакого специального устройства и крутящий момент определялся по расходуемой мощности и коэфициенту полезного действия станка методом торможения ВаЫеске, что не может быть признано правильным, ввиду переменности потерь в отдельных звеньях станка при изменении нагрузки и скорости. Мы же провели этот опыт, пользуясь нашим динамометром, который для этой цели был протарирован при различных скоростях вращения шпинделя. Рис. 37, построенный по результатам наших опытов, показывает на абсолютное отсутствие, влияния скорости резания на крутящий момен'г.
Опыты были проведены при постоянной глубине фрезерования, равной 2,4 мм и ширине 40 мм. Скорость выше 27 м\мин мы не имели возможности осуществить через наш динамометр.
На основании рис. 37 можно сделать заключение о возможности проведения опытов при любой из скоростей до 30 м\мин.
С целью получения более спокойной работы, лучшего сохранения лезвия в работе и меньшего расхода обрабатываемого материала, мы работали в дальнейшем с числом оборотов 34 в минуту, что соответствовало для цилиндрического фрезера скорости резания 5,3 м\мин.
В дальнейшем мы приводим в таблицах 6—9 величины крутящих моментов, полученные при опытах по испытуемым материалам, Величины крутящих моментов из этих таблиц нами были пересчитаны на удельную работу Ат и построены графики в логарифмических координатах —Ат (Рис. 38—63). На графиках срединная толщина стружки отложена в микронах.
На всех без исключения графиках мы видим, насколько удвлетвори-тельные получились результаты. Не вызывает никакого сомнения прямолинейность зависимости Ат =/ (5Ж) в логарифмических координатах. В некоторых случаях (рис. 50,51,62) при самых тонких стружках (в левой части графиков) экспериментальные точки отходят книзу от проведенной прямой. Это находит объяснение в следующем обстоятельстве. Указанное отклонение точек наблюдается на рис. 50,51,52 при срединной толщине стружки меньше 5—7 микрон. При столь тонких стружках, даже при очень тщательной заточке зубцов фрезера, стружка снимается не каждым очередным зубом фрезера, а некоторые зубцы, отличающиеся по высоте от соседних, либо по всей длине режущей кромки, либо по части ее не снимают стружки, оставляя на следующий зуб более толстую стружку. Более толстая стружка требует меньшей удельной работы, что и отображается сниженйем точки на графике.
Некоторые серии опытов нами повторялись при совершенно одинаковых условиях, причем это повторение производилось спустя некоторое значительное время. Такие опыты проведены по стали 1040—у и 5140—н.
' К2И
Ю 8 6
2 О
"Ципимдрчческич фрелер ^
1 ¿г?
СтапЬ
У о 9 х г/. Ъ " А //,5 " р У* /6,о • Ч гГш2о,о*
/ / ¡г
/ V а 1
о
А,
Рис. 37.
Таблица б
Крутящие моменты в килограммомиллиметрах при работе цилиндрического фрезера с числом зуб-__ цов Ъ — 8 и углои подъема спирали р = 60°__
ОбрЕб ¡ТЫВ. материал Сталь 1010—п Сталь 1020—н Сталь 1020—п Сталь 1035—п Сталь 1035—н Сталь 1040-п Сталь 1040—о Сталь 1040—н
Б мм 58.5 58.8 58.8 58.5 58.5 9 58.8 58.8 58.8
Ь мм 39 40.3 40.3 39 40.3 40.3 40.3 40.3
мм Бг подача на 1 зуб 1.03 4.14 1.04 4.0 1.0 4.1 1.02 1.8 4.0 1.05 4.2 1.02 2.0 4.15 1.0 4.1 1.0 4А
0.0091 0.0125 — — — — — — - — — — — — — — — — —
0.01674 — 2896 980 2203 — — — — — — — —
0.0250 — 3485 — — — — — 1276 2787 — 2970 — — — — — — —
0.0340 — 4368 — — — — 1620 2994 — 3925 — — — — — — —
0.0463 — 5497 — — ■ — ■— — 2110 3554 — 4760 — — — — — — —
0.0732 2012 7286 2445 7838 2395 7562 1915 2896 5565 2061 6325 1973 3337 5879 1915 6575 1944 6623
0.1006 2676 9240 3043 9261 2894 9019 2425 3535 6830 2615 8165 2208 4352 7190 2641 8311 2115 7895
0.1374 3313 10921 3828 11263 3857 11069 3063 4363 8580 3410 9630 3092 5506 9000 3140 10240 3170 9898
0.1987 45] 5 13766 5005 14323 4466 13723 3925 6085 11477 4220 12552 3907 7064 11574 4344 13402 4319 12528
0.2765 5423 17075 6035 17654 5830 16381 4860 7308 14747 5638 16747 4908 8960 14854 5496 16235 5488 15145
0.3750 6477 19513 7455 21280 7073 19528 5913 9532 18578 6775 19385 6300 10970 18540 7004 20525 6075 19233
0.5570 8213 24917 9390 30250 8854 25581 7895 12820 24620 9115 26655 8431 14660 25645 9224 27595 8995 26276
0,7760 9948 31160 11244 — 10922 29693 9971 15915 32620 112'0 31525 '10776 18497 30202 11360 — 10980 —
1.0500 12285 — 13461 — 12917 — 12043 19931 — 13862 — 12965 23007 — 13669 — 13645 —
.1.5120 14864 — 16593 — 16255 — 16835 — — 17965 — 16641 — — 17108 — 17365 —
2.1060 " 20335 — 19193 _ —~ — 22330 — _ - 1 21101 21795 '■■"м
4 Таблица 7
Крутящие моменты в килограммомиллиметрах при работе цилиндрического фрезера с числом зубцов Ъ — 8 и углом подъема спирали р = 60°
Обр. батыв. материал Сталь 1040-у Ста 1050 л ь —о Сталь 3120—н Сталь 3140—п Сталь 3310—о Сталь 3340—у Сталь 5120—п Ста 5120- л ь —я
О м и 58.0 59 7 58 .5 58 .0 58 .0 58 .0 58.0 58.0
Ь мм 40.3 39 7 40.3 39.7 39.75 39.9 40 .3 40 3
1 мм 1.0 1.04 3.85 1.0 3.0 1.05 4.25 1.12 * 1.05 4.0 1.1 4.1 1.0 4.0 1.02 4.0
Бг подача на 1 зуб 4.07
0.0091 1423 1375 1225 (г
0.0125 — — — — — — — .— 1765 — 1815 — ■ 1670 — — — —
0.01674 — — — — — — — — 2160 — 2260 — . 2305 — — — —
0.0250 —' — — — — — 3690 — 2748 — 2945 — 3140 — — — —
0.0340 — — — — — — 4770 — 3580 — 3975 — 3875 — — — — .
0.0463 — — — — — — 5888 — 4023 — 4820 — 5005 — — — —
0.0732 2258 2356 6281 1775 4953 2420 7944 2208 6183 2500 6920 2355 6870 1964 — 2223 7162
0.1006 2879 2896 8335 2173 6223 3215 9948 2748 7210 2845 8630 2995 8725 2876 8150 3249 9012
0.1374 3436 3475 10863 2845 7495 4025 12065 2940 7800 3730 10875 3780 10970 3524 10298 3828 10776
0.1987 4858 4859 13014 3726 9985 5203 15436 4220 11555 5155 14320 4955 14420 4466 13606 4948 13848
0.2765 5938 6173 16544 4610 12145 5638 19218 5055 14275 6330 17945 6820 18280 5627 16545 6207 17076
0.3750 7455 7494 20421 5785 15032 7950 23246 6428 18149 8215' 22450 8335 23240 7171 19955 7455 20790
0.5570 9679 9567 27825 8247 - 20475 10020 29970 9118. 24800 10580 28875 10260 32225 9031 26003 9390 26977
0.7760 11672 12158 — 10910 26290 12065 — 11215 — 12965 ■ — 14225 — 10873 — 11920 „
1.0500 14119 14767 — 13803 — 14468 — 13935 — 15725 — 17220 — 12878 — 13781 —
1.5120 187:8 18637 — — 17967 — 18620 — 20381 — 21800 — 16400 — 17663 —
2.1060 22699 — 21865 — 23795 • — 20430 — 20324 —
Таблица 8
Крутящие моменты в килограммомиллиметрах при работе цилиндрического фрезера с числом
зубцов и углом под'ема спирали ¡3 = 60°
Обрабатываемый материал Сталь 5140 — п Сталь 5140—о Сталь 5140—н Сталь 5140—н Стал 5145—п ь Чугун № 1 Чугун № 2
Э мм 58.8 58.8 58.4 58.8 58.4 59.7 58.5 58.0
Ь мм 40.3 40.3 39 40.3 39 39.75 39 40.2
1 мм _
подача на 1 зуб 1.0 1.0 1.0 4.1 1.0 1.0 3.15 4.15 1.02 3.0 1.05 4.05 3.1 1.0 4.04 1.03 3.55
0.0091 0.0125 0.01674 0.0250 . 0.0340 0.0463 0.0732 0.1006 0.1374 0.1987 0.2765 0.3750 0.5570 0.7760 1.0500 1.5120 2.1060 — — — — — — — 1178 — — ' — — — — —
1963 2464 • 2729 3861 4941 6354 8238 10752 12917 17437 20950 6501 8327 9825 11808 14698 18578 25682 29875 1816 2430 2896 3927 5300 6281 8825 10912 13440 17141 21935 6173 7700 10240 12771 15120 19002 26360 30522 1765 2455 2745 3827 5200 5985 8090 10140 13015 16980 1865 2258 2600 3335 4660 5840 7600 10140 12285 16260 22080 4375 5693 6965 9360 11555 14515 25625 2060 2600 3240 3875 5495 6770 8630 11165 14225 17465 24780 32965 1925 2223 2552 3435 4427 5815 7828 10182 12949 16785 21702 5:28 6550 7748 9752 11564 14283 19040 25170 32425 2258 2945 3335 4515 5840 7260 9850 12335 15000 19860 6575 8583 10095 13550 16980 20810 28985 5138 6753 8665 11050 13808 17105 23277 835 1130 1464 1895 2208 2750 2994 3750 4415 6085 1030 1473 1865 2405 3632 .4025 4885 " 6">35 7308 8798 9860 12844 14525 19717 1665 2110 2455 3140 3975 4710 6230 7845 9945 13160 2305 2945 3530 4365 5250 6180 8775 10680 13170 17075 21809
Таблица 9
Крутящие моменты в килограммомиллиметрах при работе цилиндрического фрезера с числом зубцов Z=8 и углом под'ема спирали р = 60а
Обрабатываем, материал Чугун № 3 Чугун № 4 Чугун № 5 Б р ОН 3 а
ХУмм 58.0 58.0 58.0 58.0
Ь мм 40 40.2 40.2 40.3
\мм 1-33 4.0 1.0 4.0 1.0 4.0 1.0 2.45 6.15
Эг подача на 1 зуб
0.0091 0.0125 0.01574 0.0250 0.0340 ■0.0463 0.0732 0.1006 0.1374 0.1987 0.2765 0.3750 > 0.557СГ 0.7760 1.0500 1.5120 2.1060 1470 1960 2160 2845 4070 4910 6330 7895 9410 12770 1080 1225 1470 2060 2505 3040 3975 4710 5500 7015 8480 10435 15245 19335 23655 Ц 1325 1375 1375 1865 2355 2945 3675 4910 6185 8335 10580 835 1130 1325 1865 2060 2600 3090 4170 5005 6575 8725 9165 12720 15870 19770 25810 _ 1425 1815 2110 2845 3335 3825 5055 6280 8285 10630 1130 1325 1865 2305 2945 4220 5155 5985 7845 9410 11700 15485 20195 25400 932 1227 1423 1758 1855 2181 3219 3769 5025 6379 8238 1816 2)60 2749 3338 3877 4956 6525 7788 9752 12820 4025 5025 5624 7162 8726 10434 13790 16632 20620
Таблица 10
Фрезер цилиндрический. Угол поднутрения 10°
№ Обрабатываемый материал А К
1 Сталь 1010—П 116 —0,37
2 1020—П 118 -0,37
3 1020—Н 123 —0,365
4 1035—П 131 -0,3
5 1035—Н 136 —0,29
6 1040—П 131 —0,29
7 1040—О 138 —0,31
8 1040—Н 138 -0,3
9 1040—У 151 -0,3
10 1050—О 154 -0,26
11 5120—П 128 -0,34
12 5120-Н 128 —0,36
13 5140—П 138 -0,295
14 5140—О 142 —0,285
15 5140—Н 146 —0,26
16 5145—П 162 -0,28
17 3120—Н 139 -0,34
Ж . 140—П 144 -0,28
19 3340-О 176 -0,26
20 3340—У 188 -0,25
21 Чу г у н 1 46,5 -0,38
22 V л? 2 перлитный 95 -0,33 Л л О
23 ж М» 3 легирован. 79 —0,33
24 1 ! '» Ла 4 легирован. 62 —0,35
25 ! 5 ковкий 81 —0,33
26 | о н з а 42 —0,4
200 160
H 5 7
20 30 40 SO 70 iOO Plie. 38.
200
700
sao
чоо
Zoo
500 Í40
JD
Crrtanb ÍÚ20-Í1 -D'SSJ, z-8.
io 20 so чо so ?o too Рис. 39.
200 300
S/,i
700
500 MOO
500
200 m
Cmanb 1020- H D=58,8i г= 8. Ot^lflHn» = Ч.О-
* ? iO 20 SO 40 SO 70 WO
Рис. 40.
loo зво Ä»
СтопЬ Ю35-П i ß*5%5, Z«6. fl--60°. s-'tcf o tri,02* л -
* t-40 .
u 5 7 ta 20 30 40 50 70
Рис. 41.
too
200
X
7oo 500
*iO0 300
2oo
Cmanb 1035-H 2=8 />-60'. f-tO° oi-- t,0Sr*„ -hi-4.2 »r,
"Vs*.
[o 1
• ■ 2. 1
1
? tO 20 30 to 50 70 100 PtfC. 42.
200 500
K
foot
500
voo
5oo
zoo iHo
1 * -»a Cmanb lOVO-n 0-i- i,0nr, A-i.*2,0 . t Hsu
■f v
j p- i
iO SO 50 40 SO 70 too
Phc. 43.
2QO 500
A
700
SOQ H00 too
200
Cmanb lC^C-0. Z>-S8,8; i S O t*i,0»m.
1 i c 3
1 I )
7 to 20 SO HO SO 70 100 Phc. 44.
200 300
K
700 500
mo
300 200
iO
Cmanb mO-H rhffa,&. z-a p "60' Y*t0T
j u 3 o-t'1,0 -t-t'Hi 2—o
!
SO 30 W so 70 100
Phc. 45.
pop 100
TOO
? 10
V
20 30 I/O 50 70 100
Рис. 46.
200 ^ 300
2oo
6/0 20 30 40S0 7Q JOO 200
Рис. 47.
3 ? iO 2.0 20 40 SO, 70 ¿00 200^oo Рис. 48.
WOO
700
500 ¿/ao З00
200
Стапд ЗЗЧО-О Л=58,0; z.*Qf 0 t= * t- 4.0 r~,r.
X
С (1 »
3 Af 5 7/0
2 a 30 ¿/a Рис. 50.
JO /GO
Jfw 700
SOO too
ЗОО 200
Cmanb 35ЧО-У D-58,0, 2^8 &= 60° fz/O* X t-4,t ■■
X X
0
0—
э 4 5 7/0
20 30 WO 50 70 100 200 250 Рис. 51.
A,
700
500 ÑOO
500
200 160
to
J Cmanb 5/20- n P'58,0; Z-8 0 é=X0««
! >
i ! I * ' \ ..... л^ 1
: 1 J ! ! i
20 30 40 SO 70 ЮО Рис. 52.
ZOO $„500
w
70S 500
ЧОО *>00
200
Q Ornar* 5Í20-H
O ¿-¿,02 h» ■f-t-^,0 ■>
' ! » !
7 tO 20 SO 40 ÏO 70 iOO
200 900
<r /«i«..
M
к
700
500 too
ЗОП
J
zoo 160
7 to 20 50 4Q50 70 too 200 зоо
Д.
Рис. 54.
Cmonb 5N0-H 0=58.0, 2=8 fi -60', 0 é = 1,0 мг* i• t--4.0 «
и
/ N
>
k POOî
5'00 Уоо
300
too 160
1 ' 1 1 Cmonb 5Ш0-0 D-S8.0. г-в f> = 6o°, f-io°
О
i
T---- ■ )
10 20 50 40 50 70 iOO Рис. 55.
200 500
A 700
5oo ■Чоо 300
"Roo г t
i
¿
... 1 Cmanbi>WO-H JD-58,0, ß*60° f'W o Í* 1,0 nn. д t'3.0 -* t" £/J5
0
[4i tW
f— 1 r-
3 ч s ? SO
30 40 50 70 WO 200 300 Рис. 56.
Jfw
POO
Onanù5f45-ê f-fZt Sí'3'' ' * t-HOS ■
-
— ^ y о
> ^w-G—--j— !
iL
___LJ
""•su Чугун I. г>8 О t'iOnn
-с
cl ■С ' i
i _______1. „„ !
S ? ÍO 23 ßо HO so 70 WO 200 500400f00
Рис. 58.
An
Чц9ин ы2 Р-ЯЦО. 1-8. f-бО". f-'iO" о t-lOSir,
ir*" it
5 ? to го за «oso 7o ioo zoo sao
Рис. 59.
■5Г1
Чугун "J-t>*59,0. 1-8 ß-60' ¡r*tO? O + t*to
í f- •O
2 S 4 S ? № 20 JO 4050 PO tOO 30» ¿OO
Рис. 60.
Удовлетворительное совпадение результатов опытов, проведенных в различное время, служит хорошим контролем для всей аппаратуры и показателем достоверности полученных результатов. Основные опыты по стали 1040—у были проведены 27.2.37 года, повторные 25.3.37. Основные по стали 5140—н проведены 25.2.37, повторные 21.3.38.
А*
:/оо 300
ЯОО
100
- Чугун *5{*вяЬЛ, Р-5Ь.о 1*8. бо° ц-чс? Ь-1,0 пп ¿-4,0 -
>
тГ
3 Ч 5 7 № 20 30 4050 70 ¿СО
Рис. 62.
¿00 лоо
В результате обработки экспериментальных данных в !виде графиков рис. 38—63 нами получены значения величин и к для работы цилиндрического фрезера, представленные в таблице 10.
}оо
200
ЮО 70 50
5рот а ' Я=58,0; 2=8. о ¿=/,¿7«« д * 6,15
о с
<
1
а Ю 20 эо ЧО 50 70 ЮО
Рис. 63.
200 500 чоо
Значения л и к дают хорошее совпадение с результатами ранее проведенных нами работ и если провести их графическое сравнение, то мы получили бы наложение одних результатов на другие.
Полученные значения л и & делают выражения 1, 2, и 3 вполне конкретными.
Кроме того преобразованием выражения 3 можно получить следующую зависимость.
Л/,
См.п.Ь.8гЯ" Л Уы .Ъ лош. сил.
12
Отсюда же может быть получено и выражение средней окружной силы на фрезере
4500 Ые 4500 Л/*.. 1000
Р =
V
тс Оп
13
8* Известия ТИИ, т. 59, в. 1.
В этих выражениях
Сы —
2К +1
£ + 2 1000.4500;
¿ + 2 ' ~тГ' Яы — Йр = к + Х\
2 '
Ум = УР
X,
¡-±-1
2
Значения этих величин даны в табл, 11
Таблица И
№ Обрабатываемый материал Яы Уы хм ХР
1 Сталь 1010—П 0,0000245 0,63 0,815 0 185 35 -0.815
2 „ 1020—П 0,0000249 0,63 0,815 0 1851 35,7 —0,815
3 . 1020—Н 0,000026 0,635 0,817 0 182 37,2 -0,817
4 . ДОЗ-П 0,0000261 0,7 0,85 0 15 37,4 -0,85
5 . 1П35-Н 0,000029 0,71 0,855 0 145 41,4 —0,855
6 . 1040— П 0,0000278 0,71 0,855 0 145 39,8 —0,855
7 в 1040 —О 0,0000293 0,69 0,845 0 155 42 —0,845
- 8 „ 1040—Н 0,0000293 0,7 0,85 0 15 42 -0,85
9 . 1040—У 0,0000321 0,7 0,85 0 15 46 -0,85
10 „ 1050-О 0,0000327 0,74 0,87 0 13 46,8 -0,87
11 , 5120—П 0,0000272 0,66 0,83 0 17 39 -0,83
12 , 5120—Н 0,0000272 0,64 0,82 0 18 39 -0,82
13 „ 5140 -П 0,0000293 0,705 0,852 0 147 42 —0,852
14 . 5140—О 0,0000302 0,715 0,857 0 142 43,2 —0,857
15 „ 5140—Н 0,000031 0,74 0,87 0 13 44,4 -0,87
16 , 5145—П 0,0000344 0,72 0,86 0 14 49,3 -0,86
17 „ 3120—Н . 0,00002^5 0,66 0,83 0 17 42,3 —0,83
18 . 3140—П 0,0000306 0,72 0,86 0 14 43,8 —0,86
19 „ 3340—О 0,0000374 0,74 0,87 0 13 53,5 -0.87
20 . 3340—У 0,0000401 0,75 0,875 0 125 57,5 -0,875
21 Чугун № 1 0,0000099 0,62 0,81 0 19 14,1 —0,81
22 № 2 перлитный. 0,0000202 0,67 0,835 0 165 28,9 -0,835
23 № 3 легирован. 0,0000168 0,67 0,835 0 165 24,0 —0,835
24 № 4 легирован. 0,0000132 0,65 0,825 0 175! 18,9 -0,825
25 № 5 ковкий 0,0000172 0,67 0,835 0 165 24,6 —0.835
26 Бронза 0,0000089 0,6 0,8 0 2 12,8 -0.8
Так как в наших опытах фигурировали материалы с большим диапазоном твердостей, мы попытались постоянные ли к поставить в зависимости от твердости по Бринелю. На рис. 64 в простых координатах представлена для сталей зависимость д-/(Нб), Эта же зависимость на рис. 65 дана в логарифмических координатах. Расположение точек относительно проведенной средней прямой таково, что наибольшее отклонение точек от прямой не превышает 10%. На рис. 66 дана зависимость для сталей—К= /(Мб) в логарифмических координатах.
Такие же графики для чугунов даны на рис. 67 и 68. Здесь точки с хвостиками взяты из наших прошлых работ. Можно констатировать хоро-
л
200
%
150
l00/OO '50 SQO 250 300 350 ^ Рис. 64.
sib
/80 /60
m 120 то
\ г
0 о о i Cmonö о углеродистая ^ иромистоа \>wp. ник/юпе8оа
Рис. 65.
Cmonö
о узп&рористоя
Wpcmucm aç> \> Пр. никк&првоя
/00 /20 /¿0 /60 J80 200 "250 РИС. 66.
/to
90
30 ?0
60 50
с t *
f р
' г 1
У /3 у
J ЦузунЬ/.
SO /00 /20 /40 /60 /80 200 220 Н6 Рис. 67.
шее совпадение их с данными настоящего исследования. Кроме того можно заключить, что, судя по графикам 67 и 68, чугуны дают более точную зависимость постоянных л и к от Нв- Ковкий чугун на этих графиках нами не помещен, т. к., обладая свойствами вязкости, он имеет значительно большее сопротивление резанию, чем обычный чугун, имеющий одинако-
•н
ОАО 035
0.30 )
к* 1 ЧуъунЫ. ]
> 1
________ Г"
Рис. 68.
вую с ним твердость. Поэтому он не может быть включен в общую зависимость.
На основании рисунка 64—68 можно дать следующие аналитические зависимости.
Для сталей:
Х = 13,5 ДО455 74,6+ 0,37 НБ
К__
//¿.0,403
(^ = 0,00000287 Я£0-455 Ср = 4,11 Я£0-455
Для чугунов. X = 0,42 НБ К= 1>34
//£0,263
Слг = 0,0000000895 НБ = 0,128 НБ
14
15
16
17 18.
19
20
21 22
По этим зависимостям, зная твердость обрабатываемого материала, можно подсчитать его динамические постоянные процесса фрезерования. Причем нужно представлять себе, что такой подсчет для сталей может дать отклонения до 10% от действительных значений. Для чугунов эти зависимости можно считать практически достаточно точными.
В заключение раздела о цилиндрическом фрезере напомним, что, пользуясь графиками удельной работы Ат (рис. 38—63), можно просто подсчитать затрату мощности, если для заданного режима определить сре~ динную толщину стружки по выражению:
для полученного значения по графику для соответствующего обрабатываемого материала найти соответствующее значение Ат и сделать подсчет мощности по выражению:
Ne =
• Ъ, i * S 1000^4500
лот. сил.
Такой метод подсчета проще, т. к. не требует возведения переменных в дробные степени, но он дает возможность определить мощность по заданному режиму, но не режим, использующий данную мощность.
Опыты с торцевым фрезером*
Здесь мы точно так же, как и при работе цилиндрическим фрезером прежде всего обратились к определению зависимости крутящего момента от скорости резания при всех прочих постоянных условиях (b, t, SZ,D = = const). Рис. 69, представляющий результаты этой серии опытов, показывает, что скорости резания в пределах от 6,8 до 30¡мин не оказывают никакого влияния на сопротивление резанию. Поэтому мы все последующие опыты с торцевым фрезером проводили при наименьшей скорости резания, чему соответствовало число оборотов фрезера в минуту
ПЮГ;
1С
№ /2
/а
А ^ >1
пУ г о
/
А М=№ Ш*рце8оифртр. Сю&Атая х \> V* 9,2. -л zfcfZV9'
6
/ / / * * я ^ D Г ! V, <г \
/ ! | If 1
Рис. 69.
л — 34. Приведенные таблицы 12—18 содержат значения крутящих моментов, полученных при работе торцевым фрезером по различным обрабатываемым материалам. Во всех случаях работа велась с шириной, равной диаметру фрезера. Дарные таблицы крутящих моментов пересчиты-вались на удельную работу и строились графики (рис. 70—95).
При фрезеровании сталей 1010—п, 1020—н, 5120—п глубина резания 6 мм нами- осуществлена не была, так как, ввиду очень значительной вязкости этих сталей, при этой глубине резания получалось заклинивание стружки между зубьями, что делало опыты невозможными и грозило поломкой фрезера. • 0
Ряд серий опытов с совершенно одинаковыми условиями и здесь, как и при работе с цилиндрическим фрезером, нами был повторен в различное время с целью контроля получаемых результатов.
Рис. 70.
Рис. 71.
/г*
Зоо
2оо
5оо чоо
Зоо Soo 700
' 5оо чоо
ЗОО Boo 600 sao Чоо
Эоо S 7
fflopi/pâoù фрезер 2-/0 „ Cmonb Ю20-Н
o""*
--
o
■в-
■'""""S-'-''-«-!
1 i
1 1
20 SO Ve ?0 tOO
Рис. 72.
200 зов sao 700 rano
wo Soo'
200
¡SO QQO
3OO
2oo
ISO HOO
300
200 ЧОО
500
ZOO
торцевой фроъ&р D=S4. г*/О
о
СтопЬ Ю50-Р
t'/.o™. Г
Í 0
!
и t--Zo \
i ! 0 ■—
i 1
•-U.
! !
i
i j i 1
t Г ! ' i - i
Ч050 70 ЮО 200 50O 5.00 TOO fOOO
Рис. 75.
Рис. 74.
5
Чоо
2оо
Цоо
4ъо
i i ! т^чС* -Г /nopuféoo <pp JO -- t,V. 2 wo СтаЫ>Ю35-П. 1
! Iii;'
i í u гь- 1 : , , ' i i 1 ! ! i
"] ^^-TfS^^T-tr-i-J-»-!- i ! I
ЗО ЦО SO 70 too
200 sao 5OO7OOÍOOO
20Р
JÄ
зо ча so yo ioo гоо íoo 500 7001000^00 Рис. 76.
i. w
гво
4/1 ТО ЮО 200 30D 500 ТОО /ООО/ЧОО.
с»
Рис.|77.
L
Чоо Зоо гоо Чоо
ЗОО
2 оо Чоо Зоо
гоо
Zoo Чоо Зоо
200
\ mopupôoù Фрецрр г-Ю Cmanb ЮЧО-Н
О ~
t-LOnn. loJi -jj4
г**
г—
t'3.1nn О -4-,
« >*** ¡ 1 1 Í
о
7 — i
i У, , 1 i
____г>П
Ч050 70 ЮО 200 ЗОО 500 700 ¡ООО
Рис* 76.
2ва
ЧО 70 {ОО 2.00 ЮО ЧОО 7ÛO/OOÛ
А
ioc
Зоо
боо 5оо чоо
ЗОО
ЗОО
ТОО
бею боо Чоо
3оо 250
ТОО
Soo loo
с. оо
- о \ n Чсрцебои <ppri 7 =tfV г = /<?
О"" ----о 0 1
t'0.95* ir> 1
1 1
п
i'2.0n il -1 —— i
! < !
—......."I-
é = 4,Ori m. ! i f -
о 1 I '
..i. 1 \
I
1
1 : é~ €, ОГПГ-7
г» 1 \
/о го ъо wo то /оо Рис. 80.
гоо зоо sooTíxj.-~oo
Рис. 81.
sool
фрезер D-6</ ¿*ÍO Cmont 5540'У
5 ? to 2û ЧОЯО 70 too
Äfc
2GO 5Û0 $00 700*000
Рис. 83.
ßw 500 400
¿го ¿wo 500
2oo
/SO
4oo
5oo
2ao\ fSo
W
loa
/Tiop^pSoù фреьер Cmcnb 5f20-f?
0
LA
4^1 1 1 i i 1
----- о—. ---- Siîîa
1 ! — u—- t ;
1 1 j .0 !
! i .....
I ¡ ... i .1 _
; ^Tr-—-! 1 •
0 V ! 1
l 0
? /О 2O 5Q 40 SO 70 IOO 200 >00400 700 10Û0
А
foo 4cû
ЧОО
Boo
200
$ÛÛ $Q0
koo
éoo foo
Ш $00
&00
) 0 PTopcg&CMJ ГплпА
i
t'tßn,
Tlü-
t-1 -G__J. -
t'2.o*
1 ! í-
!
п.
!
> 0 0 t-äo*.
i 1 í
ßr
Jrw
400 300
200 iSO
too SOO
300 tso 400
soo Too
400 300
S 7 /О 20 ßO w 7Q too 200 »00 SOO iOOO
- , Рис. 85.
2oc iSO L
ЛЪрцобо й фр*Л*р. D*64¿0; г* 10. Cmonà S140-H.
0
—1— ! —I- b<íí»«
t-бмп
1
1 —1 —i .
s»
40 SO 70 too 200 SOO SOO 700 iOOO
Рис. 88.
ffTopuêèoù -D*S4. Z mL СгкюЬ 5i40 _
3C V£7 50 70 iOO 200 50Q 5CQ ТОО ¿ООО i^OO
ГПорцебсй фрезер t)'t>40, 1-Ю
20 30 ¿toso 70 too 200 300 5O070Q10Q0Í4QÚ Рис. 87.
л
Qqq
í5o
Zoo
ЗОО
TOO
/SO
<too Soo
2oO f&'O
Soo
Зое ?oo\
ГПорцебой éûpjpp I *m/0 1 Чу?У H N 2 lio i 1
o"*""
! !
/Ч
0 0 1
tr-- • f •■ 1
¡-Оч.^ л»
1 I
i i i
_______ t-6. Ом* 1
? /0 20 ßo VOSO 70 iOO
ЯОО 300 S&Q TOO
Рис. 92.
Jk*
ЗОО
2oo то
Зоо
Zoo
too Z>oo
ZOO ЮО
Atoo boa
Qoo /so
4 to го S0 40S0 70 too SOO SOO 500 ?00l0a0!400
Рис. 94. . -
Jt
SOO
ЮО
lo
so Zoo
а
ЮО
70
SO Zoo
ÍSO 70
50
SCO
/со 70 fio <
Э ! i ГИори^е&ои <pf J3-SV 2-/0 бронза ¡III
í =iOmm
r ! Ti 1 i¡^
I. 1 ¡NI! 1 N N i i- i ¡ ; j
l ¡ t. ~2,Огчп. r i !
¡ 1 i ! : 1 ; ! i i ; 1 : O :
^ ■ i i 0 ! i i NN NN
N N i
Г" ; i : ' " i И 1 ' i
11 i
ЧС Sü ¿O tos loo SOO SOO TOOiOOO 1ЧОО
Рис. 95.
1аолица \1
Крутящие моменты в килограммомиллиметрах при работе фрезера. Диаметр фр. 0=64; число зуб-
_цов 2—10; ширина фрезерования Ь—Р— 64 мм. __ _
Обрабатываем, материал Сталь 1010—п Сталь 1020—п Сталь 1020—н
t мм
Sz подача на 1 зуб 1.0 1.0 2.0 2.0 4.05 1.0 2.0 2.10 3.05 4.40 4.40 6.20 S 1.0 2.0 2.0 2.1 3.0 4.0 4.1
0.0073 _ — - — 2348 _ _ _ ___ — _ — — — - — 1400 2200 —
0.0100 2857 1850 2900 —
0.0134 — _ — 1788 3485 — — — - — — — — — — — 2650 3695' | —
0.0200 — — 2408 4865 3445 5195
0,0272 — — — 3096 6143 - — — — — — — — — 4795 6590 —
0.0370 — — 3920 6942 — — — - — — — — — ™ — 5445 8090 —
0.0585 2248 2824 5545 5694 10635 2548 4805 5369 7715 10709 10784 14331 2400 4650 5100 4874 8190 11085 10824
0.0805 3496 3595 7340 7450 14147 2896 6144 6759 9878 13982 13674 17757 3350 6750 7050 6942 10335 14475 13634
0.1100 4445 4715 8938 9208 17360 3695 7990 8390 12279 15965 16538 22075 4000 8600 8600 8969 13030 18605 16364
0.1590 5893 6123 11880 11705 22371 5194 10285 11456 16105 20448 31192 5800 11280 11482 11540 17015 — 22750
0.2210 7640 7790 14770 14370 30167 6543 12678 15107 20200 27136 — — 7250 13225 — 14620 21335 — 32618
0.3000 9488 9313 17710 17350 — 8140 15856 17360 25£64 — — — 9400 17660 — 17608 28550 — —
0.4460 12530 12193 23260 22757 — 11488 20738 23212 — — — — 12230 22520 — 22668 — — —
0.6210 15420 15442 28800 28648 — 14025 24805 _ — — — — 15270 29085 — — — — —
0.8400 18800 19135 — — — 17760 — 36733 — — — — 19000 — — — — — —
1.2100 — 25620 — — — 24395 — — -- — — — 25325 — — — ■ — — —
1.6850
Таблица 13
Крутящие моменты в килограммомиллиметрах при работе торцевого фрезера. Диаметр фр. В=64; _число зубцов Z=10; ширина фрезерования Ь—Р=64 мм_
Обрабатываем, материал Сталь 1035—п Сталь 1035—н Сталь 1050—о
Í мм
Sz подача на 1 зуб 0.97 2.05 4.05 6.0 0.98 1.0 1.95 2.0 4.0 6.0 1.0 2.0 3.0 4.0 6.0
í
0.0073 — — 1050 1799 — — — — 1425 1948
0.0100 — — 1609 2298 — — — — 1650 3016 — — — — —
0.0134 _ 1200 2348 3246 — — — — 2700 3645 — — — — —
0.0200 — 1624 3215 4345 — 1998 — 3545 5224 — —. — — —-
0.0272 — 2148 4185 5794 — — — — 4495 6942 — — — — —
0.0370 — 2896 5275 7815 — — 3122 — 5744 8440 — — — —
0.0585 2048 4495 7940 11685 2498 2473 4620 3197 8490 12349 2000 3500 5350 7700 11250
0.0805 2798 5895 10665 15442 3445 3096 5744 5745 11182 15845 2650 4850 7700 10200 15000
0.1100. 3596 7540 13863 20090 3794 4035 7416 7490 13875 20586 3430 6400 9200 13275 19350
0.1590 3895 10225 19000 30093 5094 5420 10005 9987 19172 29475 5000 9150 13700 17860 28400
0.2210 6193 13225 24935 — 6343 6693 12528 12772 24786 — 6400 11800 17400 23060 —
0.3000 7590 16290 31¿63 — 8590 8565 15915 15370 30925 — 9200 15000 22330 29000 —
0.4460 10535 22915 — — 11075 10982 21580 20688 — — 11100 20550 30200 —
0.6210 13325 29205 — — 14073 13973 27770 26500 — 14275 26300 — — —
0.8400' 16165 — 17260 17335 33580 — — — 17000 31100 — — —
1.2100 22620 — — — 23705 23605 — — — — 21125 — — — _
1.6850 —• •■—* — —- ■— — —
Таблица 14
Крутящие моменты в килограммомиллиметрах при работе торцевого фрезера. Диаметр фр. Б—64; _ _число зубцов 2=10; ширина фрезерования Ь—Р=64 мм___
Обрабатываем, материал Стал 1040—п ь Стал 1040—о ь Стал 1040—н ь Сталь 1040—у «
t мм
Sz подача на 1 зуб 1.0 2.05 3.10 4.05 6.0 1.04 2.10 3.10 4.05 6.0 1.0 2.0 3.1 4.05 6.0 1.0 2.06 4.1 6.0
0.0073
0.0100 — —
0.0134 4615
0.0200 6293
0.0272 «i 8123
0.0370 — — — — — — — — — — — — — — — — — — 11033
0.0585 2198 4071 5894 7790 10435 2400 4145 6213 8290 11989 1998 3827 5844 7566 11082 2300 4300 8165 12059
0.0805 2897 5254 7591 10136 14004 3173 5568 7990 10843 15667 2747 5444 7467 10011 14490 3150 5850 10958 16120
0.1100 3956 6667 10136 12961 18313 4145 7117 10834 14082 21133 3696 7072 10061 13340 19148 3990 7467 13883 19445
0.1590 5594 9508 13674 18055 25548 5793 9987 15218 18899 28720 5369 10038 14475 18432 28162 5410 10186 20140 27577
0.2210 7272 12777 17658 23779 — 7092 12428 20041 25366 — 7052 12677 18552 24738 — 7350 12400 25647 —
0.3000 9163 16155 21993 31603 — 8989 16522 25042 32531 — 8690 15995 25120 32641 — 8250 16298 31410 —
0.4460 12353 21860 — — — 12278 23384 — — — 11680 22104 34652 — — 12100 22915 — —
0.6210 15586 28900 — — — 15243 30259 — — — 14590 29708 — — — 15200 29409 — —
0.8400 18949 36473 — — — 17808 — — — — 18924 — — — — 18750 — — ■—
1.2100 25689 — — — — 24688 — — — — 24905 — — — — 25866 — — —
1.6850 32723 33052
Таблица 15.
Крутящие моменты в килограммомиллиметрах при работе торцевого фрезера. Диаметр фр, Р —64; число зубцов 2 — 10; ширина фрезерования Ь = Р = 64 мм _
Обрабатываемый материал Сталь 3120—н Сталь 3140-п Стал 3340—о ь Стал 3340-у ь
1 л1Л€
52 подача 0.95 2.00 4.00 6.00 0.97 0.97 1.00 2.00 4.00 6.00 I 0.95 2.00 4.00 6.00 0.95 2.00 4.00 6.00
на 1 зуб
0.0073 — 1800 2448 — —. — — — 1699 _ 1500 2800 __ 1600 ' 2200
0.0100 — — 2498 3396 — — — — — 2098 — 2250 3245 ! _ | -- 2150 3393
0.0134 — — 3121 4295 — — — — — 3047 — 2700 4095 _ __ 2850 4245
0.0200 — 2148 4045 6193 — — — — 2748 4145 — 3895 £695 _ 1750 3945 5695
0.0272 — 2622 5234 7193 — — — — 3795 5344 — 5645 7140 — 2550 5295 6890
0.0370 — 3470 6713 9638 — — — — 4844 6992 — 5895 9190 — 3145 6690 9290
0.0585 2527 4870 9040 13125, — 1950^ 2098 4195 6792 9938 2150 4795 8790 12780 2500 4695 . 9685 13925
0.0805 3396 6642 11830 16668 2550 — 2897 5444 9588 13475 2995 6195 11730 16415 2850 6295 12580 17510
0.1100 4445 8090 14920 22645 — 3595 3446 6992 12080 17162 3790 7740 14575 21535 3995 8090 16015 23900
0.1590 5869 10635 20315 — - 4395 — 4595 8688 15717 24000 5295 10335 20195 29620 5395 10735 23165 34450
0.2210 7369 13674 26280 — — 5895 6143 11732 20787 — ' 6990 13330 29085 — 7340 14375 — —
0.3000 9940 16566 — — 7290 — 7640 14622 26845 — 8490 16215 — — 9190 18105 — —
0.4460 11900 22075 — — — 10235 10235 19497 — — 11580 2282и — — 12230 25080 — —
0.6210 14720 28220 — — 13030 — 13225 25473 — — 15170 29085 — — 15520 3255) — —
0.8400 18180 — — — — 16115 16265 32905 — — 18405 — — — 19945 — — — .
1.2100 24788 — — — 21680 — 22620 — — , — 24540 — — — 27135 — — —
1.6850
Таблица 16.
Крутящие моменты в килограммомиллиметрах при работе торцевого фрезера. Диаметр фр. Р==64; число зубцов 2=10; ширина фрезерования Ь~Р = 64 мм
Обрабатываемый материал Сталь 5120—п Стал 5120—н ь
t мм 0.50 1.00 1.03 2.00 2.00 4.00 4.10 1.0 1.0 1.0 2.0 2.0 3.9 6.0
Sz подача на 1 зуб
0.0073 | > 1168 1749 2398
0.0100 — — — _- — 1497 — — — — — 1928 2997
0.0134 — ■ — — — — 2295 2296 2743 3820
0.0200 — — — — 2894 3245 — — — — — 3520 5370
0.0272 — — — — — 4043 4394 — — — — — 4795 7042
0.0370 — — — — — 5342 5843 — — — — — 5994 8640
0.0585 1249 — 1847 — 4495 7940 7890 — 2348 2678 4645 4495 8190 13075
0.0805 1448 — 2846 5445 5893 10283 10735 — 3487 3164 5993 5943 10734 16165
0.1100 1697 3447 3595 7042 7290 13670 13075 3845 4245 3929 7590 6742 13843 21709
0.1590 2646 4594 4794 9588 9188 18950 18365 5344 5654 5394 10385 10285 19123 —
0.2210 3195 6043 6393 12180 12500 25875 24295 6742 6952 6942 12678 13474 25424 —
0.30§0 4294 7891 7990 15070 15540 — — 8290 8889 8750 15870 16530 — —
0.4460 6092 10335 10485 20190 20300 — — 11234 11282 11282 21285 22412 — —
0.6210 7840 13172 -13875 25175 25865 — — 14473 14072 14371 27285 28697 — —
0.8400 10235 16065 17063 31990 — — _ 17858 18403 17817 33970 36800 — —
1.2100 13075 — ' 24098 — — — — 23160 23915 24688 — — — —
1.6850
Таблица 17
Крутящие моменты в килограммомиллиметрах при работе торцевого фрезера. Диаметр фр. 0=64;
число зубцов ¿—10; ширина фрезерования Ь=Б=64 мм
Обрабатываем, материал Сталь 5140—п Сталь 5140—о Сталь 5140—н Сталь 5145—п
t мм 1.00 0.98 2.00 2.00 4.10 6.10 1.0 2.0 4.0 6.0 1.0 2.05 4.1 6.1 1.0 2.0 3.0 4.0 6.1
Sz подача на 1 зуб
0.0073 I
0.0100
0.0134
0.0200 — — — — — 4145 г — — -— — — — 3663 — — — — —
0.0272 — — — — — 5634 — — — — — — — 5194 — — — — —
0.0370 — — — — — 8889 — — — — ...... — — 6892 — — — — ■ —
0.0585 1758 1699 3397 3905 6743 10685 2298 4215 8270 12278 1631 3971 7466 11531 2100 4250 6Г00 8450 12275
0.0805 2218 1998 4470 5195 . 9189 13874 2930 5726 10874 14894 2678 5354 10236 14949 2750 5670 8530 11250 16260
0 1100 3072 2847 6293 6593 11630 17708 3896 7192 13693 19346 3496 6892 13075 19207 3750 7160 10950 14588 20633
0.1590 4375 4070 8623 9413 16354 24640 5274 10037 18750 27763 4869 9578 18552 25474 5070 9920 14847 19440 28418
0.2210 5953 5619 11349 11805 20329 31295 6433 13175 24933 — 6668 12637 24472 — 6700 13115 18795 24775 —
0.3000 7092 7392 13973 14470 27137 — 8640 15945 30830 — 8520 16045 31652 — 8450 16240 23795 31390 —
0.4460 10246 9888 20745 20513 — — 11292 22619 — — 11471 22312 — — 11250 21206 32000 — —
0.6210 13185 13415 26843 26550 — — 14172 29085 — — 14803 30412 — 14470 27825 — — —
0.8400 16423 16389 33858 34295 — — 18080 — — — 17956 — — — 17187 32050 — — —
1.2100 23508 22365 — — — — 25049 — — 25827 — — — — — — — —
1.6850 31120 •
. Таблица 18
Крутящие моменты в килограммомиллиметрах при работе торцевого фрезера. Диаметр фр. 0=64;
число зубцов 2=100, ширина фрезерования Ь==Е)=64 мм.
Обрабатываем, материал Ч у г у Н Лй 1 Чу Г у н № 2 Чу г у н № 3
t мм 0.98 2.00 4.05 6.00 1.0 2.0 4.0 - 6.0 1.0 2.0 4.0 6.0
Sz подача на 1 зуб
0 0073 — ■ — — 1424 - — 1900 . ___ _
0.0100 — — — 2048 -- 2550 — — — 2200
0.0134 — — — 3071 - — 3495 — — 3595
0.0200 — — — 3495 - — 2700 4645 — — 2300 3745
0.0272 — — — 3995 — 3595 5645 — — 3545 4845
0.0370 — — — 4870 — — 6990 — — 3895 5595
0.0585 1299 2323 4345 6518 1800 3695 7190 10035 — 2900 5395 8190
0.0805 1299 2696 5493 7930 2250 5015 . — 11580 1850 36У5 7190 10085
0.1100 1778 3445 6800 9867 2900 6195 11035 15320 2300 4695 8690 12880
0.1590 2297 4485 8759 12527 3845 7940 — 20240 3145 6495 11930 16415
0.2210 3066 5669 11135 16414 5145 10235 18005 26600 — 8190 14920 21930
0.3000 3595 7190 14170 20040 6540 12480 23705 — 5195 10335 18355 26650
0.4460 4715 8750 19206 27038 8990 16315 — — 7090 12030 25280 —
0,6210 5824 10784 24620 — 11035 20840 — — 9090 16415 33810 -
0.8400 7260 13375 30888 — — 25865 — — 11335 20740 — —
0.2100 10435 18730 — — — — — — 14625 25770 — —
0.6850 13450 • — — -
Продолжение табл. 18
Крутящие моменты в килограммомиллиметрах при работе торцевого фрезера. Диаметр фр. 0=64;
число зубцов 2=10, ширина фрезерования Ь=Р=64 мм.
Обрабатываем, материал ч у г у н № 4 Ч у г у н № 5 N Б р о н з а
1 мм 1.0 2.0 4.0 4.0 6.0 1.0 2.0 4.0 6.0 1.0 2.0 4.0 6.0
Бг подача на 1 зуб
0.0073 _ __ - — 1700 1 — __ 1648 — — —
0.0100 — Ч- — — 2500 — — — 2347 — — -
0.0134 — — " — 2800 — — 3146 — — — --
0.0200 — — 2450 — 3200 — — — 3745 — —
0.0272 — — 3150 — 4450 — — 2797 4694 — — — --
0.0370 —' — 3850 — 5450 — — 3395 5943 - — — — --
9.0585 1249 2648 5050 — 6650 1648 3396 5493 7840 950 1650 2995 3645
0.0805 1698 3296 6000 — 8800 2148 4295 7242 10236 1150 1900 3595 4445
0.1100 2097 3845 7450 — 10235 2647 4644 9138 12728 1250 2150 4145 5295
0.1590 2946 5294 9400 — 13225 3495 6443 12280 16215 1700 2600 5345 6445
0,2210 3645 6592 — 12230 - 17160 4644 7690 14920 21432 2050 3595 6245 8290
0,3000 4145 7390 — 14770 21480 5693 9937 18900 27285 2550 4195 6990 9935
0.4460 5993 11233 — 19845 -- 7390 14074 26650 — 3145 5545 8990 12930
0.6210 7390 13177 — 25865 — 9837 17908 — — 3850 6640 11085 17110
0,8400 9188 16664 — 31410 — 11732 22470 — — 4850 6540 13475 —
1.2100 11582 20540 — — — 15773 30543 — — 6250 10085 — —
1.6850 14879 19745 I 1 8?50 """ мм
По таблицам и по графикам видно удовлетворительное совпадение результатов.
На основании графиков 70—95 нами получены значения X, К и / для работы торцевого фрезера (см. табл. 19).
Таблица 19
Торцевой фрезер
1 № | 1 Обрабатываемый материал А К 1
1 Сталь ■ 1 1010—п 200 -0,27 | -0,02
2 » * 1020-П 186 —0,24 —0,04
3 9 1020—Н 195 -0,26 -0,02
4 »> 1035—П 187 -0,21 -0,05
5 » 1035—Н 190 -0,23 —0,09
6 • 1040-П 203 -0,2 —0,09
7 ?> 1040—О 198 —0,215 -0,05
8 0 1040—Н 197 -0,2 —0,05
9 0 1040-У 213 —0,205 -0,09
10 • 1050—О 190 —0,19 -0,04
11 » 5120—П 188 —0,23 —0,09
12 » 5120—Н 193 -0,25 -0,1
13 В 5140—п 190 —0,16 -0,03
14 »» 5140—О 196 -0,2 ' —0,06
15 » 5140—Н 200 —0,175 —0,04
16 0 5145—П 193 .. -0,2 —0,04
17 *» 3120—Н 203 —0,245 -0,1
18 0 3140—П 187 -0,2 -0,1
19 0' 3340-О 210 — 0,205 —0,06
20 » 3340—У 225 -0/19 —0,03
21 Чугун № 1 72 —0,32 —0,07
22 9 № 2 (перлит.) 142 —0/26 —0,11
23 п № 3 (легирован.) 110 -0,28 -0,1
24 0 № 4 (легирован.) 90 -0,31 —0.11
25 0 № 5 (ковкий) 123 —0,26 -0,12
26 Б р о н з а 67 —0,34 -0,21
В таблице 19 прежде всего обращает на себя внимание то обстоятельство, что значение X не растет параллельно с ростом твердости обрабатываемой стали и можно нередко видеть, что более мягкие стали характеризуются более высоким значением X. Это 'же было нами уже получено и в прошлой работе с торцевыми фрезерами3). В отношении чугунов можно заметить увеличение X с увеличением твердости чугуна. Отсутствие закономерности изменения X у сталей повидимому связано со свойствами пластичности у сталей.и с затрудненным отделением стружки на зубе торцевого фрезера, где мы имеем процесс не свободного резания с углом в плане 90°.
По данным Гипромаша постоянная в уравнении мощности увеличивается с ростом твердости обрабатываемого материала, что, как мы видим, не подтверждается экспериментом. По работе Ларина5) точно так же, как и у нас, постоянная не всегда повышается с повышением твердости обрабатываемого материала.
Далее следует отметить, что величина I во всех случаях не равна нулю. Вследствие этого глубина резания в уравнениях силы и мощности входит в степени меньшей единицы. Это вполне естественно, так как при работе торцевого фрезера мы имеем участие в процессе резания двух режущих кромок: главной, расположенной по цилиндру и вспомогательной, расположенной по торцу фрезера. Это обстоятельство не учитывается выводами Гипромаша. проф. Резникова6) и инж. Рывкина7).
В работе Ларина у глубины фрезерования была получена степень больше единицы, что мы считаем результатом неучтенных вредных сопротивлений, регистрируемых динамометром и повышающихся с увеличением глубины фрезерования.
Небезынтересно провести сравнение получаемых по различным данным результатов. Для этого воспользуемся таблицей 7 режимов резания ' на фрезерных станках Гипромаша, где для случая фрезерования стали ав=бО—70 кг ¡мм2 торцевым фрезером диаметром 150 мм с числом зубцов 10, при ширине фрезерования 120 мм} глубине 10 мм, подачеьна 1 зуб 0,15 мм и числе оборотов фрезера 35 получены мощности по Гипромашу 4,3 л. е., по Р ы в к и н у 4,2 л. с. и по Резникову 3,9 л. с. По полученным нами данным для стали 1040—п с ав— 64,4 кг\ммг подсчет по ф-ле 9 дает Ne = 3,48 л. с.
Подобное же сравнение с данными проф. Резникова было нами проведено в нашей прошлой работе3), причем во всех случаях мы в опытах получали меньшие крутящие моменты и мощности, чем это получалось подсчетом по данным проф. Резнйкова.
Уравнение мощности 8 можно превратить в следующую зависимость.
Ne = CN.n.tXp .Szyp .Z.D 23
Pv
а так как Ne = -—то уравнение окружной силы на фрезере получим
~ Р = СрЛХр .Syp .Z 24
Из последнего выражения можно получить уравнение мощности
В этих зависимостях
Cp.t.Xp.Szyp.Z.V
N* —____25
4500
_ к 2
С = 2 ' 1 N 1000.4500 '
__к_
2
2 . X
ур = К+1.
Значения всех этих величин даются нами в табл. 20.
На рис. 96 нами построена зависимость величин X и К от твердости по Бринелю при торцевом фрезеровании чугунов. Здесь точки с хвостиками нанесены по результатам нашей прошлой работы. На основании этого графика получаем следующие зависимости для чугунов.
А = 0,6 НБ 26
2
К—---— 27
//_ 0,38
Торцевой фрезер
Таблица 20
% Обрабатываемый материал сы ХР
1 Сталь 1010—п 0,0000489 70 0,98 0,73
2 я 1020—П 0,000045 64,5 0,96 0,76
3 » 1020—Н 0,0000475 68 0,98 0,74
4 я 1035—П 0,0000447 64 0,95 0,79
5 я 1035—Н 0,0000458 65,5 0.91 0,77
6 я 1040—П 0,0000482 69 0,91 0,8
7 Я 1040—О 0,0000475 68 0,95 0,785
8 » 1040—Н 0,000047 67,3 0,95 0,8
9 я 1040—У 0,0000508 72,7 0,91 0,795
10 о 1050—О 0,0000451 64,6 0,96 0,81
И я 5120—П 0,0000453 64,9 0,91 0,77
12 » 5120—Н 0,0000471 67,4 0,90 0,75
13 о 5140—П 0,0000447 64 0,97 0,84
14 п 5140—О 0,0000468 67 0,94 0,8
15 я 5140—Н 0,0000472 67,5 0,96 0,825
16 ч 5145—П 0,0000461 66 0,96 0,8
17 я 3120—Н 0,0000489 70 0,9 0,755
18 я 3140—П 0,0000445 63,6 0,9 0,8
19 »» 3340—О 0,0000502 71,9 0,94 0,795
20 я 3340—У 0,0000535 76,5 0,97 0,81
21 Чугун № 1 0,0000179 25,6 0,93 0,68
22 я № 2 0,0000346 49,6 0.89 0,74
23 я № 3 0,000027 38,6 0,9 0,72
24 ю № 4 0,0000222 31,8 0,89 0,69
25 я № 5 0,00003 42,9 0,88 0,74
26 Б р о н з а 0,0000168 24 0,79 0,66
Подобным же графическим построением получены зависимости для сталей:
10? .НБ0Л2
К
1,31
28 29
Эти зависимости для сталей имеют точность в пределах +10% и могут считаться лишь приближенными, так же как подобные им для цилиндрического фрезера.
Подсчет расхода мощности при работе торцового фрезера можно вести, так же как и для цилиндрического по выражению
Ме = Ат.
1000.4500
определяя Ат по соответствующим графикам (рис. 70—95). При &<£> необходимо полученную мощность умножить на коэфициент уравнений 9 и 10.
В заключение работы нами была проведена серия опытов с торцевым фрезером, имеющим те же размеры и геометрию, что и вышеописанный, но вместо закругления при переходе с торцевого лезвия на цилиндрические этот фрезер имел угловое лезвие, наклоненное под углом 45° к плоскости торца. Угловое лезвие имело такие размеры, что при глубинах фрезерования от 1 до б мм, имевших место в опытах, стружка не захватывала цилиндрического лезвия и всей шириной своей помещалась на угловом лезвии.
i
!¿iO
.120
100 90 80
70
60,
[ - 0
Ч • л
\
л П7арцрёои фр&нуз. 0_0 Л-z/V Чу? ум
0/
i i — -и i _J
-И
J 0.35 030
0.25
Рис. 96.
Рис. 97.
Л
HSù ЗОО
200 Í50
£/£№ 500
200 /SO
— — ( !7/орце>вой фрелрр. сугпвбЬт neiScsepi СтоЫз Í035- П
о
t'Wnr, 0 0
и-. ■t
-
Г" 1- L_L....1_________
fir*
uo 70 /ОО 20G ЗОО S00700ÎOOO
^ис. УК.
$ 7 to го зо so m loo Рис. 99.
А
200 ЗОО 5OO70QÍOOO
Эти опыты нами были поставлены с целью выявления влияния углового лезвия на расход мощности, так как фрезера и особенно фрезерные головки с угловым лезвием имеют широкое распространение в производстве.
Из литературы нельзя получить ясного представления о влиянии углового лезвия на усилия и мощность при фрезеровании. По выводам Р ы в-к и н а 7) на зубе с угловым лезвием усилие должно быть больше, нежели на зубе без такового, ,по экспериментам Ларина получены обратные результаты.
По опытам Шлезингера8) с токарными резцами вертикальная составляющая давления резания уменьшается с увеличением угла в плане* но это уменьшение заметно лишь до угла 45°. При дальнейшем увеличении угла в плане уменьшение вертикальной составляющей чрезвычайно незначительное.
На рис. 97 показан фрезер с угловым лезвием. На рис. 98 и 99 представлены результаты опытов, проведенных с ним. Для опытов нами были выбраны сталь 1035 и чугун № 2 как два совершенно различных по свойствам металла.
На ри<с. 98 и 99 прямые проведены по данным опытов с фрезером без углового лезвия по соответствующим металлам, а точки нанесены по опытам с угловым лезвием. Мы видим, что точки хорошо ложатся на прямые* т. е. что влияние углового лезвия на силу и мощность совершенно отсутствует для случая угла ср = 45°. Угол наклона фасочного углового лезвия был взят 45°, как наиболее часто встречающийся в производстве.
Полученное отсутствие влияния углового лезвия на нагрузку фрезера казалось бы противоречит логике, т. к. при наличии углового лезвия длина режущей кромки получаетса больше, чем без такового и казалось бы должно возрастать давление резания. Но здесь необходимо принять во внимание более свободное отделение стружки, кроме того передний угол на угловом лезвии в плоскости, нормальной к его режущей кромке, больше, нежели на лезвии цилиндрической части фрезера. Нетрудно вычислить его действительную величину, если отождествить зуб фрезера с токарным резцом, имеющим угол в плане 45° и воспользоваться для вычисления выводами проф. С е м е н ч е н к о.9)
Назовем —передний угол в плоскости нормальной к угловому лезвию.
Ti — передний угол в плоскости нормальной к торцу фрезера.
Tf2 — передний угол в плоскости перпендикулярной оси фрезера
Все эти углы мы получим, если зуб фрезера поставим в такое положение, когда вершина лезвия (точка пересечения углового и торцевого лезвий) будет находиться в одной горизонтальной плоскости с осью фрезера.
Из непосредственного измерения мы имеем
Ti = 15°
72 = 8°
Отсюда можно найти *¡n
tng tng eos <p-{-tng 72• sin cp = 0,289 7*= 16°.
Таким образом на угловом лезвии для <р = 45° передний Угол превышает в два раза передний угол на лезвии цилиндрической чагги фрезера.
Мы считаем, что, так как опыты нами были проведены и для достаточно вязкого металла (сталь 1035), и для металла хрупкого (чугун № 2), и
для всех других металлов, мы будем иметь, может быть, с несущественными отклонениями, тот же результат. Значения Ат для углового лезвия иодсчитывались по среднему диаметру при данной глубине фрезерования.
Заключение.
Всего в данной работе нами было проведено в общей сложности (считая опыты для отсчета нулевых показаний аппаратуры, но не считая тари-ровочных) 2250 опытов, из них с цилиндрическим фрезером 781, с торцевым 1479. Все без исключения опыты приняты во внимание при выводе соответствующих зависимостей.
Все опыты подтвердили на более широком ряде материалов наши прошлые выводы.
На основе этого можно рекомендовать:
1. Для подсчетов мощностей и сил при работе цилиндрического фрезера пользоваться уравнениями 3, 12, 13 и таблицами 10 и 11.
2. Для подсчетов мощностей и сил при работе торцевого фрезера пользоваться уравнениями 8,9,10,23,24, 25 и табл. 19 и 20. .
3. Для приближенного определения динамических характеристик обрабатываемого материала по его твердости пользоваться уравнениями 14—22 и 26—29.
Литература, на которую имеются ссылки.
1. Розенберг и Суднишников.—Теория работы цилиндрической фрезы со спиральным зубом. Вестник металлопромышленности, 1933 год, № 4.
2. Розенберг. Работа цилиндрической фрезы. Орга-информация, 1935 г. № 12. Известия Томского Индустриального ин-та.
3. Розенберг—Динамика лобового фрезерования. Известия Томского индустриального ин-та, 1937 г. том 56, выпуск 1.
Розенберг,—Динамика торцевого фрезерования. Труды первой Ленинградской областной конференции по резанию металлов. 1937 г.
Р о з е н б е р г.—Работа лобового фрезера. Орга-информация, 1936 год. № 7.
4. S t о с k—Fräserhandbuch.
5. Ларин.™Динамика торцевого фрезерования. Орга-информация, 1936 год. № 12.
6. Проф. Резников.—Теория резания металлов.
7. Р ы в к и н.—Вопросы резания при торцевом фрезеровании.
8. Schlesinger: V.D.I. 1932 г. № 53.
9. Проф. Семенченко.—Режущий инструмент!
