Стойкость кукурузных фрез Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО Том 61. вып. 3 ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА 1948 г.

СТОЙКОСТЬ КУКУРУЗНЫХ ФРЕЗ

розенберг а. м. >

Профессор, доктор технических наук

Кукурузная обдирочная фреза работает принципом несвободного резания и, как нами было выяснено в специальном исследовании [1], частью режущей кромки снимает значительно более толстую стружку, чем обычная цилиндрическая фреза при том же режиме резания. Это обстоятельство приводит к снижению удельной работы резания и расходуемой мощности- При работе на малых подачах, когда доля работы вспомогательных режущих кромок несущественна, кукурузная фреза снижает рас* ходуемую мощность в сравнении с цилиндрической фрезой на 30—40°/<ь что является существенным в том случае, когда производительность фрезерования ограничивается мощностью станка. В этом случае кукурузная фреза даст возможность повысить производительность фрезерного станка. При переходе к более значительным подачам (более толстым стружкам) при работе кукурузной фрезы начинает сказываться влияние лроцесса несвободного резания, доля участия в процессе резания вспомогательных режущих кромок растет, это повышает удельную работу, и кукурузная фреза характеризуется уже менее значительной экономией расходуемой мощности. Но все же в области практически применяемых при фрезеровании подач кукурузная фреза является более экономичным с точки зрения расхода мощности инструментом, чем цилиндрическая. Кроме этого, кукурузная фреза, снимая стружку, разделенную по ширине .яа отдельные узкие кусочки, в противоположность цилиндрической, снимающей при обработке вязких металлов целую стружку со всей ширины фрезерования, работает более спокойно и менее склонна к вибрациям и дроблению, особенно при больших глубинах фрезерования. Все это в совокупности создает на производстве представление, что кукурузная фреза работает более легко, спокойно и производительно, чем цилиндрическая. Это представление соответствует действительности, когда производительность ограничивается мощностью станка или его стабильностью.

В том случае, когда работа производится на стабильном станке высокой мощности, производительность будет определяться стойкостью инструмента. В этом случае кукурузная фреза будет давать меньшую производительность, чем цилиндрическая, так как стойкость ее будет ниже. Меньшая стойкость кукурузной фрезы обусловливается тем, что часть режущих кромок ее снимает более толстую стружку и поэтому подвержена -более интенсивному износу, чем режущие кромки цилиндрической фрезы. Кроме того, наличие процесса несвободного резания неизбежно связано с затрудненным образованием и отводом стружки в местах сопряжения главных и вспомогательных режущих кромок, где и имеет место повышенный износ.

Настоящее исследование было предпринято с целью экспериментальной проверки высказанного предположения о более низкой стойкости кукурузных фрез в сравнении с цилиндрическими.

/

Для выполнения опытов по сравнению стойкости кукурузных и цилик дрических фрез Томским инструментальным заводом были изготовлены из одного прута стали ЭИ-262 по три штуки тех и других фрез с одной и той же термической обработкой их и одинаковыми размерами. Размеры фрез даны в табл. 1.

Таблица I

Размеры режуще-

Наименование Диаметр Число Передний угол Задний Угол наклона спирали го элемента кукурузной фрезы

зубцов угол I 1 н ь 1 . ! т

Кукурузная Цилиндрическая

74 74

12й 12°

10е 10е

25° 30е

12

1 „5-

Профиль режущей кромки зуба кукурузной фрезы с соответствующими обозначениями представлен на рис. 1.

___________ Химический состав материала

фрез и его структура нами не приводятся, так как и цилиндрические и кукурузные фрезы были изготовлены из одного прута, прошли одинаковую термическую обработку и, как показывает таблица 2, имели достаточно близко совпадающую твердость. Твердость щт определялась на торце зубцов фрез 8—10 замерами на каждой фрезе щ в таблице 2 даны для каждой фрезы пределы колебания твердости.

Таблица 2

Рис. 1

дк фрезы Тип фрезы Твердость по Роквеляу (шкала С)

1 Цилиндрическая 61-63

2 • 61

з 62-64

1 Кукурузная 63-64

2 V 62—64

3 • 62-63

Фрезы цилиндрические имели остроконечный зуб и затачивались с задней грани. Фрезы кукурузные имели зуб затылованный и затачивались с передней грани. Задние углы как у тех, так и у других фрез, как показывает таблица 1, были одни и те же, что важно ввиду известного влияния величины заднего угла на износ и стойкость. Кукурузные затылован-ние фрезы имели нешлифованный затылок у зубьев. Можно было опасаться, что во время термической обработки здесь возможно некоторое обезуглероживание поверхности, что было бы связано с понижением поверхностной твердости и в результате этого стойкости фрезы. Для контроля У кукурузных фрез была измерена твердость не только на торце зубьев, не) и на затылках. Измерение показало, что твердость на затылках на 1—2 единицы ниже, чем твердость на торцах. Мы считали это допустимым, так как таблица 2 показывает, что твердость на торцах у кукуруз ных фрез несколько выше, чем у цилиндрических.

^Испытание фрез на стойкость проводилось в лаборатории резания металлов Томского политехнического института на универсально-фрезерное Станке Тульского завода. Станок был снабжен мотором постоянного тока,, что позволяло иметь бесступенчатое регулирование скоростей путем ввег дения реостата в цепь обмотки возбуждения мотора.

Фрезы перед испытанием тщательно затачивались, так чтобы величи: на эксцентричности отдельных зубьев не превышала 0,02 мм. Эксцентрич: ность проверялась на станке после установки заточенной фрезы на'„оправку шпинделя.

Стойкостные испытания проводились на болванках стали ЗХВ- &г которые предварительно прошли отжиг и имели твердость Не — 240. Для того, чтобы исключить влияние возможного некоторого, хотя бы и незнвг чительного, изменения твердости болванок (чего при измерении твердости болванок обнаружено не было), каждая болванка разрезалась вдоль на две половины, причем по одной из половин проводился опыт испытания цилиндрической фрезы, по другой—кукурузной. Измерение твердости проводилось как на поверхности болванок, так и внутри, после ряда снятых стружек. Везде твердость оказалась одной и той же.

Режим резания при испытании был следующим;

глубина резания 1 — 2 мм;

подача на зуб & = 0,19 мм;

подача на 1 оборот фрезы 5Л —1,52 мм\об\

ширина фрезерования 6 = 30 мм.

Работа велась без охлаждения.

Сравнительно небольшая глубина фрезерования была взята ввиду недостаточной мощности станка. За счет этого была взята сравнительно большая величина подачи.

Испытания каждого типа фрез были проведены при трех скоростях. Скорости резания для кукурузной фрезы были взяты 48,75 м\мину

<?М*» | | I ! I I | I Г I Г | I ! | | ] 5—;

H. 8--Л--:---------<-------------1

I, 6_________________'

1г

08

о^ ——I--1—---------г 52=

Р/ I Л50 мм ^ ,, --,-----------— ------— ч

--1-1-!-Ш-1-1-1-1-и--.

5 10 15 20 25 30 35 ' 4о Аь 50 55 60 , 65 70 75 80 8* -90 „ : '

Рис. 2

37,2 м}мцп\ 30 М/мин. Скорости резания для цилиндрической фреМ 46,5 м1мин1 43 м/мин; 37,2 м\мин. . :

течение каждого опыта вплоть до окончательного^ затупления фрезй скорость резания поддерживалась строго постоянной.

1

{ > ?.Т5 *

Г" 1 " / • *

1 /

1Г=2 /

17-; Ом/ чип.

■А

г фрезе Кук^рч&н , 5н= 0,-19«.* 50 мм ^ £ г 2,0 и*у

У ! ^ Яг-т У

Л

У ■ 1 Рп. 1 . 1

Во время каждого опыта через короткие промежутки времени измерялся износ по задней грани зубцов фрезы при помощи 20-кратной лупы. На рис. 2 для кукурузной фрезы и на рис. 3 для цилиндрической представлено изменение ширины фаски износа по задней грани 8 в зависимости от времени работы фрезы. Сравнение этих двух рисунков пока зывает, что при одних и тех же скоростях резания износ на зубцах кукурузной фрезы протекает значительно интенсивнее, чем на зубцах цилиндрической фрезы.

Характер износа задних граней зубцов цилиндрических и кукурузных фрез различен. У цилиндрических фрез наблюдается на задних гранях зубцов появление по всей длине режущей кромки, находящейся под стружкой, равномерной фаски износа, которая постепенно с течением вр-мени работы фрезы уширяется, оставаясь примерно одинаковой ширины

Рис. 3

по всей длине. Лишь в самые последние моменты работы фрезы, предшествующие окончательному разрушению режущей кромки, появляются местные резкие уширения фаски износа, которые, появившись, быстро увеличиваются и наконец приводят к окончательному разрушению в этих местах режущей кромки.

У кукурузных фрез износ задних граней протекает по-иному. Для пояснения на рис. 4 изображена форма поперечного сечения стружки, снимаемой режущим элементом зуба кукурузной фрезы. Как показывает рис. 4, стружка снимается по периметру 1234, причем часть стружки имеет толщину Sei» ту же, что и на зубе цилиндрической фрезы, часть же стружки имеет в несколько раз увеличенную толщину 5*2. Эта увеличенная толщина снимается частью режущей кромки, расположенной на ци-

h

линдре фрезы на длине — (обозначение h см. на рис. 1) и частью бо-

z

новой режущей кромки 34. Длина - является главным режущим лезвием.

z

$4—вспомогательным. Таким образом на режущих кромках кукурузной фрезы имеются участки длиной -, нагруженные более толстой струж-

кой, чем остальные участки режущих кромок. Отношение — очень зна

Sel

чительно, в общем виде выражается уравнением (1)

~ ГХ I 1

-= z---hi,

Sel k

что для размеров испытуемых кукурузных фрез дает

Se2

= 6,34,

Уголок зуба 3 является вершиной лезвия, в которой сопрягается участок главного лезвия, нагруженный толстой стружкой и вспомогатель-

Рис. 4

ного лезвия 34. Естественно ожидать, что износ режущей кромки кукурузной фрезы должен начаться с уголка 3 и в основном локализоваться

на длине кромки —. Наблюдения за износом подтверждают это предподо-

жение и показывают, что наибольшая величина износа по задней грани всегда имеет место у уголка 3, где и происходит окончательное разруше-

Рис. 5

ние лезвия. На рис. 5 изображен зуб кукурузной фрезы с фаской износа задней грани, значительно уширяющейся у уголка. Это уширение и приходится считать за износ, лимитирующий стойкость фрезы.

На основании рисунков 2 и 3 построен рисунок 6, на котором в логарифмических координатах V (скорость резания в метрах в минуту) и Т (стойкость в минутах) нанесены линии T—f(У) для цилиндрической и кукурузной фрез. Для построения этих линий нами взята величина предельного износа по задней грани §=1 мм. Расположение прямых на рис. 6

показывает, что кукурузная фреза имеет стойкость в 4—5 раз меньшую* чем Цилиндрическая в пределах тех скоростей и сто'йкостей, при которых проведены испытания. Следует отметить, что те стойкости/ которые нами получены при испытании (для кукурузной фрезы от 8,5 до 82 минут, для

цилиндрической от 34 до 115 минут) Т\,„н 1 не являются для фрез экономическими.

Но это нисколько не изменяет принципиально результатов сравнения стойШ-сти кукурузных и цилиндрических фрез. При более длительных стойкостях от ношение их будет еще менее в пользу кукурузных фрез, ввиду несколько ;более крутого расположения прямойдл^ь цилиндрической фрезы. Построение прямых на рис. 6 только по трем точкам мы тоже считаем вполне допустимым, так как эти точки являются результатом надежных опытов, в течение которых износ изменялся совершенно закономерно, как это йидно из рис. 2 и 3, тем более, что опыты имели целью провести лишь качественное сравнение стойкостей кукурузных и цилиндрических фрез и не должны были дать какие-либо точные количественные характеристики, для получения которых, само собой разумеется, следовало бы ставить значительно более широкое исследова* ние. .

Несмотря на небольшое количество проведенных опытов, мы все же на (Основании их результатов можем сделать и некоторые количественные заключения, которые будут иметь цену ввиду ^ого, что до сего времени никаких зависимостей для кукурузных фрез не получено. Для цилиндрических фрез по последним нормативным материалам для случая обработки твердых легировав ных сталей имеются следующие зависимости.

По данным Оргавиапрома для хромоникелевых сталей [2]

у=_ДО'25 ______

Г0'". 5,0'89. /о»57 • б0'09. г°*х. о°'27

По данным Бюро технических нормативов Наркомтанкопрома для ста ли Х4Н [3]

у= -Сщ-Р*

. 5г°>4. ¿°'27. б0»09^1. о0Л8

Ш этих уравйенййх:

диаметр фрезы; Г—стойкость; < $г — подача на зуб; ^ Ь —глубина фрезерование; £ —число зубцов; ^ —ширина фрезерования; и . <* —угол наклона спирали.

\

\ \ 5

\ 6

\ N 6

1 •

\ \ \ ^

"V

к

\ 1

Д А 1

ФА АуА езя 3 /-/4. 9/7 \ \ Л

\ 1

т

\ \ \

\ \

Ум^иин

Рис. 6

Можно полагать, что этими зависимостями допустимо пользовать« иж для кукурузных фрез, если только учесть следующие обстоятельства.

Затупление режущих кромок кукурузной фрезы происходит на тех участках, которые снимают утолщенную стружку. Эти участки имеют

длину ~ в направлении ширины фрезерования. Величину - и следует ста

г :г

вить в уравнения вместо ширины фрезерования Ь.

Стружка на этих участках режущих кромок в|г—^ + I | раз толще чем на режущих кромках цилиндрической фрезы. Поэтому вместо подачи на зуб & в приведенные выше уравнения нужно ставить величину в

Тогда уравнение для кукурузной фрезы будет иметь вид

V*

CV.D*

Отношение скоростей для одной и той же стойкости для тех цилиндрических и кукурузных фрез, которые были нами испытаны при одинаковых значениях Sz и t и имели одинаковые Dviz, но различные о, будет

VV= ЬР.оц"__

""(•-т+'.г-ег^

где буквы с индексом „к" относятся к кукурузной фрезе, с индексом Л"—к цилиндрической. Для нашего случая:

z — ~~~ ~ 6,34; -=1,5;

h z

ак — 25°; оц =а 30°;

b — 30 мм.

По данным Оргавиапрома

у = 0,39; р = 0,09; и = 0,27.

По данным Наркомтанкопрома

у = 0,4; р — 0,09; ц=0,18.

Подставляя эти значения, получим а) по данным Оргавиапрома

^ = 0,67 Уц

б) по данным Наркомтанкопрома

К

V,

0,646,

Таково должно быть соотношение скоростей резания для кукурузной и цилиндрической фрез, если наши предположения верны. Рисунок 6 показывает, что для стойкостей выше 100 минут (такие стойкости и интере-

-еуйт производство при работе фрез), вычисленные по уравнениям соотношения скоростей резания, достаточно точно подтверждаются нашими опытами, что показывает на возможность использования нормативных материалов при расчете режимов резания (скоростей) для кукурузных фрез, с учетом сделанных выше замечаний.

Заключение

к Проведенное исследование показало, что стойкость кукурузных фрез ниже стойкости цилиндрических, ввиду повышенного износа тех уча стков режущих кромок, которые снимают утолщенную стружку.

2. Показана возможность применения для расчета скоростей резания гари работе кукурузных фрез тех зависимостей, которые получены для цилиндрических фрез, с учетом особенностей геометрии стружки, снимаемой режущими элементами кукурузной фрезы.

ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

I. Розенберг А. М.—-Динамика кукурузной обдирочной фрезы.

2» Оргавиапром,—Руководящие материалы по режимам резания. Фрезерование. Оборонщик 1942.

3. Наркомтанкопром. Бюро технических нормативов.—Справочник по режимам резании «» фрезерных станках. Машгиз, 1942.