Разбираемся в разнице качества фрезерования при встречном и попутном направлении режущих граней относительно материала.

Во время встречного фрезерования зуб фрезы во время снятия стружки с обрабатываемого материала нагружается плавно, благодаря чему ресурс инструмента исчерпывается гораздо дольше по сравнению с попутным фрезерованием.

Такой способ фрезерования также поможет продлить срок службы фрезы в случае с поверхностно уплотненной заготовкой, так как снятие стружки начинается с неплотного подкоркового слоя материала.

В зависимости от направления вращения фрезы выделяют 2 типа фрезерования: встречное и попутное.

Попутным называют такой способ фрезерования, при котором подача материала совпадает с направлением вращения фрезы, рис.1.

Рис. 1. Встречное фрезерование - А. Попутное фрезерование- Б.

Если же направление фрезерования и подача противоположно направлены, то имеем дело со встречным фрезерованием

Как недостатки, так и преимущества есть у обоих способов.

При попутном фрезеровании зуб фрезы в момент входа в заготовку нагружается скачкообразно, происходит удар о поверхность обрабатываемого материала. Как следствие из этого получаем повышенный износ инструмента. Наиболее существенно этот эффект проявляется при обработке поверхностно уплотненного материала и обработке поверхности прямозубыми цилиндрическими фрезами.

При попутном фрезеровании происходит уплотнение обрабатываемой поверхности. Это, конечно, нельзя однозначно отнести к достоинствам или недостаткам. Уплотнение связано с тем, что непосредственно в зоне обработки происходят пластические деформации срезаемого слоя материала, а благодаря тому, что силы давления фрезы и реакции заготовки в зоне обработки направлены встречно, происходит сминание (то самое уплотнение) слоя материала заготовки.

Благодаря тому, что фреза в процессе работы давит на заготовку, прижимая ее к опорной поверхности и тем самым увеличивая жесткость сопряжения, точность обработки получается выше, по сравнению со встречным фрезерованием.

Во время встречного фрезерования зуб фрезы во время снятия стружки с обрабатываемого материала нагружается плавно, благодаря чему ресурс инструмента исчерпывается гораздо дольше по сравнению с попутным фрезерованием. Такой способ фрезерования также поможет продлить срок службы фрезы в случае с поверхностно уплотненной заготовкой, так как снятие стружки начинается с неплотного подкоркового слоя материала. В области же плотной корки (выделена область «А» на рис.1 б) разделение материала происходит во многом за счет сил растяжения и изгиба. Эти виды нагрузки требуют гораздо меньшего усилия для разрушения материала, в отличие от сминания, которое имеем в случае с попутным фрезерованием.

При встречном способе фрезерования изменение плотности обрабатываемого слоя материала происходит в меньшей степени. Однако при этом возможно проскальзывание зуба по поверхности заготовки, что приведет к упрочнению продавленного слоя и последующему увеличению требуемой для обработки нагрузки.

При встречном способе обработки материала фреза в процессе работы стремится вытянуть слой материала из заготовки. При этом толщина срезаемой стружки непостоянна. Из-за вызываемых при этом упругих деформаций возникает вибрация и, как следствие, снижается качество обрабатываемой поверхности.

Итак, учитывая названные преимущества и недостатки рассматриваемых способов фрезерования можно сделать выводы, что попутное фрезерование больше подходит для:

Чистовой обработки;

В случаях, когда снимается тонкий слой за проход;

Обработки поверхностно не уплотненных материалов.

Встречное фрезерование больше подходит для:

Черновой обработки материала;

Обработки поверхностно уплотненных материалов.

На рис. 21 показан пример обработки торцовой фрезой. В корпус торцовой фрезы 5 установлены вставные зубья — резцы 4. Каждым резцом снимается припуск, определяемый подачей s z и глубиной резания t. Зубья фрезы срезают припуск по криволинейной траектории. В зависимости от расположения обрабатываемой детали относительно фрезы меняются условия резания.

Рис. 21. : 1 — обработанная поверхность, 2— поверхность резания, 3 — обрабатываемая поверхность резания. 4 — резец (вставной нож), 5 — корпус фрезы; v — направление вращения фрезы, s z —подача, приходящаяся на один зуб фрезы, t — глубина резания

Рис. 22. Различные положения торцовой фрезы относительно обрабатываемой детали:

а— симметричное, б — выше центра (встречное фрезерование); в— ниже центра (попутное фрезерование); 1 — фреза, 2 — обрабатываемая деталь; v — направление вращения фрезы, s — направление подачи

На рис. 22 показано различное взаимное положение фрезы и обрабатываемой детали. На рис. 22, а обрабатываемая деталь 2 расположена относительно оси фрезы 1 симметрично. В этом случае сечение стружки в процессе резания хотя и не постоянно, но оказывается примерно одинаковым в момент входа резца в металл и в момент выхода. Направление действия силы резания по отношению к направлению подачи также не постоянно, но остается близким к 90°, особенно, если диаметр фрезы существенно больше ширины обрабатываемой поверхности.

В случае, когда деталь расположена относительно фрезы не симметрично (выше центра), как это показано на рис. 22, б, условия резания значительно изменяются. В момент входа резца в металл сечение стружки оказывается существенно меньшим, чем при его выходе. Движение резца в процессе резания осуществляется всегда навстречу движению подачи. Такие условия резания получили название встречного фрезерования.

Если обрабатываемую деталь сместить относительно оси фрезы в противоположную сторону (ниже центра), как это показано на рис. 22, в, то сечение стружки в момент входа резца в металл станет больше, чем при его выходе, а направление движения резца окажется близким к направлению подачи. Такие условия фрезерования получили название попутного фрезерования.

При обработке хрупких металлов иногда надо создавать условия плавного выхода резца из металла, чтобы не допустить выкрашивания кромки обрабатываемой детали. Это будет соответствовать методу попутного фрезерования. Однако при таком методе всегда возникает опасность произвольного перемещения обрабатываемой детали вместе со столом ставка в направлении движения режущей кромки. Это может произойти, если в механизме перемещения стола имеются большие зазоры. При произвольном перемещении стола процесс резания происходит рывками, увеличивается шероховатость обработанной поверхности и возникает опасность поломки фрезы. Поэтому прежде, чем установить режим попутного фрезерования, необходимо отрегулировать зазоры в механизме движения стола. Для этого на станке предусмотрены соответствующие устройства.

На рис. 23 показано попутное и встречное фрезерование применительно к фрезерованию цилиндрической фрезой.

Рис. 23. Обработка цилиндрической фрезой :

а — попутное фрезерование, б— встречное фрезерование; v— направление вращения фрезы, s п —подача попутная, s в —подачавстречная, s z — подача на один зуб фрезы, t— глубина резания, В — ширина фрезерования

Из рис. 23, а видно, как изменяется сечение стружки от наибольшего значения к наименьшему при попутном фрезеровании и от наименьшего к наибольшему при встречном фрезеровании (рис. 23, б).

Рис. 24. Схема действия сил при встречном и попутном фрезеровании : а— попутное фрезерование, б — встречное фрезерование; R — сила резания, Р х — горизонтальная составляющая силы резания, Р у — вертикальная составляющая силы резания, P ок —окружное усилие, P рад —радиальное усилие, s — направление подачи, v — направление вращения фрезы, D — диаметр фрезы

На рис. 24 показана схема действия сил, возникающих при различных методах фрезерования. Сила резания Rскладывается из окружного усилия Р ок, направление которого совпадает с направлением скорости резания v, и радиального усилия Р рад.величина которого пропорциональна глубине резания. Для сравнения условий резания рассматривается положение режущей кромки, когда она находится под одним и тем же углом относительно вертикали (рис. 24, а, б). В этом случае сечение стружки будет одинаковым. Одинаковым будут и величины силы резания окружного и радиального усилий, но направления векторов силы окажутся различными.

Разложим вектор силы резания на две составляющие Р х и Р у и сравним их действие при попутном и встречном фрезеровании.

Горизонтальная составляющая Р х при попутном фрезеровании действует в том же направлении, что и подача, а вертикальная составляющая Р у направлена вниз, прижимая обрабатываемую деталь к столу.

При встречном фрезеровании горизонтальная составляющая Р х направлена навстречу подаче, а вертикальная составляющая Р у обращена вверх, как бы отрывая деталь от стола. Чем больше величина припуска, тем в большей степени проявляется действие этой составляющей.

Если при попутном фрезеровании опасными являются зазоры в резьбовом соединении ходового винта и гайки станка, с помощью которых стол перемещается в направлении подачи, то при встречном фрезеровании опасность вызывают зазоры в направляющих стола поскольку вертикальная составляющая Р у может приподнять стол вместе с обрабатываемой деталью, а это приведет к возникновению колебаний (вибраций). Механизмы подач стола при встречном фрезеровании испытывают наибольшую нагрузку. Для этого случая регулируются предохранительные механизмы станка.

Разбираемся в разнице качества фрезерования при встречном и попутном направлении режущих граней относительно материала.

Во время встречного фрезерования зуб фрезы во время снятия стружки с обрабатываемого материала нагружается плавно, благодаря чему ресурс инструмента исчерпывается гораздо дольше по сравнению с попутным фрезерованием.

Такой способ фрезерования также поможет продлить срок службы фрезы в случае с поверхностно уплотненной заготовкой, так как снятие стружки начинается с неплотного подкоркового слоя материала.

В зависимости от направления вращения фрезы выделяют 2 типа фрезерования: встречное и попутное.

Попутным называют такой способ фрезерования, при котором подача материала совпадает с направлением вращения фрезы, рис.1.

Рис. 1. Встречное фрезерование - А. Попутное фрезерование- Б.

Если же направление фрезерования и подача противоположно направлены, то имеем дело со встречным фрезерованием

Как недостатки, так и преимущества есть у обоих способов.

При попутном фрезеровании зуб фрезы в момент входа в заготовку нагружается скачкообразно, происходит удар о поверхность обрабатываемого материала. Как следствие из этого получаем повышенный износ инструмента. Наиболее существенно этот эффект проявляется при обработке поверхностно уплотненного материала и обработке поверхности прямозубыми цилиндрическими фрезами.

При попутном фрезеровании происходит уплотнение обрабатываемой поверхности. Это, конечно, нельзя однозначно отнести к достоинствам или недостаткам. Уплотнение связано с тем, что непосредственно в зоне обработки происходят пластические деформации срезаемого слоя материала, а благодаря тому, что силы давления фрезы и реакции заготовки в зоне обработки направлены встречно, происходит сминание (то самое уплотнение) слоя материала заготовки.

Благодаря тому, что фреза в процессе работы давит на заготовку, прижимая ее к опорной поверхности и тем самым увеличивая жесткость сопряжения, точность обработки получается выше, по сравнению со встречным фрезерованием.

Во время встречного фрезерования зуб фрезы во время снятия стружки с обрабатываемого материала нагружается плавно, благодаря чему ресурс инструмента исчерпывается гораздо дольше по сравнению с попутным фрезерованием. Такой способ фрезерования также поможет продлить срок службы фрезы в случае с поверхностно уплотненной заготовкой, так как снятие стружки начинается с неплотного подкоркового слоя материала. В области же плотной корки (выделена область «А» на рис.1 б) разделение материала происходит во многом за счет сил растяжения и изгиба. Эти виды нагрузки требуют гораздо меньшего усилия для разрушения материала, в отличие от сминания, которое имеем в случае с попутным фрезерованием.

При встречном способе фрезерования изменение плотности обрабатываемого слоя материала происходит в меньшей степени. Однако при этом возможно проскальзывание зуба по поверхности заготовки, что приведет к упрочнению продавленного слоя и последующему увеличению требуемой для обработки нагрузки.

При встречном способе обработки материала фреза в процессе работы стремится вытянуть слой материала из заготовки. При этом толщина срезаемой стружки непостоянна. Из-за вызываемых при этом упругих деформаций возникает вибрация и, как следствие, снижается качество обрабатываемой поверхности.

Итак, учитывая названные преимущества и недостатки рассматриваемых способов фрезерования можно сделать выводы, что попутное фрезерование больше подходит для:

Чистовой обработки;

В случаях, когда снимается тонкий слой за проход;

Обработки поверхностно не уплотненных материалов.

Встречное фрезерование больше подходит для:

Черновой обработки материала;

Обработки поверхностно уплотненных материалов.

Каждый раз, когда режущая кромка входит в резание, она подвергается ударной нагрузке. Для успешного выполнения фрезерования необходимо обеспечить надлежащий контакт между режущей кромкой и обрабатываемым материалом на входе и выходе из резания. Во время фрезерования заготовка подаётся по направлению вращения фрезы или против него, что влияет на начало и конец резания и выбор варианта фрезерования – попутное или встречное.

Золотое правило фрезерования – от толстой стружки к тонкой

В процессе фрезерования необходимо постоянно следить за характером формируемой стружки. При этом необходимо учитывать положение фрезы, которое влияет на процесс формирования стружки, и стремиться к увеличению толщины стружки на входе и уменьшению на выходе из резания, что является гарантией стабильного процесса фрезерования.

Помните золотое правило фрезерования – от толстой стружки к тонкой стружке – и стремитесь к минимальной толщине стружки при выходе из резания.

Попутное фрезерование

При попутном фрезеровании (фрезерование по подаче) направление подачи заготовки совпадает с вектором скорости резания. Попутное фрезерование всегда является предпочтительным методом, при условии, что станок, заготовка и крепление позволяют его применить.

При попутном фрезеровании периферией толщина стружки максимальна на входе в резание и постепенно уменьшается, достигая нуля на выходе из резания. Это позволяет избежать затирания режущей кромки и выглаживания обрабатываемой поверхности в начальный момент резания.

Большая толщина стружки даёт определённые преимущества. Под действием сил резания фреза прижимается к заготовке, благодаря чему режущая кромка находится в постоянном контакте с материалом.

Однако, так как фреза имеет тенденцию прижимать заготовку, станок должен обеспечивать беззазорный привод в механизме подачи стола. Когда фреза вжимается в заготовку, подача непреднамеренно увеличивается, что может вызвать чрезмерное увеличение толщины стружки и повреждение режущей кромки. В таких случаях следует рассмотреть возможность использования встречного фрезерования.

Встречное фрезерование

При встречном фрезеровании (традиционное фрезерование) направление подачи заготовки противоположно скорости резания.

Толщина стружки равна нулю при входе в резание и постепенно увеличивается к выходу из резания. Режущая кромка должна вжиматься в заготовку, создавая эффект выкатывания за счёт трения, высокой температуры и – нередко – контакта с поверхностно-упрочнённой поверхностью, полученной предыдущей режущей кромкой. Всё это негативно влияет на стойкость инструмента.

Большая толщина стружки и высокая температура на выходе из резания могут вызывать высокие растягивающие напряжения, которые негативно влияют на стойкость инструмента и часто ведут к быстрой поломке режущих кромок. Кроме этого, они могут вызывать налипание или наваривание стружки на режущую кромку, в результате чего она останется на режущей кромке до начала следующего резания и вызовет повреждение кромки.

Под действием сил резания фреза и заготовка отжимаются друг от друга, при этом радиальные силы стремятся оторвать заготовку от стола.

Встречное фрезерование может дать определённые преимущества при значительных колебаниях припуска на обработку. Также рекомендуется использовать встречное фрезерование при обработке жаропрочных сплавов с помощью керамических пластин, так как керамика чувствительна к нагрузкам, возникающим при врезании.

Закрепление заготовки

Направление подачи инструмента предъявляет различные требования к закреплению заготовки. При встречном фрезеровании зажимное приспособление должен противостоять силам, отрывающим заготовку от стола. А при попутном фрезеровании – силам, прижимающим заготовку к столу.

ИЗМЕНЕНИЕ РАДИУСА ПАЗА ПО ДЛИНЕ ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ГЛУБИННОМ ШЛИФОВАНИИ ЗАГОТОВКИ ИЗ ТИТАНОВОГО СПЛАВА

Носенко Сергей Владимирович 1 , Кременецкий Леонид Леонидович 2 , Морозова Лилия Константиновна 3
1 Волжский Политехнический Институт (филиал) Волгоградского Государственного Технического Университета, к.т.н., доцент
2 Волжский Политехнический Институт (филиал) Волгоградского Государственного Технического Университета, аспирант
3 Волжский Политехнический Институт (филиал) Волгоградского Государственного Технического Университета, ассистент

Аннотация
В статье представлено исследование закономерностей изменения радиуса, полученного методом глубинного шлифования.

THE CHANGE OF RADIUS OF THE GROOVE ON LENGTH OF THE PROCESSED SURFACE DURING DEEP GRINDING OF PREPARATION FROM THE TITANIC ALLOY

Nosenko Sergey Vladimirovich 1 , Kremenetsky Leonid Leonidovich 2 , Morozova Lilia Konstantinovna 3
1 Volzhskiy Polytechnic Institute (branch) Volgograd State Technical University, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor
2 Volzhskiy Polytechnic Institute (branch) Volgograd State Technical University, graduate student
3 Volzhskiy Polytechnic Institute (branch) Volgograd State Technical University, assistant

Abstract
The research of regularities of change of the radius received by method of deep grinding is presented in article.

Библиографическая ссылка на статью:
Носенко С.В., Кременецкий Л.Л., Морозова Л.К. Изменение радиуса паза по длине обработанной поверхности при глубинном шлифовании заготовки из титанового сплава // Современная техника и технологии. 2015. № 12 [Электронный ресурс]..02.2019).

Отличительной особенностью шлифования сплавов на основе титана является высокая адгезионная активность металла к абразивному материалу . При глубинном шлифовании, когда длина дуги контакта в десятки раз превышает длину дуги контакта обычного шлифования, высокая адгезионная активность титана, являющегося основой сплавов, оказывает существенное влияние на показатели процесса .

Глубинное шлифование подразделяется на несколько этапов и подэтапов .На всех этапах, кроме этапа постоянной длины дуги контакта, даже при одинаковых режимах шлифования и состоянии рабочей поверхности круга происходит изменение параметров процесса, что отражается на состоянии рабочей поверхности абразивного инструмента, силе резания и качестве обработанной поверхности .

Особенности формообразования на различных этапах глубинного шлифования оказывают влияние на кромкостойкость абразивного инструмента, что имеет большое значение на операциях профильного прецизионного глубинного шлифования.

Одним из показателей, определяющих кромкостойкость абразивного инструмента, является радиус закругления профиля обработанной поверхности. При глубинном шлифовании пазов такой профильной частью обработанной поверхности является радиус перехода от дна к стенке паза.

В связи с этим цель данной работы заключалась в исследовании закономерностей изменения радиуса, полученного методом глубинного шлифования.

Исследование процесса плоского глубинного шлифования осуществляли на прецизионном профилешлифовальном станке CHEVALIER модели Smart-B1224III, оснощенного устройством непрерывной правки абразивного инструмента с компенсацией износа. В качестве обрабатываемого материала использовали титановый сплав ВТ8. Обработку осуществляли высокопористым шлифовальным кругом типоразмера 1 350×20×127 из карбида кремния на керамической связке производства ОАО «Волжский абразивный завод» на встречной и попутной подачах стола. Охлаждение осуществляли СОЖ с присадкой натрия фосфорнокислого трехзамещенного .

Радиус определяли на приборе Form Talysurf Intra со сторон входа и выхода круга в образец, а также в местах состыковки образцов. Длина паза l 1 =16,4 мм и l 2 =48,8 мм.

В первый момент этапа врезания существенного различия в толщине среза при попутном и встречном шлифовании не наблюдается. С увеличением длины дуги контакта при встречном шлифовании начальная толщина уменьшается, при попутном – остается постоянной.

Толщина сечения среза во многом определяет начальную силу резания зерна. Чем больше толщина сечения среза, тем больше сила. Учитывая высокую скорость резания, первоначальный контакт зерна с обрабатываемым материалом можно рассматривать, как удар. Очевидно, что чем больше первоначальная толщина сечения среза, тем больше ударная нагрузка.

При встречном шлифовании в целом ударная нагрузка в момент касания зерна с обрабатываемым материалом ниже. Чем больше длина дуги контакта, тем больше различие в силе удара между направлениями подачи.

С увеличением длины дуги контакта происходит затупление вершин зерен. Сила удара, так же как и сила резания зависит от степени затупления абразивного зерна: чем больше затуплено зерно, тем выше сила удара. В результате ударная нагрузка возрастает и в определенный момент времени может достигнуть силы удержания зерна связкой. Происходит вырывание зерна. Конечно ударная нагрузка – это не единственная причина вырывания зерна из связки. Тем не менее, дополнительное наложение ударной нагрузки будет способствовать переходу круга в режим самозатачивания. Об этом свидетельствуют и экспериментальные данные: при попутном шлифовании количество случаев мгновенного самозатачивания рабочей поверхности круга на много больше, чем при встречном.

Рисунок 1. Изменение радиуса паза r по длине обработанной поверхности l :

○ – встречное шлифование; ● – попутное шлифование

Убедительным доказательством большей вероятности скалывания и вырывания зерен при попутном шлифовании по сравнению со встречным являются данные по размеру радиуса паза r шлифованных образцов (рис.). Во всех рассмотренных случаях большее значение r получено при попутном шлифовании. Радиус паза образован кромкой шлифовального круга.

Как известно, износ круга при работе в режиме самозатачивания выше, чем в режиме затупления. Поэтому, даже при отсутствии ярко выраженного процесса самозатачивания, износ круга при попутном шлифовании выше, чем при встречном и подтверждает предположение о влиянии ударной нагрузки на изнашивание круга при попутном шлифовании.

Результаты исследований свидетельствуют о том, что при встречном глубинном шлифовании кромкостойкость инструмента выше, чем при попутном.

Библиографический список

1. Носенко В.А., Влияние контактного взаимодействия на износ абразивного инструмента при шлифовании // . 2005. № 1 . С. 73-77.
2. Носенко В.А., Совершенствование абразивного инструмента на бакелитовой связке // Проблемы машиностроения и надежности машин . 2004. № 3 . С. 85-90.
3. Носенко В.А., Ларионов Н.Ф., Егоров Н.И., Волков М.П., Выбор характеристики абразивного инструмента и СОЖ для глубинного шлифования //