Пример расчета показателя качества процесса точения

Исходные данные для расчета.

В базовом варианте точится заготовка из стали 45 (_в=610 МПа), а в сравниваемом варианте – из стали 20 (_в=420 МПа). Остальные условия обработки одинаковы:

а) диаметр заготовки Д=100 мм;

б) сведения о резце:

• материала режущей части – Т15К6;

• сечение державки – 1625 мм;

• углы резца: =45, =10, =–5;

• радиус при вершине резца r=2 мм;

в) глубины t=1 мм;

г) период стойкости резца – Т=60 мин.

1. Определим единичные показатели качества процесса точения:

1) Производительности процесса Q, см³/мин (1):

а) определим подачу [30, с. 266, таблица 11].

Для диаметра заготовки до 100 мм при точении конструкционной стали резцом с размером сечения державки 1625 мм с глубиной резания t до 3 мм подача находится в интервале S=0,6-1,2 мм/об.

Окончательно выбираем S=1 мм/мин.

б) рассчитаем скорость резания , м/мин по эмпирической формуле 11) [30, с.265]

, (11)

где C_v – коэффициент,

m, x, y – показатели степени,

K_ – коэффициент, учитывающий условия обработки.

Значения коэффициента и показателей степени определим из [30, с. 265, таблица 17].

При наружном продольном точении конструкционной углеродистой стали с _в=750 МПа при подаче S>0,7 мм/об: С_v=340, x=0,15, y=0,45, m=0,2.

Коэффициент К_ рассчитаем как произведение коэффициентов

, (12)

где K_m, K_n, K_u, К_, К_r – коэффициенты, учитывающие соответственно материал заготовки, состояние ее поверхности, материал инструмента, угол резца , радиус при его вершине r.

Коэффициент K_m [30, с. 261, таблица 1] при обработке стали рассчитывается по формуле (13)

(13)

Как для базового материала – стали 45 (с=0,45% и _в=610 МПа), так и для сравниваемого материала (с=0,2%; _в=420МПа) при обработке резцом из твердого сплава К_Т=1 и n_=1 [30, с. 262, таблица 2], тогда для стали 45 , а для стали 20 .

При обработке заготовки с поверхностью без корки для обеих сталей К_n=1 [30, с. 263, таблица 5].

При обработке обеих конструкционных сталей резцом из твердого сплава Т15К6 К_u=1. При главном угле резца в плане =45, К_=1,0 вспомогательном угле в плане ₁=10, К_1=1,0 и радиус при вершине r= 2 мм, K_r=1.

Тогда при обработке стали 45

К_{ баз} = 1, 23  1  1  1  1 = 1,23,

а при обработке сравниваемой стали 20

.

При заданном периоде стойкости резца Т=40 мин скорость резания:

а) при обработке стали 45

б) при обработке стали 20

.

Тогда производительность точения стали 45 равна

,

а – стали 20 –

.

2) Тангенциальную составляющую силы резания (2):

а) определим значения коэффициента и показателей степени , , . Из [34, с. 273, таблица 22] при наружном продольном точении конструкционной стали с _в=750 МПа – , , , . Поправочный коэффициент на основании рекомендаций [30, с. 271] рассчитывается по формуле (14)

, (14)

где , , , – коэффициенты, учитывающие соответственно марку обрабатываемого материала, углы резца , , .

Как при обработке резцами конструкционной углеродистой стали 45 с _в=610 МПа, так и стали 20 _в=420 МПа коэффициент рассчитывается по формуле (15) [34, с. 264, таблица 9]

, (15)

где n=0,75 для резцов из твердого сплава.

Тогда . Значения остальных коэффициентов определим из [30б с. 275, таблица 23].

При точении резцами твердого сплава: при =45– =1,0, при =10– =1,0, при =–5– =1,0.

Тогда как при обработке заготовок стали 45, так и стали 20.

Тогда при обработки заготовки из стали 45, Н, а – из стали 20,

Н.

3) Мощность резания (3).

При обработке заготовки из базовой стали 45

кВт

При обработке заготовки стали 20

кВт

4) Энергозатраты при резании.

При обработке заготовки из базовой стали 45 (плотность стали =7850 кг/м³⁾

кВт  ч

При обработке заготовки из стали 20

кВт  ч

2. Определим показатели уровня качества процесса точения заготовки из стали 20:

1) Уровень качества по производительности (6)

2) Уровень качества по силе резания (7)

3) Уровень качества по мощности (8)

4) Уровень качества по энергозатратам (9)

При обработке заготовке из стали 45 уровни качества по всем показателям равны 1.

3. Построим циклограмму ровней качества («паутину качества») показатели процесса (рисунок 1).

Рис. 1. Циклограмма уровней качества процессов точения

1 – базового, 2 – сравниваемого

Для этого под 90 проведем из центра четыре луча, на которых отложим значения уровней качества для базового и сравниваемого процессов точения. Затем соединим полученные точки для каждого процесса прямыми линиями и получим квадрат для базового и четырехугольник – для сравниваемого вариантов.

Сравниваемый вариант уступает базовому по уровню качества по мощности, т.к. сила резания уменьшается менее интенсивно, чем растет скорость резания.

Визуально можно определить, что площади, занимаемые четырехугольниками приблизительно одинаковы.

4. Рассчитаем средний уровень качества для сравниваемых процессов.

Для базового процесса точения заготовок из стали 45 средний уровень качества У_{к баз}=1.

Для сравниваемого варианта (10)

5. Сделаем вывод. По среднему уровню качества сравниваемый процесс превосходит базовый на 7%.