Обработка металлических и иных поверхностей с помощью стала неотъемлемой частью повседневной жизни в индустрии. Многие технологии видоизменились, некоторые упростились, но суть осталась прежняя – правильно подобранные режимы резания при токарной обработке обеспечивают необходимый результат. Процесс включает в себя несколько составляющих:

• мощность;
• частота вращения;
• скорость;
• глубина обработки.

Ключевые моменты изготовления

Существует ряд хитростей, которых необходимо придерживаться во время работы на токарном станке:

• фиксация заготовки в шпиндель;
• точение с помощью резца необходимой формы и размера. Материалом для металлорежущих основ служит сталь или иные твердосплавные кромки;
• снятие ненужных шаров происходит за счет разных оборотов вращения резцов суппорта и непосредственно самой заготовки. Иными словами, создается дисбаланс скоростей между режущими поверхностями. Второстепенную роль играет твердость поверхности;
• применение одной из нескольких технологий: продольная, поперечная, совмещение обеих, применение одной из них.

Виды токарных станков

Под каждую конкретную деталь используется тот или иной агрегат:

• винторезно-токарные: группа станков, пользующихся наибольшей востребованностью при изготовлении цилиндрических деталей из черных и цветных металлов;
• карусельно-токарные: виды агрегатов, применяемых для вытачивания деталей. Особенно больших диаметров из металлических заготовок;
• лоботокарный станок: позволяет вытачивать детали цилиндрической и конической форм при нестандартных габаритах заготовки;
• : изготовление детали, заготовка которой представлена в виде калиброванного прудка;
• – числовое программное управление: новый вид оборудования, позволяющий с максимальной точностью обрабатывать различные материалы. Достичь подобного специалисты могут с помощью компьютерной регулировки технических параметров. Точение происходит с точностью до микронных долей миллиметра, что невозможно увидеть или проверить невооруженным глазом.

Подбор режимов резания

Режимы работы

Заготовка из каждого конкретного материала требует соответствия режима резки при токарной обработке. От правильности подборки зависит качество конечного изделия. Каждый профильный специалист в своей работе руководствуется следующими показателями:

• Скорость, с которой вращается шпиндель. Главный акцент делается на вид материала: черновой или чистовой. Скорость первого несколько меньше, нежели второго. Чем выше обороты шпинделя, тем ниже подача резца. В противном случае плавление металла неизбежно. В технической терминологии это называется «возгорание» обработанной поверхности.
• Подача – выбирается в пропорциональном соотношении со скоростью шпинделя.

Резцы подбираются исходя из вида заготовки. Выточка с помощью токарной группы самый распространенный вариант, несмотря на наличие иных видов более совершенного оборудования.

Это обосновывается невысокой стоимостью, высокой надежностью, длительным сроком эксплуатации.

Как вычисляется скорость

В инженерной среде расчет режимов резания исчисляют с помощью следующей формулы:

V = π * D * n / 1000,

V – скорость резки, исчисляемая в метрах за минуту;

D – диаметру детали или заготовки. Показатели следует преобразовать в миллиметры;

n – величина оборотов за минуту времени обрабатываемого материала;

π – константе 3,141526 (табличное число).

Иными словами, скорость резания это тот отрезок пути, который проходит заготовка за минуту времени.

Например, при диаметре 30 мм скорость резки будет равна 94 метра за минуту.

При возникновении необходимости вычислить величину оборотов, при условии определенной скорости, применяется следующая формула:

N = V *1000/ π * D

Эти величины и их расшифровка уже известны по предыдущим операциям.

Дополнительные материалы

Во время изготовления, большинство специалистов руководствуются в качестве дополнительного пособия, приведенными ниже показателями. Таблица коэффициента прочности:

Коэффициент прочности материала:

Коэффициент стойкости резца:

Третий способ вычисления скорости

• V фактическое = L * K*60/T резания;
• где L – длина полотна, преображенная в метры;
• K – количество оборотов за время резания, исчисляемое в секундах.

Например, длина равна 4,4 метра, 10 оборотов, время 36 секунд, итого.

Скорость равна 74 оборота в минуту.

Видео: Понятие о процессе резания

Установки для автоматической сварки продольных швов обечаек - в наличии на складе!
Высокая производительность, удобство, простота в управлении и надежность в эксплуатации.

Сварочные экраны и защитные шторки - в наличии на складе!
Защита от излучения при сварке и резке. Большой выбор.
Доставка по всей России!

Криволинейная 2D (или 3D) порезка (репрография) незаменима во многих сферах промышленного производства. Услуги данного характера наиболее востребованы в строительстве (фрезеровка кассет из алюминиевого композитного материала), изготовлении наружной и интерьерной рекламы, деревообработке, производстве пресс-форм.

Само собой разумеется, что наличие фрезерно-гравировального оборудования и управляющей программы к нему – еще не гарантия положительного конечного результата при обработке того или иного материала. Плотность и внутренняя структура различных исходных заготовок требуют от оператора станка с ЧПУ специальных знаний, т.к. в противном случае неправильный выбор режима резки может привести не только к порче инструмента (), но и к отбраковке самого материала.

АКП (алюминиевые композитные панели) – наиболее простой в обработке материал, т.к. его внутренний наполнитель (полиэтилен) довольно мягок. Основная задача оператора при изготовлении пазов «под гиб» - не допустить сквозной прорезки заготовки, иначе при сгибании панели в кассету вероятно появление трещин и отслаивание лакокрасочного покрытия. В зависимости от толщины АКП (2-3-4 мм) скорость такой фрезеровки можно доводить до 80 мм/сек, но наиболее оптимальной скоростью подачи рабочего инструмента (конических фрез с углом 90-135 град.) является скорость 50 мм/сек, при которой у оператора не возникает особых проблем в контроле за общей обстановкой в рабочей зоне. Если необходимо выполнить сквозную резку АКП, то здесь скорость подачи инструмента должна находиться в пределах 25-50 мм/сек, т.к. диаметр фрез может быть различным (1,5 – 8 мм) и они, при неправильном выборе скорости, попросту, сломаются. Скорость вращения шпинделя при таких операциях – 20-24 тыс. об/мин.

Такие материалы как ПВХ (поливинилхлорид), акрил, САН, поликарбонат, полистирол, пенопласт и др. желательно фрезеровать на средних скоростях. Исключение можно сделать для ПВХ (до 100 мм/сек), если его толщина не превышает 6 мм, а диаметр рабочей фрезы не меньше 3мм. Самые жесткие материалы (акрил, поликарбонат, САН), как правило, плохо поддаются скоростной резке и оптимальный режим для их обработки – 20 -25 мм/сек. Иногда, требуется выполнить гравировку по литому акрилу. В таких случаях, используется коническая фреза (угол 30-90 град), а скорость ее подачи – 10-20 мм/сек. Скорость вращения шпинделя при таких операциях – 22-24 тыс. об/мин. Во избежание «запекания» стружки при обработке вышеуказанных материалов, следует обеспечить охлаждение фрезы и заготовки специальной жидкостью или, хотя бы, водой.

Деревообработка на станках с ЧПУ, также, отличается своими особенностями и требует правильного выбора режимов резки. Так, при 3D –порезке (детали для лестниц, дверей и т.д.) подача рабочего инструмента может быть различной – от 10 до 100 мм/сек. Здесь стоит ориентироваться на размеры получаемого изделия и твердость самой древесины. Хвойные породы дерева (сосна, кедр и др.) можно обрабатывать на скорости 50-80 мм/сек, более твердые (орех, дуб…) на скорости поменьше. Скорость вращения шпинделя при этом не должна превышать 18 тыс. об/мин.

– наиболее долгий и трудоемкий процесс, зачастую требующий постоянного контроля со стороны оператора. Не говоря о том, что любая резка металла должна обязательно сопровождаться водяным охлаждением инструмента, наличие большого количества «проходов» фрезы существенно влияет на ее быстрый износ и, следовательно, на качество самой порезки. Во избежание несвоевременной порчи инструмента, оператору следует выбрать правильный рабочий режим. Более мягкие металлы (алюминий, медь) можно резать на скорости 10-15 мм/сек, более твердые металлы и сплавы, и вовсе, на скорости 2-5 мм/сек. Вращение шпинделя при этом – 15-24 тыс. об/мин.

где D - номинальный диаметр фрезы.

Порядок фрезерования

1. По диаметру фрезы, ширине фрезерования, глубине резания и подаче на один зуб, определяется скорость резания и минутная подача. Следует учитывать особые условия конкретного фрезерования: наличие или отсутствие охлаждения, особенности конструкции фрезы и т. д.
2. Произвести настройку скорости вращения шпинделя.
3. Произвести настройку подачи шпинделя.

Износ инструмента

Чем больше скорость резания, тем больше выделяется тепла и тем больше нагреваются зубья фрезы. При достижении определённой температуры режущая кромка теряет твердость, и фреза перестаёт резать. Температура, при которой фреза перестаёт резать, для разных фрез различна и зависит от материала, из которого изготовлена фреза.
В процессе работы фреза затупляется. Затупление фрезы происходит вследствие износа, вызываемого трением сходящей стружки о переднею поверхность зуба и трением задней поверхностью зуба фрезы об обрабатываемую поверхность. Трение вызывает также увеличение температуры режущего инструмента, что в свою очередь снижает твёрдость его лезвия и способствует более быстрому износу. В процессе работы фреза проходит три стадии износа:

1. Новая, острая фреза - годная к эксплуатации.
Признаки: наличие заводской смазки, нормальный цвет поверхности (без окалин), ровная одноразовая заточка.
2. Фреза с нормальным износом - фрезу далее эксплуатировать нерационально, лучше заточить.
Признаки: наступление вибрации, появление неровной (рваной) поверхности обработки и чрезмерный нагрев вследствие увеличения трения.
3. Фреза с катастрофическим износом - восстановление фрезы практически невозможно.
Признаки: визуально видно, что рабочая кромка фрезы разрушена.

Режимы резки, используемые на практике, в зависимости от обрабатываемого материала и типа фрезы

Таблица (приведенная ниже) содержит справочную информацию параметров режима резания, взятые из практики. От этих режимов рекомендуется отталкиваться при обработке различных материалов со схожими свойствами, но необязательно строго придерживаться их.

Необходимо учитывать, что на выбор режимов резания, при обработке одного и того же материала одним и тем же инструментом, влияет множество факторов, основными из которых являются: жесткость системы Станок-Приспособление-Инструмент-Деталь (СПИД), охлаждение инструмента, стратегия обработки, высота слоя, снимаемого за проход, и размер обрабатываемых элементов.

Фрезерной обработке лучше всего подвергать пластики, полученныйе литьем, т.к. у них более высокая температура плавления.
-При резке акрила и алюминия желательно для охлаждения инструмента использовать смазывающую и охлаждающую жидкость (СОЖ), в качестве СОЖ может выступать обыкновенная вода или универсальная смазка WD-40 (в баллончике).
-При резке акрила, когда подсаживается (притупляется) фреза, необходимо понизить обороты до момента, пока не пойдет колкая стружка (осторожнее с подачей при низких оборотах шпинделя - вырастает нагрузка на инструмент и соответственно вероятность его сломать).
-Для фрезеровки пластиков и мягких металлов наиболее подходящими являются однозаходные (однозубые) фрезы (желательно с полированной канавкой для отвода стружки). При использовании однозаходных фрез создаются оптимальные условия для отвода стружки и соответственно отвода тепла из зоны реза.
-При фрезеровке рекомендуется применять такую стратегию обработки, при которой идет беспрерывный съем материала со стабильной нагрузкой на инструмент.
-При фрезеровке пластиков, для улучшения качества реза, рекомендуется использовать встречное фрезерование.
-Для получения приемлемой шероховатости обрабатываемой поверхности, шаг между проходами фрезы/гравера необходимо делать равным или меньше рабочего диаметра фрезы(d)/пятна контакта гравера(T).
-Для улучшения качества обрабатываемой поверхности желательно не обрабатывать заготовку на всю глубину сразу, а оставить небольшой припуск на чистовую обработку.
-При резке мелких элементов необходимо снизить скорость резания, чтобы вырезанные элементы не откалывались в процессе обработки и не повреждались.

Низко- и среднеуглеродистые, а также низколегированные стали при содержании углерода до 0,3% хорошо режутся кислородом.

Способность стали поддаваться резке приближенно можно оценить по химическому составу, пользуясь следующей формулой эквивалента углерода, учитывающей влияние углерода и легирующих элементов стали на резку:

где С э — эквивалент углерода; символы элементов в формуле обозначают их содержание в стали в весовых процентах.

Пример. Сталь имеет состав: С - 0,2; Мп — 0,8; Si—0,6. Тогда С э =0,2+0,16+0,8+0,3·0,6=0,508. Сталь относится к 1 группе (табл. 16).

Кислородная резка почти не влияет на свойства низкоуглеродистой стали вблизи места реза. Только при резке сталей с повышенным содержанием углерода кромки разреза в результате частичной закалки становятся более твердыми. Глубина зоны влияния при резке составляет:

При резке высоколегированных хромистых, хромомарганцовистых и хромоникелевых сталей происходит обеднение кромок хромом, кремнием, марганцем и титаном, а содержание никеля возрастает. В структуре такой стали между кристаллами около кромки появляются включения легкоплавких сульфидов и силицидов железа, что способствует возникновению горячих трещин в момент остывания кромок. Возможна межкристаллитная коррозия после резки. Поэтому кромки этих сталей после резки кислородом в случае необходимости фрезеруются или строгаются.

Для некоторых марок высоколегированных сталей применяют термическую обработку для восстановления структуры кромок после резки кислородом.

3. РЕЖИМЫ РЕЗКИ

Основные показатели режима резки — это давление режущего кислорода и скорость резки, которые определяются главным образом толщиной разрезаемой стали. Величина давления кислорода зависит от конструкции резака, применяемых мундштуков, величины сопротивлений в кислородоподводящих коммуникациях и арматуре.

На скорость резки, помимо толщины металла, влияют также: метод резки (ручной или машинный); форма линии реза (прямолинейная или фасонная) и, наконец, вид резки (разделочная, заготовительная с припуском на механическую обработку, заготовительная под сварку, чистовая).

Режимы ручной резки приводились в табл. 11. Скорость ручной резки можно также определять по формуле

где S — толщина разрезаемой стали, мм.

При малой скорости резки происходит оплавление кромок реза, при слишком большой — значительно отстает кислородная струя, в результате образуются непрорезанные до конца участки и нарушается непрерывность резки.

Режимы машинной чистовой резки деталей с прямолинейными кромками без последующей механической обработки под сварку приведены в табл. 17. Для фасонной резки скорость берется в пределах, указанных в таблице для резки двумя резаками. При заготовительной резке скорость принимается на 10—20% выше указанной в таблице.

Приведенные в табл. 17 данные относятся к кислороду чистотой 99,5%. При меньшей чистоте кислорода эти величины следует умножать на поправочные коэффициенты, равные:

4. ТЕХНИКА РУЧНОЙ РЕЗКИ

Разрезаемый лист укладывают на подкладки, выверяют по горизонтали и, если нужно, закрепляют. Затем лист по линии реза очищают от окалины, ржавчины, грязи, которые уменьшают точность и ухудшают качество реза. Лист размечают (рис. 106), нанося на нем мелом или чертилками контуры вырезаемых деталей, причем так, чтобы металл использовался с наименьшим количеством отходов. Номера наружного и внутреннего мундштуков подбирают в зависимости от толщины металла, в соответствии с паспортом резака.

Резку обычно начинают с кромки листа. Если же нужно начать с середины листа (например, при вырезке фланцев), то сначала в листе прожигают кислородом отверстие, а затем вырезают нужную фигуру. Нагревают металл в месте, откуда ведут резку, а затем пускают режущую струю кислорода. Вслед за этим начинают перемещать резак по намеченной линии реза, прожигая металл на всю толщину. Если резку начинают с кромки, время начального подогрева (при работе на ацетилене) металла толщиной 5—200 мм составляет от 3 до 10 сек. При пробивке отверстия в листе струей кислорода это время увеличивается в 3—4 раза.

Резак следует перемещать равномерно. Если двигать его слишком быстро, то соседние участки металла не будут успевать нагреваться и процесс разрезания может прекратиться. При слишком медленном перемещении резака кромки будут оплавляться и разрез получится неровным, с большим количеством шлака.

Процесс кислородной резки основан на свойстве горения металла в струе кислорода и удаление этой струей образующихся оксидов.

Перед началом данного процесса следует ознакомится с техникой кислородной резки .

Процесс резки начинается с нагрева металла до температуры воспламенения, развивающееся при этом тепло реакции сгорания металла, способствует дальнейшему нагреву соседних частиц до температуры воспламенения, благодаря чему режущая струя кислорода непрерывно проникает на всю глубину и прорезает его насквозь, при этом часть металла вдоль плоскости реза обращается в окислы металла и выдувается струей кислорода.

Для устойчивого протекания процесса резки необходимо соблюдать следующие условия:

1.Температура горения металла должна быть ниже температуры плавления металла; в противном случае металл расплавится и стечет раньше, чем успеет сгореть.

2.Образующиеся при резке шлаки, состоящие преимущественно из окислов металла, должны быть легкоплавкими и жидкотекучими, и стекать под действием струи режущего кислорода .

3.Теплота выделяемая реакцией сгорания металла, должна быть достаточной, чтобы обеспечить непрерывное продолжение начавшегося процесса резки.

4.Теплопроводность металла должна быть достаточно малой, чтобы предупредить большие потери тепла от места резки на бесполезный подогрев всей массы металла.

5.Температура плавления металла должна быть выше точки плавления окислов; в противном случае образующиеся в процессе резки окислы не смогут отделяться от основного металла, не будет непрерывным. Этим условиям удовлетворяет железо (сталь), титан (и его сплавы), и марганец.

Разрезаемость стали и влияние углерода и легирующих элементов на кислородную резку сталей

Способность металлов подвергаться кислородной резке зависит от того, насколько полно удовлетворяется приведенные выше условия.

Влияние углерода на разрезаемость

Металл	Характеристика разрезаемости
Низкоуглеродистая сталь	При содержании углерода до 0,3% разрезаемость хорошая
Среднеуглеродистая сталь	С увеличением содержания углерода с 0,3% до 0,7% резка осложняется
Высокоуглеродистая сталь	При содержании углерода свыше 0,7% до 1% резка затруднительна и требуется предварительный подогрев стали до температуры 300-700°С. При содержании углерода более 1-1,2% резка невозможна (без применения флюса)

Марганец (Mn) - облегчает резку. Ухудшает резку при содержании более 4%.

Кремний (Si) - стали, при содержании углерода до 0,2 % и Si до 4 %, режутся хорошо.

Хром (Сг) - стали с содержанием Сг до 1,5% режутся хорошо, при повышении содержания резка затрудняется и при содержании свыше 8-10% - кислородная резка невозможна (здесь применяется кислородно-флюсовая или воздушно-плазменная резка).

Никель (Ni) - хорошо режутся стали с содержанием Ni до 0,7%, если содержание углерода в стали не более 0,5%, то она режется хорошо с содержанием Ni до 4-7%, при содержании более 34% - резка ухудшается.

Медь (Си) - стали с содержанием Си до 0,7% режутся хорошо.

Молибден (Мо) - обычные молибденовые стали режутся удовлетворительно при содержании до 0,25-0,3%, резка не затрудняется, но происходит закалка кромки реза.

Вольфрам (W) - стали с содержанием W до 10% режутся хорошо и удовлетворительно, при содержании свыше 10% резка сильно затруднена.

Сера и Фосфор (S и Р) - при содержании этих элементов в пределах, предусмотренных стандартами, - на резку не влияют.

Основные показатели режима кислородной резки :

• мощность пламени
• давление режущего кислорода
• скорость резки

Мощность пламени зависит разрезаемого металла, состава и состояния стали (прокат, поковка, отливка). При ручной резке, из-за неравномерности перемещения резака, обычно в 1,5-2 раза увеличивают мощность пламени по сравнению с машинной резкой. При резке литья, т.к. поверхность отливки обычно покрыта формовочной землей и пригаром, мощность пламени увеличивается в 3-4 раза.

Для резки сталей толщиной до 300 мм применяют нормальное пламя, а при толщине металла свыше 400 мм целесообразно использовать подогревающее пламя с избытком ацетилена (науглероживающее) для увеличения длины факела (помимо применения более высокого давления кислорода) и прогрева нижней части реза.

Выбор давления режущего кислорода зависит, прежде всего от толщины разрезаемого металла и чистоты кислорода. При более высоком давлении используются мундштуки с большим диаметром канала режущего кислорода. Для каждого мундштука (наружного и внутреннего) существует оптимальная величина давления при изменении которой в ту или иную сторону, качество реза ухудшается и изменяется скорость резки. Соответственно может увеличиваться и расход кислорода на 1 пог. м. По указанным причинам следует строго руководствоваться эксплуатационной документацией на ручные и машинные резаки.

Скорость резки должна соответствовать скорости оксидирования (горения) металла по толщине разрезаемого листа.

При замедленной скорости происходит оплавление верхних кромок разрезаемого листа и расплавленные оксиды (шлаки, грат) из разреза вылетают в виде пучка искр в направлении реза.

При слишком большой скорости, вылет искр из разреза слабый и направлен в обратную сторону движения резака. След реза на вертикальной поверхности значительно «отстает» от вертикали. Возможно непрорезание металла.

При оптимальной скорости резки поток искр с обратной стороны разрезаемого листа сравнительно спокоен и направлен почти параллельно кислородной струе. След реза лишь немного «отстает» от вертикали, шероховатость реза незначительна и грат легко отделяется от нижней кромки реза. Рез ровный.

Статья разработана при поддержке сайта www.pgn.su . Это официальный сайт НПП ПромГрафит, которые предлагают современные уплотнительные материалы и термоизоляцию собственного отечественного производства.