Покращення якості оброблюваної поверхні і зменшення зношування кінцевих фрез на фінішних операціях (стр. 2 из 4)
2. Аналіз кінематичних параметрів торцевих ступінчатих фрез. Перевірка результатів аналітичного аналізу.
Торцеве ступінчасте фрезерування відрізняється від обробки одноступінчастими фрезами тим, що кожний різальний ніж зрізає змінну величину припуску, при цьому також змінними є величина подачі на зуб і кількість різальних ножів, що одночасно беруть участь в різанні. Крім цього, застосування косокутної геометрії ножів та спірально-ступінчастого їх розташування також ускладнює відомі залежності кінематичних параметрів від геометрії різальних ножів та режимів різання.
Розроблена методика визначення кінематичних параметрів дозволяє обчислити довжину різальних кромок для ножів торцевих фрез косокутної геометрії, максимальну товщину зрізу, площу зрізуваного шару та розрахункову висоту мікронерівностей. Одержані залежності кінематичних параметрів від геометрії ножів фрез та режиму різання використовуються для обчислення сил різання при торцевому ступінчастому фрезеруванні, для чого розроблені програми на ПЕОМ.
Визначені значення середніх та миттєвих сил різання дозволили обчислити значення колової сили
, подачі 
та осьової сили 
та коефіцієнти нерівномірності 
. За запропонованою методикою створена програма обчислення на ЕОМ вихідних параметрів процесу торцевого ступінчастого фрезерування.Доведено, що при застосуванні косокутної геометрії ножів торцевих фрез збільшується довжина різальних кромок ножів, що призводить до зменшення питомих навантажень на одиницю довжини різальних кромок.
Основною метою експериментальних досліджень є перевірка результатів теоретичного аналізу та розроблених на його основі рекомендацій щодо визначення геометричних параметрів торцевих фрез при обробці чавунних і стальних загартованих деталей, силових характеристик процесу різання, дослідження стійкості торцевих фрез.
Одним із основних параметрів, який визначає працездатність торцевих фрез, є силові характеристики процесу різання. Тому рекомендації щодо визначення геометричних параметрів ножів фрез та режиму обробки розроблені на базі силових досліджень.
Об’єктом досліджень були спроектовані торцеві ступінчасті фрези діаметрами 200 і 250 мм, оснащені гексанітом-Р. Максимальна ширина оброблюваної деталі 160 мм.
Для дослідження сил різання, що виникають при фрезеруванні, був сконструйований і виготовлений монолітний трикомпонентний динамометр, який забезпечував вимірювання складових
, 
, 
.Для співставлення складових
і рівнодіючої 
сили різання, що виникають при різанні ножами фрези, які мають стандартну та безвершинну косокутну геометрію, знадобилися додаткові досліди. Для виключення похибки співставлення, пов’язаної з фізико- механічними властивостями і твердістю оброблюваного матеріалу, проводилося фрезерування деталей з чавуну СЧ21 ножами зі стандартною геометрією та косокутними безвершинними ножами (матеріал різальної частини – гексаніт-Р).Встановлено, що питоме навантаження на одиницю довжини різальної кромки для ножів стандартної геометрії складає 800 Н/мм, а для ножів косокутної геометрії – 280 Н/мм. Менші питомі навантаження для ножів косокутної геометрії дозволяють припустити і їх більш високу зносостійкість, що було підтверджено наступними експериментами.
Дослідження силових залежностей для фрез косокутної геометрії проводилися для широких діапазонів змін глибини різання, подачі на зуб, швидкості різання, кута нахилу різальних кромок ножів. Збільшення швидкості різання
для спроектованих фрез призводить до зменшення всіх складових сил різання, що особливо важливо при умові недостатньої жорсткості технологічної системи. Підвищення подачі на зуб 
та глибини різання 
призводить до збільшення складових сил різання, особливо при обробці загартованих сталей. Застосування від’ємних значень кута нахилу різальної кромки 
зменшує складові 
сили різання, що дозволяє знизити питомі навантаження на одиницю довжини різальної кромки ножів. При використанні косокутної геометрії ножів торцевих фрез складова сили різання 
перевищує складову , що сприяє створенню у об’ємі різального клину напружень стиску.3. Проведення експериментальних досліджень
Аналіз власних досліджень оброблюваності плоских поверхонь безвершинним косокутним торцевим фрезеруванням загартованих сталей (в широкому діапазоні твердості (45…48
– 56…62 )) і високоміцних чавунів (207…269 НВ) ножів з гексаніту-Р дозволив встановити фактори, які найбільше впливають на стійкість інструмента:  . | (5) |
Дослідженню підлягали торцеві фрези косокутного безвершинного багатоножового ступінчастого різання ? 250 мм. Кількість ножів Z = 24. Встановлювались залежності максимальної фаски зносу
по задній поверхні та шорсткості 
від часу різання, довжини шляху різання і площі обробленої поверхні 
. Розмір 
оцінювався шляхом фотографування передньої та задньої поверхонь різальних частин ножів в нормальних напрямках.Дослідженнями встановлено, що процес зносу ножів починає інтенсивно протікати вже в початковий період різання – через 30–40 хвилин після початку різання.
На цьому етапі відбуваються мікровикришування різального леза, причому частіше в області граничних точок різальної частини ножів. В результаті цього виникають зазублини, які виходять і на передню поверхню. Подальше перемішення зазублин здійснюється вздовж задньої поверхні ножів у напрямку вектора швидкості різання.
При утворенні зазублин значної глибини (
мкм) відбувається викришування більших частин різального матеріалу, а при значеннях 
мм це призводить до різкого збільшення шорсткості обробленої поверхні. В окремих випадках мікро- і макровикришування виникають на початковому етапі торцевого фрезерування.При появі мікросколів знос інтенсифікується на даних ділянках.
Поява мікросколів, на наш погляд, може бути пояснена циклічним навантаженням та розвантаженням різальної кромки, що призводить до знакозмінних напружень в об’ємі різального клину.
Крива зносу ножів торцевих фрез, у залежності від площі обробленої поверхні
, має виражені ділянки припрацювання та ділянки нормального зносу з різною інтенсивністю.Визначення оптимальної геометрії ножів торцевих фрез проводилося відповідно до методики математичного планування експерименту.
Знос ножів торцевої фрези при обробці сірого чавуну СЧ21:
м/хв; 
мм/об; 
мм; 
; 
; 
; 
мм;а)
мм; 
хв; 
км; 
м2;б)
мм; 
хв; 
км; 
м2