Физические особенности и режимные параметры фрезерования

Шероховатость поверхности. Поверхности, обработанные лезвиями зубьев фрезы, расположенными на внешнем ее диаметре, согласно геометри­ческим соображениям должны иметь регулярный волнообразный профиль. Причиной образования неровностей на фрезерованной поверхности являются трахоидальные траектории относительного рабочего движения режущих кромок смежных зубьев фрезы. Шаг неровностей равен подаче на зуб S_z. Высота неровностей зависит от подачи S_z, и диаметра фрезы D, высота неровностей (рис. 5.1.4) равна

Температурные колебания на лезвиях фрез. Отличительной особенностью фрезерования является периодичность смены рабочих и холостых циклов каждого из зубьев фрезы. За время рабочего цикла затрачивается энергия, пропорциональная толщине а, срезаемого слоя и силе трения между поверхностями лезвия, сходящей стружкой и поверхностью резания. Примерно 95% затраченной энергии превращается в теплоту, которая нагревает срезаемую стружку, обрабатываемую заготовку вблизи зоны резания, лезвие инструмента и частично отводится в окружающую среду. Наиболее высокое значение температуры наблюдается на поверхности лезвия.

В связи с периодической сменой рабочего и холостого циклов развитие тепловых явлений при фрезеровании имеет несколько другой характер, чем при точении, сверлении, зенкеровании и развертывании. За время рабочего цикла лезвие каждого зуба фрезы успевает нагреться до температуры около 400 °С, что примерно в два раза ниже, чем на резцах и сверлах. За время последующего холостого цикла лезвие зуба фрезы охлаждается, а накопленная за рабочий цикл теплота отводится в окружающую среду и в глубь массы фрезы. Даже с учетом роста температуры в период рабочего цикла значение температуры недостаточно велико, чтобы существенно повысить ин­тенсивность изнашивания фрез.

[Б1]

Рис.5.1.4. Профиль, обработанной фрезерованием поверхности

Существенную роль в условиях циклического температурного нагружения лезвий зубьев фрезы играет среда, в которой происходит их перемещение во время холостого цикла. При фрезеровании всухую колебания температуры лезвий во время рабочих и холостых циклов незначительны, так как воздушная среда слабо способствует отводу теплоты. Полив фрезы охлаждающей жидкостью позволяет более интенсивно охлаждать лезвия фрез. Вместе с тем эффективность использования смазывающе-охлаждающих жидкостей (СОЖ) определяется видом обрабатываемого и инструментального материалов.

При обработке чугунов и других хрупких материалов, когда образующаяся стружка мало трется о переднюю поверхность инструмента, нагрев режущих лезвий незначителен и использование охлаждающих жидкостей не требуется.

Обработка стальных заготовок фрезами, зубья которых оснащены твердосплавными пластинками, также ведется всухую. Это объясняется тем, что при применении охлаждения твердосплавные пластинки, нагретые за время рабочего цикла до высоких температур, в начале холостого цикла попадают под воздействие струи охлаждающей жидкости. Вследствие резкого охлаждения поверхностных слоев пластинки в ней возникают большие внутренние напряжения. Эти периодически возникающие напряжения часто приводят к растрескиванию пластин и выкрашиванию лезвий.

Обработка стальных заготовок быстрорежущими фрезами обычно ведется с поливом фрезы, стружки и заготовки в зоне резания струей охлаждающей жидкости. Быстрорежущие стали благодаря своим физико-механическим свойствам менее чувствительны к температурным циклическим нагрузкам, чем твердые сплавы. Охлаждающая жидкость, омывая фрезу, способствует отводу теплоты и снижению интенсивности изнашивания лезвий.

Рис.5.1.5. Износ задних поверхностей лезвий зуба фрезы на цилиндрической и торцовой частях концевых фрез

Износ лезвий зубьев фрез. При фрезеровании изнашиванию подвергаются задние поверхности главных лезвий на цилиндрической части и вспомогательных лезвий на торцовой части зубьев фрез (рис. 5.1.5). Наиболее интенсивному изнашиванию подвергаются угловые участки сопряжения главных и вспомогательных лезвий. Если в резании участвуют только главные лезвия на цилиндрической части зубьев фрез (рис. 5.1.5, а), измерение износа ведется по значению h₃. Когда износ достигает максимально допустимого значения, дальнейшая работа прекращается и фреза подвергается восстановительной переточке по задней поверхности лезвия. Если в резании одновременно участвуют главные лезвия на цилиндрической части и вспомогательные лезвия на торце зубьев фрез (рис. 5.1.5,б), больший износ наблюдается на угловом переходе и измерение износа ведут по значению h_3y на уголке.

По результатам измерения значений износа h₃ или h_3y, проведенным через определенные интервалы времени, строят, как было описано выше, кривые износа, выражающие в графической форме функциональные зависимости h₃ (τ) и h_3y (τ), где τ — продолжительность работы фрезы до достижения заданного износа на всех ее зубьях. Кривые износа показывают влияние на интенсивность изнашивания лезвий зубьев фрез комплекса режимных и конструктивных параметров — скорости резания v, подачи на зуб глубины фрезерования t, ширины фрезерования В, диаметра фрезы D и числа ее зубьев z.

Условия трения и изнашивания лезвий фрез менее благоприятны, чем у ранее рассмотренных инструментов, потому что за рабочий цикл лезвия фрезы срезают весьма тонкие слои металла, вплоть до нулевой толщины. Экспериментально установлено, что особенно интенсивно изнашиваются задние поверхности лезвий в тех случаях, когда толщина срезаемого слоя a_z < 0,04 мм.

При использовании торцовых фрез со вставными ножами (рис. 5.1.6, а), лезвия которых выполнены из твердого сплава, обработка ведется с большими подачами. Лезвия вставных ножей при этом изнашиваются не только по задним, но и по передним поверхностям (рис. 5.1.6,б).

В этих условиях некоторое уменьшение интенсивности изнашивания достигается изменением формы режущей части зуба. Главные режущие лезвия выполняют под углом φ₀ к плоскости, перпендикулярной оси вращения фрезы. Угол φ₀ наклона главных лезвий к торцовой плоскости зависит от ширины фрезерования В. Для В = 2... 5 мм, что типично для торцового фрезерования, уго φ₀ = 20... 30° (рис. 5.1.6, в). Подобное изменение конструкции режущей части фрез приводит к увеличению ширины срезаемого слоя

b= B/sin φ₀

и уменьшению толщины срезаемого слоя.

Рис 5.1.6. Износ лезвий вставных ножей торцовой фрезы

Однако, несмотря на уменьшение толщины а. срезаемого слоя, интенсивность изнашивания лезвий уменьшается благодаря лучшему отводу теплоты от тех участков лезвия, которые участвуют в срезании слоя металла. При ф₀ = 90° (рис. 14.31, г) угловой переход между главным и вспомогательным режущим лезвием в связи с плохими условиями теплоотвода быстро изнашивается, сокращая период стойкости фрезы.