Режимы резания — это ключевые параметры в механообработке, определяющие эффективность, качество и безопасность процесса резания металлов. Они включают скорость резания (Vc), подачу (f) и глубину резания (ap). Правильный выбор этих параметров позволяет минимизировать износ инструмента, избежать перегрева, обеспечить высокую производительность и качество поверхности. В этой обзорной статье мы рассмотрим расчёты этих параметров для трёх распространённых материалов: стали, алюминия и титана. Эти материалы отличаются по твёрдости, теплопроводности и обрабатываемости, что требует индивидуального подхода.
Расчёты основаны на стандартных формулах механообработки, таких как определение оборотов шпинделя (RPM), скорости подачи и удаления материала (MRR). Мы опираемся на эмпирические данные из отраслевых источников, где скорости указаны в поверхностных футах в минуту (SFM) или метрах в минуту (м/мин). Для конверсии: 1 SFM ≈ 0.3048 м/мин.
Телефон для связи : WhatsApp.
Основные параметры режимов резания.
Скорость резания (Vc).
Это линейная скорость точки контакта инструмента с заготовкой. Она зависит от материала, типа инструмента (например, HSS или карбид) и операции (токарная, фрезерная). Слишком высокая Vc приводит к перегреву и быстрому износу, слишком низкая — к низкой производительности.
Формула для расчёта оборотов шпинделя (RPM):
- В имперской системе: RPM = (SFM × 3.82) / D, где D — диаметр инструмента или заготовки в дюймах.
- В метрической: RPM = (Vc × 1000) / (π × D), где Vc в м/мин, D в мм.
- +7 (495) 223-64-73
+7 (495) 726-11-08E-mail: air2013@yandex.ruПорядок оформления заказов — способы оформления заказа на токарные работы и металлообработку.
Подача (f).
Это расстояние, на которое инструмент продвигается за один оборот (мм/об) или за зуб (мм/зуб) в многозубом инструменте. Подача влияет на нагрузку на инструмент и качество поверхности.
Формула скорости подачи (Vf) для фрезерования: Vf = f × z × RPM, где z — число зубьев.
Глубина резания (ap).
Это толщина слоя, снимаемого за проход. Она определяет объём удаляемого материала и нагрузку. Обычно ap выбирают в диапазоне 0.1–5 мм в зависимости от операции.
Удаления материала (MRR): Для токарной обработки MRR = Vc × ap × f (мм³/мин). Для фрезерной: MRR = ap × ae × Vf, где ae — ширина резания.
Факторы влияния: тип станка, охлаждение, геометрия инструмента, состояние заготовки. Для труднообрабатываемых материалов (как титан) используют низкие скорости и обильное охлаждение.
Режимы резания для стали.
Сталь (включая углеродистую и нержавеющую) — твёрдый материал с хорошей теплопроводностью, но склонный к наклепу. Рекомендуемые значения зависят от типа: для углеродистой стали — выше, для нержавеющей — ниже.
- Скорость резания (Vc): 100–250 SFM (30–76 м/мин) для углеродистой стали; 50–200 SFM (15–61 м/мин) для нержавеющей. Для токарной обработки мягкой стали — около 90 SFM (27 м/мин) с HSS-инструментом.
- Подача (f): 0.05–0.15 мм/об для токарной; 0.001–0.010 мм/зуб для фрезерной. Для end mill диаметром 3/8″ в мягкой стали f = 0.002 дюйма/зуб (0.05 мм/зуб).
- Глубина резания (ap): 0.2–0.6 мм для финишной; до 2–5 мм для черновой. В экспериментах для стали используют ap = 0.2–0.6 мм.
Пример расчёта: Для токарной обработки углеродистой стали диаметром 50 мм при Vc = 50 м/мин: RPM = (50 × 1000) / (π × 50) ≈ 318 об/мин. При f = 0.1 мм/об и ap = 0.4 мм, MRR = 50 × 0.4 × 0.1 = 2 мм³/мин.
Режимы резания для алюминия.
Алюминий — мягкий, хорошо проводящий тепло материал, позволяющий высокие скорости. Он склонен к налипанию на инструмент, поэтому используют смазку.
- Скорость резания (Vc): 250–600 SFM (76–183 м/мин). Для высокоскоростной фрезерной — до 1000 SFM с карбидными инструментами. Мягкие сплавы позволяют выше значения.
- Подача (f): 0.05–0.20 мм/зуб для фрезерной; до 0.010 дюйма/зуб (0.25 мм/зуб) для крупных фрез. Для end mill в алюминии f = 0.010 дюйма/зуб.
- Глубина резания (ap): 0.5–5 мм, в зависимости от мощности станка. Рекомендуют балансировать с высокой Vc для производительности.
Пример расчёта: Для фрезерования алюминия инструментом диаметром 10 мм при Vc = 150 м/мин: RPM = (150 × 1000) / (π × 10) ≈ 4775 об/мин. При f = 0.15 мм/зуб, z = 2, Vf = 0.15 × 2 × 4775 ≈ 1432 мм/мин.
Режимы резания для титана.
Титан (например, Ti-6Al-4V) — труднообрабатываемый материал с низкой теплопроводностью, высокой прочностью и склонностью к химическому взаимодействию с инструментом. Требует низких скоростей, обильного охлаждения и жёстких станков.
- Скорость резания (Vc): 30–150 SFM (9–46 м/мин). Для токарной: 70–90 м/мин; для фрезерной: 50–70 м/мин. В roughing — 45–100 м/мин с карбидом. Лимит Vc из-за тепла: превышение резко снижает стойкость инструмента.
- Подача (f): 0.05–0.15 мм/рев; выше для компенсации низкой Vc. В экспериментах f = 0.05–0.15 мм/рев. Рекомендуют высокие f при низкой Vc для снижения тепла.
- Глубина резания (ap): 0.2–0.6 мм для финишной; до 1–2 мм для черновой с динамическими стратегиями. В оптимизации используют ap = 0.2–0.6 мм.
Пример расчёта: Для фрезерования Ti-6Al-4V инструментом диаметром 12 мм при Vc = 60 м/мин: RPM = (60 × 1000) / (π × 12) ≈ 1592 об/мин. При f = 0.1 мм/зуб, z = 4, Vf = 0.1 × 4 × 1592 ≈ 637 мм/мин. MRR при ap = 0.4 мм, ae = 6 мм: 0.4 × 6 × 637 ≈ 1529 мм³/мин.
Дополнительные советы: Используйте динамическое фрезерование для постоянного угла зацепления (<30°), чтобы контролировать тепло. После термообработки (например, отжиг при 920°C) обрабатываемость улучшается, снижая шероховатость на 56% и износ на 24%.
Сравнение параметров для материалов.
| Материал | Vc (SFM / м/мин) | f (мм/зуб или мм/об) | ap (мм) | Особенности |
|---|---|---|---|---|
| Сталь | 100–250 / 30–76 | 0.05–0.15 | 0.2–0.6 | Средняя твёрдость, использовать охлаждение для нержавейки. |
| Алюминий | 250–600 / 76–183 | 0.05–0.20 | 0.5–5 | Высокие скорости, риск налипания — смазка обязательна. |
| Титан | 30–150 / 9–46 | 0.05–0.15 | 0.2–0.6 | Низкие скорости, обильное охлаждение, жёсткий станок. |
Значения — ориентировочные; точные зависят от сплава и инструмента.
Выбор режимов резания требует баланса между производительностью и стойкостью инструмента. Для стали подойдут средние значения, для алюминия — высокие скорости, для титана — осторожный подход с низкими Vc и оптимизацией (например, Taguchi-методом или алгоритмами вроде GOA). Всегда тестируйте на пробных заготовках и используйте ПО для симуляции. С развитием технологий, таких как высокоскоростная обработка, эти параметры эволюционируют, но основы остаются неизменными