Особенности технологий встречного и попутного фрезерования. Встречное фрезерование. Попутное фрезерование при нарезании зубчатых колес на зубофрезерном станке Попутное фрезерование

ИЗМЕНЕНИЕ РАДИУСА ПАЗА ПО ДЛИНЕ ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ГЛУБИННОМ ШЛИФОВАНИИ ЗАГОТОВКИ ИЗ ТИТАНОВОГО СПЛАВА

Носенко Сергей Владимирович 1 , Кременецкий Леонид Леонидович 2 , Морозова Лилия Константиновна 3
1 Волжский Политехнический Институт (филиал) Волгоградского Государственного Технического Университета, к.т.н., доцент
2 Волжский Политехнический Институт (филиал) Волгоградского Государственного Технического Университета, аспирант
3 Волжский Политехнический Институт (филиал) Волгоградского Государственного Технического Университета, ассистент

THE CHANGE OF RADIUS OF THE GROOVE ON LENGTH OF THE PROCESSED SURFACE DURING DEEP GRINDING OF PREPARATION FROM THE TITANIC ALLOY

Nosenko Sergey Vladimirovich 1 , Kremenetsky Leonid Leonidovich 2 , Morozova Lilia Konstantinovna 3
1 Volzhskiy Polytechnic Institute (branch) Volgograd State Technical University, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor
2 Volzhskiy Polytechnic Institute (branch) Volgograd State Technical University, graduate student
3 Volzhskiy Polytechnic Institute (branch) Volgograd State Technical University, assistant

Библиографическая ссылка на статью:
Носенко С.В., Кременецкий Л.Л., Морозова Л.К. Изменение радиуса паза по длине обработанной поверхности при глубинном шлифовании заготовки из титанового сплава // Современная техника и технологии. 2015. № 12 [Электронный ресурс]..02.2019).

Отличительной особенностью шлифования сплавов на основе титана является высокая адгезионная активность металла к абразивному материалу . При глубинном шлифовании, когда длина дуги контакта в десятки раз превышает длину дуги контакта обычного шлифования, высокая адгезионная активность титана, являющегося основой сплавов, оказывает существенное влияние на показатели процесса .

Глубинное шлифование подразделяется на несколько этапов и подэтапов .На всех этапах, кроме этапа постоянной длины дуги контакта, даже при одинаковых режимах шлифования и состоянии рабочей поверхности круга происходит изменение параметров процесса, что отражается на состоянии рабочей поверхности абразивного инструмента, силе резания и качестве обработанной поверхности .

Особенности формообразования на различных этапах глубинного шлифования оказывают влияние на кромкостойкость абразивного инструмента, что имеет большое значение на операциях профильного прецизионного глубинного шлифования.

Одним из показателей, определяющих кромкостойкость абразивного инструмента, является радиус закругления профиля обработанной поверхности. При глубинном шлифовании пазов такой профильной частью обработанной поверхности является радиус перехода от дна к стенке паза.

В связи с этим цель данной работы заключалась в исследовании закономерностей изменения радиуса, полученного методом глубинного шлифования.

Исследование процесса плоского глубинного шлифования осуществляли на прецизионном профилешлифовальном станке CHEVALIER модели Smart-B1224III, оснощенного устройством непрерывной правки абразивного инструмента с компенсацией износа. В качестве обрабатываемого материала использовали титановый сплав ВТ8. Обработку осуществляли высокопористым шлифовальным кругом типоразмера 1 350×20×127 из карбида кремния на керамической связке производства ОАО «Волжский абразивный завод» на встречной и попутной подачах стола. Охлаждение осуществляли СОЖ с присадкой натрия фосфорнокислого трехзамещенного .

Радиус определяли на приборе Form Talysurf Intra со сторон входа и выхода круга в образец, а также в местах состыковки образцов. Длина паза l 1 =16,4 мм и l 2 =48,8 мм.

В первый момент этапа врезания существенного различия в толщине среза при попутном и встречном шлифовании не наблюдается. С увеличением длины дуги контакта при встречном шлифовании начальная толщина уменьшается, при попутном – остается постоянной.

Толщина сечения среза во многом определяет начальную силу резания зерна. Чем больше толщина сечения среза, тем больше сила. Учитывая высокую скорость резания, первоначальный контакт зерна с обрабатываемым материалом можно рассматривать, как удар. Очевидно, что чем больше первоначальная толщина сечения среза, тем больше ударная нагрузка.

При встречном шлифовании в целом ударная нагрузка в момент касания зерна с обрабатываемым материалом ниже. Чем больше длина дуги контакта, тем больше различие в силе удара между направлениями подачи.

С увеличением длины дуги контакта происходит затупление вершин зерен. Сила удара, так же как и сила резания зависит от степени затупления абразивного зерна: чем больше затуплено зерно, тем выше сила удара. В результате ударная нагрузка возрастает и в определенный момент времени может достигнуть силы удержания зерна связкой. Происходит вырывание зерна. Конечно ударная нагрузка – это не единственная причина вырывания зерна из связки. Тем не менее, дополнительное наложение ударной нагрузки будет способствовать переходу круга в режим самозатачивания. Об этом свидетельствуют и экспериментальные данные: при попутном шлифовании количество случаев мгновенного самозатачивания рабочей поверхности круга на много больше, чем при встречном.

Рисунок 1. Изменение радиуса паза r по длине обработанной поверхности l :

○ – встречное шлифование; ● – попутное шлифование

Убедительным доказательством большей вероятности скалывания и вырывания зерен при попутном шлифовании по сравнению со встречным являются данные по размеру радиуса паза r шлифованных образцов (рис.). Во всех рассмотренных случаях большее значение r получено при попутном шлифовании. Радиус паза образован кромкой шлифовального круга.

Как известно, износ круга при работе в режиме самозатачивания выше, чем в режиме затупления. Поэтому, даже при отсутствии ярко выраженного процесса самозатачивания, износ круга при попутном шлифовании выше, чем при встречном и подтверждает предположение о влиянии ударной нагрузки на изнашивание круга при попутном шлифовании.

Результаты исследований свидетельствуют о том, что при встречном глубинном шлифовании кромкостойкость инструмента выше, чем при попутном.

1. Носенко В.А., Влияние контактного взаимодействия на износ абразивного инструмента при шлифовании // . 2005. № 1 . С. 73-77.
2. Носенко В.А., Совершенствование абразивного инструмента на бакелитовой связке // Проблемы машиностроения и надежности машин . 2004. № 3 . С. 85-90.
3. Носенко В.А., Ларионов Н.Ф., Егоров Н.И., Волков М.П., Выбор характеристики абразивного инструмента и СОЖ для глубинного шлифования //

Фрезерование попутное – когда направление подачи и движения кромки в точке среза совпадает. Такой способ обеспечивает наилучшую чистоту поверхности. Ниже приведена диаграмма, иллюстрирующая разницу при работе на подаче и против подачи.

Стрелки показывают движение заготовки

Имейте в виду, что на этой иллюстрации движется заготовка, а не шпиндель . На некоторых станках, например на портальном фрезере, шпиндель перемещается, поэтому метки могут меняться.

Попробуйте провести эксперимент на своем станке по резке в обоих направлениях, и вы увидите, что попутное фрезерование дает более гладкую поверхность (это в большинстве случаев. Однако, бывают и ситуации, когда встречное дает лучший результат). Обратите внимание, что в зависимости от того, каким образом вы фрезеруете, вам необходимо убедиться, что деталь не сместится от нагрузок, приложенных в этом направлении.

Характеристики встречного фрезерования:

• Ширина стружки начинается с нулевой и увеличивается по мере того, как фреза заканчивает нарезку;
• В процессе резки создаются восходящие силы, которые стремятся поднять заготовку во время фрезерования;
• При встречном фрезеровании требуется больше энергии, чем при попутном;
• Качество обрабатываемой поверхности становится хуже, потому что стружка поднимается стружечными канавками и падает перед режущим инструментом. В результате большинство стружки режется повторно. В данной ситуации может помочь подача СОЖ в зону реза;
• Инструмент изнашивается быстрее, чем при попутном фрезеровании;
• Встречное предпочтительно для обработки шероховатых поверхностей;
• Инструмент отклоняется параллельно направлению подачи

Особенности попутного фрезерования:

• Ширина стружки начинается с максимальной и уменьшается;
• Стружка падает за режущим инструментом, тем самым уменьшается ее повторный рез;
• Меньше износ инструмента – срок службы продлевается на 50%;
• Улучшается качество обработки поверхности из-за меньшего вторичного нарезания;
• Требуется меньшая мощность;
• Резание на подаче оказывает нисходящее усилие на деталь, что упрощает требования к ее креплению. Нисходящее усилие также может помочь уменьшить вибрацию при установке станка на тонких полах;
• Фрезерование на подаче снижает упрочнение детали;
• Тем не менее, оно может вызывать сколы при фрезеровании горячекатанных материалов из-за закаленного слоя на поверхности.
• Отклонение инструмента происходит перпендикулярно подаче, поэтому оно может увеличивать или уменьшать ширину разреза и влиять на точность.

Люфт и попутное фрезерование

Один из способов рассмотреть этот вопрос – подойти к нему с точки зрения подачи зуб. Это показатель того, сколько материала каждый зуб режущего инструмента пытается срезать. Типичные значения для чистовой обработки составляют от 2-4 сотки на зуб. Для черновой обработки эта величина может увеличиться до нескольких десяток. В худшем случае попутное фрезерование может зацепить станину и рывком переместить деталь на всю величину люфта в тот момент, когда зуб режет деталь. Поэтому к моменту врезания следующего зуба подача увеличится на величину люфта. Предположим, что черновая подача на оборот равна 6 соток и есть люфт 4 сотки. В худшем случае подача на зуб может внезапно увеличиться до 0.1 мм. Это, конечно, еще не конец света, но уже порядочная нагрузка. Теперь предположим, что у вас более старый станок с люфтом 0.3 мм и подача на зуб составляет 8 соток. Если случится выборка люфта, то следующий зуб начнет резать стружку в 0.38 мм вместо 0.08. Это с большой вероятностью означает поломку инструмента.

Нужно учитывать, достаточно ли сила резания для того, чтобы выборки люфта. Многое будет зависеть от сценария точной обработки вашего станка. Если у вас легкий стол на шариковых направляющих с низким трением, он может легко схватиться инструментом. Если у вас много железа на столе, и, вы работаете с затянутыми регулировочными клиньями, возможность схватывания будет меньше. Есть способы рассчитать силу резания, нов в общем подходе необходимы использовать меньшие концевые фрезы, меньшую глубину резания, более низкие подачи и более низкую скорость вращения шпинделя – все это уменьшает силу резания и вероятность схватывания и выборки люфта.

Кстати, станки с ЧПУ вообще-то не должны иметь заметного люфта, поэтому это больше касается ручных машин.

При определенных условиях попутное фрезерование создает отрицательную геометрию резания.

До этого момента, вы, вероятно, думали, что стоит использовать попутное фрезерование везде где можно. Ведь такой подход создает лучшее качество обрабатываемой поверхности, требует меньше энергии и менее подвержен отклонению режущего инструмента. А операторы, работающие в ручном режиме, говорят что не стоит использовать попутное, потому что это опасно при работе на машине с люфтом. На самом деле, правда где-то посередине. Можно отметить следующие эмпирические правила:

1. При фрезеровании на глубину в половину диаметра фрезы или меньше лучше использовать попутное (при условии, что у вашей машины низкий люфт, и это безопасно);
2. При фрезеровании на глубину ¾ диаметра фрезы способ фрезерования не имеет значения;
3. При фрезеровании на глубину ¾ - 1 диаметра фрезы лучше встречное.

Каким образом направление фрезерования подачи влияет на отклонение и точность инструмента?

На следующем рисунке показаны небольшие стрелки (называемые векторами), показывают направление отклонение инструмента, когда резец перемещается по траектории инструмента:

Стрелки показывают где режущее усилие пытается отклонить фрезу. Встречный рез вверху, попутное фрезерование внизу

Обратите внимание, что вектор отклоняющей силы более параллелен разрезу при встречном фрезеровании (хотя стрелки длиннее и показывают более высокие силы резания). При фрезеровании на попутной подаче вектор силы практически перпендикулярен разрезу. Если ваша фреза отклоняется на 3 сотки, не является ли более предпочтительным направить его вдоль подачи? Также альтернативой может быть удаление или углубление фрезы в линию реза(изменения съема за проход). Обратно, длины векторов при встречном больше, чем при попутном. Это говорит о том, что силы резания более мощные, и инструмент с большей вероятностью отклонится.

Попробуйте использовать попутное фрезерование для черновой обработки, потому что это даст вам возможность работать быстрее, а эффект от отклонения инструмента существенно не влияет на точность и не имеет значения – последующий финишный проход обеспечит точность. Вы можете грубо работать значительно быстрее, потому что усилие резания меньше и толсто-тонкий профиль стружки переносит тепло на стружку. Стружка уносит тепло, что особенно важно для обработки твердых материалов таких как нержавеющая сталь. Тем самым обеспечивается лучшее качество обрабатываемой поверхности, если вы можете позволить повторный финишный проход.

Встречное фрезерование для финишной обработки

Проблема в том, что отклонение влияет и на чистоту поверхности. Если вектор сил резания почти параллелен направлению подачи, вы можете считать, что часть вектора, которая толкает его «от параллели» очень мала. Потому инструмент будет иметь небольшую тенденцию отклоняться и наносить «волны».

Обратите внимание, что это может быть особенно важно при работе с тонкими стенками, где они очень тонки!

Поэтому важно перейти на встречное фрезерование для финишной обработки, если вам вообще неприемлемо отклонение. По крайней мере, следует избегать слишком большой глубины реза при попутном фрезеровании, чтобы избежать отклонений. Чтобы свести отклонения к минимуму, следует использовать не более 30% диаметра режущего инструмента для встречного фрезерования и 5% для попутного.

Правильное управление отклонением может помочь вам избежать необходимости дополнительного фрезерования для очистки поверхности.

Встречное фрезерование для микрообработки

Каждый раз, когда режущая кромка входит в резание, она подвергается ударной нагрузке. Для успешного выполнения фрезерования необходимо обеспечить надлежащий контакт между режущей кромкой и обрабатываемым материалом на входе и выходе из резания. Во время фрезерования заготовка подаётся по направлению вращения фрезы или против него, что влияет на начало и конец резания и выбор варианта фрезерования – попутное или встречное.

Золотое правило фрезерования – от толстой стружки к тонкой

В процессе фрезерования необходимо постоянно следить за характером формируемой стружки. При этом необходимо учитывать положение фрезы, которое влияет на процесс формирования стружки, и стремиться к увеличению толщины стружки на входе и уменьшению на выходе из резания, что является гарантией стабильного процесса фрезерования.

Помните золотое правило фрезерования – от толстой стружки к тонкой стружке – и стремитесь к минимальной толщине стружки при выходе из резания.

Попутное фрезерование

При попутном фрезеровании (фрезерование по подаче) направление подачи заготовки совпадает с вектором скорости резания. Попутное фрезерование всегда является предпочтительным методом, при условии, что станок, заготовка и крепление позволяют его применить.

При попутном фрезеровании периферией толщина стружки максимальна на входе в резание и постепенно уменьшается, достигая нуля на выходе из резания. Это позволяет избежать затирания режущей кромки и выглаживания обрабатываемой поверхности в начальный момент резания.

Большая толщина стружки даёт определённые преимущества. Под действием сил резания фреза прижимается к заготовке, благодаря чему режущая кромка находится в постоянном контакте с материалом.

Однако, так как фреза имеет тенденцию прижимать заготовку, станок должен обеспечивать беззазорный привод в механизме подачи стола. Когда фреза вжимается в заготовку, подача непреднамеренно увеличивается, что может вызвать чрезмерное увеличение толщины стружки и повреждение режущей кромки. В таких случаях следует рассмотреть возможность использования встречного фрезерования.

Встречное фрезерование

При встречном фрезеровании (традиционное фрезерование) направление подачи заготовки противоположно скорости резания.

Толщина стружки равна нулю при входе в резание и постепенно увеличивается к выходу из резания. Режущая кромка должна вжиматься в заготовку, создавая эффект выкатывания за счёт трения, высокой температуры и – нередко – контакта с поверхностно-упрочнённой поверхностью, полученной предыдущей режущей кромкой. Всё это негативно влияет на стойкость инструмента.

Большая толщина стружки и высокая температура на выходе из резания могут вызывать высокие растягивающие напряжения, которые негативно влияют на стойкость инструмента и часто ведут к быстрой поломке режущих кромок. Кроме этого, они могут вызывать налипание или наваривание стружки на режущую кромку, в результате чего она останется на режущей кромке до начала следующего резания и вызовет повреждение кромки.

Под действием сил резания фреза и заготовка отжимаются друг от друга, при этом радиальные силы стремятся оторвать заготовку от стола.

Встречное фрезерование может дать определённые преимущества при значительных колебаниях припуска на обработку. Также рекомендуется использовать встречное фрезерование при обработке жаропрочных сплавов с помощью керамических пластин, так как керамика чувствительна к нагрузкам, возникающим при врезании.

Закрепление заготовки

Направление подачи инструмента предъявляет различные требования к закреплению заготовки. При встречном фрезеровании зажимное приспособление должен противостоять силам, отрывающим заготовку от стола. А при попутном фрезеровании – силам, прижимающим заготовку к столу.

Разбираемся в разнице качества фрезерования при встречном и попутном направлении режущих граней относительно материала.

Во время встречного фрезерования зуб фрезы во время снятия стружки с обрабатываемого материала нагружается плавно, благодаря чему ресурс инструмента исчерпывается гораздо дольше по сравнению с попутным фрезерованием.

Такой способ фрезерования также поможет продлить срок службы фрезы в случае с поверхностно уплотненной заготовкой, так как снятие стружки начинается с неплотного подкоркового слоя материала.

В зависимости от направления вращения фрезы выделяют 2 типа фрезерования: встречное и попутное.

Попутным называют такой способ фрезерования, при котором подача материала совпадает с направлением вращения фрезы, рис.1.

Рис. 1. Встречное фрезерование - А. Попутное фрезерование- Б.

Если же направление фрезерования и подача противоположно направлены, то имеем дело со встречным фрезерованием

Как недостатки, так и преимущества есть у обоих способов.

При попутном фрезеровании зуб фрезы в момент входа в заготовку нагружается скачкообразно, происходит удар о поверхность обрабатываемого материала. Как следствие из этого получаем повышенный износ инструмента. Наиболее существенно этот эффект проявляется при обработке поверхностно уплотненного материала и обработке поверхности прямозубыми цилиндрическими фрезами.

При попутном фрезеровании происходит уплотнение обрабатываемой поверхности. Это, конечно, нельзя однозначно отнести к достоинствам или недостаткам. Уплотнение связано с тем, что непосредственно в зоне обработки происходят пластические деформации срезаемого слоя материала, а благодаря тому, что силы давления фрезы и реакции заготовки в зоне обработки направлены встречно, происходит сминание (то самое уплотнение) слоя материала заготовки.

Благодаря тому, что фреза в процессе работы давит на заготовку, прижимая ее к опорной поверхности и тем самым увеличивая жесткость сопряжения, точность обработки получается выше, по сравнению со встречным фрезерованием.

Во время встречного фрезерования зуб фрезы во время снятия стружки с обрабатываемого материала нагружается плавно, благодаря чему ресурс инструмента исчерпывается гораздо дольше по сравнению с попутным фрезерованием. Такой способ фрезерования также поможет продлить срок службы фрезы в случае с поверхностно уплотненной заготовкой, так как снятие стружки начинается с неплотного подкоркового слоя материала. В области же плотной корки (выделена область «А» на рис.1 б) разделение материала происходит во многом за счет сил растяжения и изгиба. Эти виды нагрузки требуют гораздо меньшего усилия для разрушения материала, в отличие от сминания, которое имеем в случае с попутным фрезерованием.

При встречном способе фрезерования изменение плотности обрабатываемого слоя материала происходит в меньшей степени. Однако при этом возможно проскальзывание зуба по поверхности заготовки, что приведет к упрочнению продавленного слоя и последующему увеличению требуемой для обработки нагрузки.

При встречном способе обработки материала фреза в процессе работы стремится вытянуть слой материала из заготовки. При этом толщина срезаемой стружки непостоянна. Из-за вызываемых при этом упругих деформаций возникает вибрация и, как следствие, снижается качество обрабатываемой поверхности.

Итак, учитывая названные преимущества и недостатки рассматриваемых способов фрезерования можно сделать выводы, что попутное фрезерование больше подходит для:

Чистовой обработки;

В случаях, когда снимается тонкий слой за проход;

Обработки поверхностно не уплотненных материалов.

Встречное фрезерование больше подходит для:

Черновой обработки материала;

Обработки поверхностно уплотненных материалов.

Заготовка подается в направлении вращения инструмента, который производит резку. Часто специалисты называют подобный вид обработки «по подаче». Преимуществом является то, что заготовка прижимается к зажимному устройству сама. Зубья режущего инструмента по задним поверхностям изнашиваются меньше и равномерно. Поэтому стойкость фрезы в разы выше, чем при встречной механической обработке. Снимаемый припуск на заготовке поддается деформации постепенно.

К минусам данного типа фрезерования можно отнести то, что заготовки с грубыми поверхностями, например, литьё, не получится обработать из-за твёрдых включений в корке. Если рискнуть обрабатывать эти заготовки попутным фрезерованием, то режущий инструмент очень быстро придет в негодность. Фреза на станке должна быть надежно зафиксирована, т. к. обработка осуществляется при ударной нагрузке.

Чтобы избежать вибраций, в механизмах стола не должно быть никаких зазоров. Однако часто этого не удается достичь, поэтому работать нужно внимательно.

Встречное фрезерование

В данном случае заготовка подается навстречу режущему инструменту. Из плюсов данной технологии можно выделить очень мягкое воздействие на поверхность заготовки и то, что обработанная поверхность упрочняется в ходе деформации металла. К отрицательным моментам относится необходимость применить дополнительные крепления для надежности фиксации заготовки. В противном случае силы резания будут ее отрывать от инструмента. Также при такой обработке инструмент быстрее изнашивается, поэтому не применяют высокоскоростные режимы резания.

Стружка выходит прямо перед фрезой и есть риск ее попадания в зону резания. Если это случится, то на обработанной поверхности будут царапины.

рис.1 Виды фрезеровки

Как видим, токарно фрезерные работы СПб с применением обоих методов имеют свои нюансы. Поэтому выбирать вид фрезеровки следует исходя из начального качества заготовки и требуемого конечного результата.