Оброблюваність матеріалів різанням

Класичний метод досліджень стійкості використовується не тільки для оцінки оброблюваності матеріалів різанням, але і для оцінки властивостей інструментальних матеріалів, змащувально-охолоджувальних рідин, геометрії інструменту та інших параметрів, які впливають на стійкість різального інструменту. Цей метод покладено в основу міжнародного стандарту ISO 3685:1993[1]

В основі цього методу лежить знаходження залежності ${\displaystyle V=f(T)}$. Для порівняння оброблюваності двох матеріалів A і B знаходять для них залежність між періодом стійкості і швидкістю різання:

${\displaystyle V_{A}={\frac {C_{V_{A}}}{T^{m_{A}}}}}$ та ${\displaystyle V_{B}={\frac {C_{V_{B}}}{T^{m_{B}}}}}$

Задавшись періодом стійкості Т = 60 хв, визначають відповідні йому швидкості різання ${\displaystyle V_{A}^{(60)}}$ та ${\displaystyle V_{B}^{(60)}}$ і коефіцієнт K_o відносної оброблюваності як відношення отриманих швидкостей.

Класичний метод є найточнішим і найоб'єктивнішим, однак він є трудомістким і затратним. У зв'язку з цим розробляють прискорені методи випробувань на стійкість.

Метод торцевого точіння полягає у проточуванні торцевої поверхні диска діаметром D = 300…350 мм від центра до периферії. У диску попередньо просвердлено отвір діаметром D₀. По мірі переміщення різця до периферії диска видкість різання зростає лінійно, і при якійсь швидкості V_З різець виходить з ладу внаслідок затуплення. Цій швидкості відповідає діаметр затуплення D_З. Частоту обертання вибирають такою, щоб виконувалась умова D > D_З >2D₀. Після проведення точіння дисків з матеріалів A та B, знаходять швидкості затуплення V^(A)_З та V^(B)_З, за якими роблять висновок про відносну оброблюваність цих матеріалів[2].

Цей метод є достатньо простим і може бути застосований у виробничих умовах. Тому він знайшов застосування в металургійній промисловості при дослідженнях впливу різних добавок на оброблюваність конструкційних сталей. Однак він є не таким точним, як класичний метод і вимагає доведення різця до повного зносу та й характер зношування різця при торцевому точінні відрізняється від аналогічного при поздовжньому. Подібний метод стандартизовано у Франції як метод вхідного контролю оброблюваних матеріалів на автоматичних лініях.

Згідно з методом еквівалентної інтенсивності зношування (метод А. С. Кондратова) заготовку з матеріалу обробки при сталих значеннях глибини різання і подачі обточують одним різцем з різними швидкостями різання V₁, V₂, V₃,…, V_n. Для кожного значення швидкості V_i фіксують інтенсивність зношування різця:

${\displaystyle U_{i}={\frac {\Delta }{h}}_{i}{\tau _{i}},}$

де ${\displaystyle \Delta h_{i}}$ — приріст зносу за проміжок часу ${\displaystyle \tau _{i}}$. У подвійних логарифмічних координатах будується графік залежності ${\displaystyle U=f(V)}$, тангенс кута нахилу якого до осі U відповідає показнику відносної стійкості m у формулі ${\displaystyle V={\frac {C_{V}}{T^{m}}}}$. Після цього визначають еквівалентну за весь період стійкості T різця інтенсивність зношування:

${\displaystyle U_{e}={\frac {\sum \Delta h_{i}}{\sum \tau _{i}}}={\frac {\sum \Delta h_{i}}{T}}.}$

За графіком ${\displaystyle U=f(V)}$ знаходять еквівалентну швидкість різання V_e, що відповідає еквівалентному зносу, і розраховують коефіцієнт C_V. Знаючи величини C_V та m для матеріалів, що випробуються, визначають швидкості різання, що відповідають періоду стійкості Т = 60 хв, і за відношенням швидкостей знаходять коефіцієнт оброблюваності K_o. Цей метод зручний тим, що не вимагає для своєї реалізації верстатів із безступінчастим регулюванням частоти обертання шпинделя і у 6-10 разів скорочує тривалість досліду.

В основі методу натуральної термопари «різець — оброблювана деталь» лежить припущення, що всі швидкості різання, які відповідають одному і тому ж періоду стійкості, відповідають одній і тій же температурі на різальній крайці[3]. Метод є дуже простим, але не дає точних результатів, що, як правило, викликане наявністю паразитних термопар.

Суть методу проникнення свердла під дією вантажу полягає у свердлінні оброблюваного матеріалу при наперед визначених режимах різання[3]. За основу методу береться порівняння оброблюваності еталону (сталь 45) та матеріалу, що випробовується. Найчастіше для класифікації матеріалу за оброблюваністю застосовують метод Кеснера[4], суть якого полягає в свердлінні отвору діаметром 10 мм при частоті обертання близько 400 об/хв на вертикально-свердлильному верстаті. При цьому подача свердла відбувається під дією постійного зусилля 50 кгс. Характеристикою оброблюваності є глибина проникнення свердла в металі за 100 обертів шпинделя верстата. Оброблюваність оцінюється коефіцієнтом, що визначається за формулою

${\displaystyle K_{p}={\frac {l_{x}}{l_{4}5}}\cdot 100\%,}$

де l_x — глибина отвору у випробовуваному матеріалі;

l₄₅ — глибина отвору в еталонному матеріалі.

При випробуванні тонких матеріалів 5…10 мм можна порівнювати час, за який свердлінням отримуються наскрізні отвори.

Даний метод дає наближену характеристику оброблюваності при свердлінні.