МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ
«ПОЛОЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ НА
ЛЕНТОЧНОПИЛЬНЫХ СТАНКАХ
Методические указания
К учебно-исследовательской лабораторной работе
По дисциплинам
«Теория резания», «Резание материалов»
Для студентов специальности
Технология машиностроения»
И для студентов специальности
Технологическое оборудование
Машиностроительного производства»
Новополоцк 2016
Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования
«Полоцкий государственный университет»
Исследование процесса резания на
Ленточнопильных станках
Методические указания
к учебно-исследовательской лабораторной работе
по дисциплинам
«Теория резания», «Резание материалов»
для студентов специальности 1-36 01 01 «Технология машиностроения» и
для студентов специальности 1-36 01 03 «Технологическое оборудование машиностроительного производства»
Новополоцк 2016
УДК 621.9.048+620.178.152.341 (075.8)
ББК 34.5-5я73
Одобрены и рекомендованы к изданию методической комиссией машиностроительного факультета в качестве методических указаний
Кафедра «Технология и оборудование машиностроительного производства»
Составители:
Н.Н. Попок, д-р техн. наук, профессор;
А.В.Сидикевич, ст.преподаватель;
А.И. Костюченко, ст.преподаватель;
Г.И. Гвоздь, ассистент.
Рецензенты:
В.И. Абрамов, канд. техн. наук, доцент;
А.М. Долгих, канд. техн. наук, доцент.
© Оформление. УО «Полоцкий государственный университет», 2016
1 ЦЕЛЬ И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Цель работы – изучить и исследовать процесс резания на ленточнопильном станке, в частности, освоить принципы расчета режимов резания, научиться определять вид стружки, силу резания и установить влияние на них элементов режима резания.
Рекомендуется выполнять работу в следующем порядке:
1. Ознакомиться с элементами режима резания на ленточнопильном станке и порядке их назначения.
2. Провести серию опытов по определению фактического значения скорости движения подачи и рассчитать подачу на зуб ленточной пилы.
3. Изучить виды стружек. Провести три серии опытов с изменением одного из параметров режима резания и конструктивного параметра пилы, определить вид стружки, получаемой в каждой серии опытов. Сделать выводы о выборе режимов резания и конструктивных параметров ленточной пилы исходя из вида полученной стружки, определить диапазон рациональных подач.
4. Изучить схему действия сил резания на ленточную пилу. Экспериментальным путем определить фактическое действующие усилие резания через определение потребляемой мощности ленточнопильного станка в трех сериях опытов. Построить графики зависимости главной составляющей силы резания от изменения параметров режима резания.
ОБЩИЕ сведения
В современных заготовительных производствах около 80 % заготовок разрезают при помощи ленточнопильных технологий, которые относятся к высокотехнологичным, высокопроизводительным энерго- и ресурсосберегающим процессам. Ленточнопильные технологии позволяют разрезать заготовки в широком диапазоне размеров их сечений - от листов толщиной 0,5 мм до проката толщиной 1,5 м. Отрезка заготовок на станках осуществляется ленточной пилой, устанавливаемой на двух дисках, один из которых приводной, а другой натяжной. Ленточная пила позволяет обеспечить минимальные отходы металла (ширина реза 0,6 – 2 мм), при этом достигается высокая производительность процесса и малый расход энергии. Зубья ленточной пилы участвуют в процессе резания только во время контакта с обрабатываемым материалом по линии реза. Следовательно, распиловка ленточной пилой - один из наиболее эффективных способов резания с точки зрения распределения теплоты и усилия резания.
Шероховатость поверхности при отрезании на ленточнопильных станках соответствует Rz = 40…80 мкм, а отсутствие заусенцев и высокая точность реза позволяют исключить технологическую операцию дополнительного торцевания и сократить припуски до минимума.
Для ленточных пил применяют следующие виды материалов: инструментальные стали, быстрорежущие стали, твердый сплав, искусственные алмазы. Возможность использования специальных пил, оснащенных твердым сплавом или алмазной кромкой, позволяет резать стальные блоки, сортовой прокат, труднообрабатываемые стали, сплавы на основе никеля и титана цветные металлы и их сплавы, гранит, бетон и другие материалы различных форм и размеров. Процесс резания прост в реализации и его легко автоматизировать.
К основным конструктивным и геометрическим параметрам ленточной пилы относятся: ширина и толщина ленточного полотна, форма и шаг зубьев, разводка зубьев (вправо, влево), количество зубьев на один дюйм, радиус основания канавки, расстояние от вершины зуба до дна впадины канавки, передний и задний углы режущего зуба. Причем шаг зубьев пилы является важным фактором, оказывающим влияние на процесс обработки. Шаг зубьев выбирается исходя из следующих условий: он должен быть таким, чтобы объем впадины был достаточен для размещения в ней срезаемой стружки и в тоже время обеспечивал требуемую по условиям шероховатости поверхности и прямолинейности реза подачу на зуб Sz. При выборе шага учитываются следующие рекомендации:
– при обработке тонкостенных деталей, например труб, листов и т. п., рекомендуются пилы с мелким шагом зубьев, в противном случае существует риск повреждения или разрушения зуба;
– большие поперечные сечения заготовок следует резать пилой с крупным шагом, т. е. с меньшим числом зубьев;
– чем меньше зубьев вовлечено в обрабатываемую заготовку, тем выше режущая способность. Дело в том, что проникающая способность каждого отдельного зуба выше, если давление подачи пилы распределяется на меньшее число зубьев;
– крупный шаг увеличивает производительность и обеспечивает большую стружечную канавку;
– при обработке мягких материалов, например алюминия и бронзы, рекомендуется применение пил с большими стружечными канавками;
– крупный шаг предотвращает образование и скопление стружек в углублениях между зубьями пилы, что может ухудшить распиловку и повредить полотно.
– при обработке в заготовке должно находиться не менее 3 зубьев; оптимальное количество зубьев в заготовке 10…12; максимальное количество зубьев 22.
Существующие станки и ленточные пилы обеспечивают различные потребности резки: контурное пиление, отрезка под углами, резка пакетов заготовок различного профиля. Площади поперечного сечения могут достигать более одного квадратного метра, при этом ленточное пиление обеспечивает минимальное отклонение реза от перпендикулярности.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ РЕЖИМА РЕЗАНИЯ
Пиление ленточной пилой основано на принципиальной кинематической схеме, предусматривающей главное движение резания Vr и движение подачи Vs (рис. 1).
Рисунок 1 – Схема резания ленточной пилой
Рассмотрим определения основных элементов режима резания:
Результирующая скорость резания, Ve (м/мин) – это скорость движения пилы, с учетом скоростей главного движения резания и движения подачи;
Скорость главного движения резания, Vr (м/мин) – это скорость режущего лезвия инструмента относительно заготовки в направлении главного движения в единицу времени. В ленточном пилении скорость главного движения резания – скорость продольного или вращательного движения полотна пилы.
(1)
где D – диаметр шкива ленточнопильного станка, а для фрезерования и пиления дисковыми пилами диаметр окружности, проходящий через вершины зубьев, мм;
А – шаг зубьев пилы, т. е. расстояние между смежными главными режущими кромками (лезвиями) по окружности резания или окружности шкива ленточнопильного станка, мм;
z – число зубьев, врезающихся на один оборот шкива, 
;
n – число оборотов шкива, фрезы, диска пилы, мин-1;
L – длина полотна пилы, мм;
k – количество оборотов метки за время Tрез, сек.
Скорость главного движения резания зависит от твердости, формы и площади поперечного сечения заготовки. Чем выше прочность материала заготовки, тем более низкая скорость резания должна быть выбрана. Заготовки с меньшей площадью поперечного сечения могут отрезаться с большей скоростью, чем заготовки с большим сечением. Трубы и профили отрезаются с низкой скоростью резания, при этом очень важное значение имеет постоянство подачи. При возникновении вибраций необходимо изменить скорость резания на минимально возможную величину.
Скорость главного движения резания назначают по соответствующим нормативным таблицам в зависимости от материала заготовки (согласно рекомендациям фирмы-производителя ленточного полотна), а также в зависимости от габаритов заготовки (пакета заготовок) и типа применяемого оборудования.
Скорость движения подачи, Vs – скоростью перемещения (опускания) пильной рамы, мм/мин.
Фактическая подача рассчитывается следующим образом:
, (2)
где D (h) – диаметр (высота) пропила, мм;
Трез – время резания одной заготовки (пакета заготовок), мин.
, (3)
где P – площадь поперечного сечения заготовки (пакета заготовок), мм2. Для круглого сечения – 
;
Q – производительность процесса пиления, мм2/мин. Это площадь поверхности заготовки, разрезанной пилой за одну минуту г/мм3.
Производительность зависит от материала, формы и габаритов заготовок, типа пилы, оборудования, режимов резания. Фактическая производительность может быть выбрана по таблицам.
При выборе величины подачи ориентируются на следующие рекомендации:
– чем меньше коэффициент обрабатываемости материала, тем меньшей должна быть подача;
– режущая кромка зуба должна соотноситься со скоростью подачи пилы: зуб из углеродистой стали – наименьшая подача, из твердого сплава – наивысшая подачи;
– вибрации и шум при резании разрушают режущую кромку. Если они возникают, следует увеличить подачу;
– если пиление выполняется без охлаждающей жидкости, то подачу следует уменьшить на 50-75%;
– для устранения наклепа необходимо уменьшить подачу или увеличить скорость, а также увеличить подачу охлаждающей жидкости в зону резания.
Дополнительным параметром, характеризующим процесс резания, является подача на зуб Sz, мм/зуб:
(4)
Глубина резания t, (мм) – это размер снимаемого слоя, измеренный по нормали к рабочей плоскости. По существу, это ширина пропила.
Порядок проведения эксперимента: на станок устанавливается ленточная пила. Обрабатывается заготовка – прокат Ø 50-100 мм, сталь 45 либо сталь 20Х13. Первая серия опытов производится при скорости главного движения резания Vr =35 м/мин., с применением СОЖ, предварительно приработанной пилой. Лимб переключения скорости движения подачи устанавливается в 4 различные положения. Секундомером замеряется время одного реза при каждом из 4-х значений положения лимба. Вторая серия опытов проводится точно так же, но при скорости главного движения Vr =70 м/мин. По выше приведенным формулам рассчитываются значения фактические значения скорости движения подачи и подача на зуб пилы Sz. Заполняется протокол №1 «Измерение подачи на зуб» (приложение А).