Резание металлов»

Ивановский государственный энергетический университет

Кафедра "Технологии автоматизированного машиностроения"

Электронный конспект лекций

по теме:

«Резание металлов»

Автор: Подгорков Владимир Викторович,

д.т.н., проф. кафедры ТАМ

ВВЕДЕНИЕ

Машиностроение является важнейшей отраслью промышленности, производящей различные машины, станки, приборы и металлические предметы культурно-бытового назначения. Уровень развития машиностроения в решающей степени определяет состояние всех других отраслей промышленности, определяет производительность труда в производстве совокупного продукта и, в конечном итоге, уровень жизни людей.

Как самостоятельная отрасль производства машиностроение сло= жилось в XVIII веке. Быстрое развитие оно получило в А= нглии и странах Западной Европы, затем в США. В России первые машиностроительные заводы построены в конце XVIII века, в середине= XIX века их насчитывалось около 100, а в 1900 году – = более полутора тысяч. По своему техническому уровню и масштабам производства маши= ностроение России существенно отставало от западно-европейских стран, половину необходимого оборудования для различных отраслей производст= ва приходилось ввозить из-за границы.

Бурное развитие машиностроения в нашей стране произошло пос= ле Великой Октябрьской социалистической революции. В годы первой пятилетки согласно директивам 15-го съезда ВКП(б) в период с 1928 по 1933 гг. в Советском Союзе пост= роено около тысячи новых крупных заводов, в том числе такие гиганты, как "Уралмаш", Горьковский автозавод, Ново-Краматорский завод тяжелого станкостроения, Челябинский, Харьковский и Сталинградский тракторные заводы и другие машиностроительные предприятия. В связи с развит= ием отечественного машиностроения для более эффективного использования его возможностей потребовались научно обоснованные руководящие материалы и норм= ы по рациональному использованию имеющихся мощностей, выбору оптимальных условий= и режимов обработки. Для удовлетворения этих потребностей впервые в мировой практике машиностроения были составлены и в предвоенные годы изданы массовым тиражом «Единые нормативы» по оптимальной механической обработке всех используемых в то время конструкционных материалов для всех видов работ и в= сех используемых режущих инструментов.

В начале Великой Отечественной Войны большое число машиностроительных предприятий было эвакуировано в глубь страны и в фантастически жатые сроки перепрофилировано на выпуск военной техники, оруж= ия и боеприпасов. В этих условиях взамен ушедших на фронт мужчин, профессиональн= ых специалистов- станочников, к станкам встали вчерашние колхозники, женщины, школьники и другие, далекие от машиностроения люди. Вот здесь-то «Единые нормативы» сыграли неоценимую роль в деле обучения этих людей и передаче им знаний по оптимальным режимам механической обработке деталей на металлорежу= щих станках. К началу Великой Отечественной войны наша страна уже обладала мощн= ым машиностроением, способным обеспечить Советскую Армию военной техникой. Советские ученые-специалисты по резанию металлов внесли свой достойный вклад как в дело развития отечественного машиностроени= я, так и в Победу в Великой Отечественной Войне.

В послевоенные годы машиностроение восстанавливалось и развивалось быстрее, чем остальные отрасли народного хозяйства. Так, к концу сороковых и началу пятидесятых годов объем промышленной продукции по сравне= нию с предреволюционным периодом увеличился в 35...40 раз, а объем продукции машиностроения – в 240 раз. Такое положение обеспечило быстрое восстановлен= ие всего народного хозяйства страны. В послевоенное время интенсивно развивало= сь машиностроение и в нашей Ивановской области. В Иванове в начале 50-х годов построены новые заводы: испытательных приборов, автомобильных кранов, чесал= ьных машин, расточных станков. В Кохме – строительных машин, в Кинешме – филиал автомобильного завода имени Ленинского комсомола,= в Фурманове – завод вакуумной техники "Темп",= в Комсомольске – завод электроаппаратов.

Свидетельством колоссальных достижений машиностроения Совет= ского Союза является создание оборудования для атомных электростанций, крупнейших= в мире установок для изучения атомного ядра, атомных подводных лодок и ледоко= лов, уникальной реактивной авиационной техники, космических ракет, искусственных спутников земли и долговременных орбитальных станций, строительство таких г= игантов машиностроения, как Атоммаш, АвтоВАЗ, КаМАЗ и других промышленных предприятий.

Современное машиностроение характеризуется широким применен= ием металлорежущих станков с числовым программным управлением и автоматизирован= ных технологических комплексов, работающих по принципу "безлюдной технологии". Для изготовления режущих инструментов используются новые сверхтвердые композиционные материалы, синтетические и природные алмазы. Производственный потенциал отечественного машиностроения за годы Советской власти сильно возрос и был очень велик, однако в настоящее время в связи с переустройством страны он используется чрезвычайно мало.

Содержание лекций по дисциплине «Резание металлов».

Учебная дисциплина «Резание металлов» является первой дисци= плиной технологического цикла, формирующей у студентов основы знаний по механическ= ой обработке металлов, она является отправным пунктом в изучении таких учебных дисциплин, как «Режущие инструменты», «Оборудование машиностроительного производства» и «Технология машиностроения» ; зн= ания по «Резанию металлов» необходимы для осознанного восприятия и оценки всех сопровождающих процесс резания явлений и их влияния на эффективность механической обработки.

В первой части дисциплины рассматриваются физические основы резания металлов, во второй части - основные виды механической обработки металлов.

Согласно программе настоящий цикл лекций рассчитан на преподавание дисциплины «Резание металлов» в объеме 36 часов лекций, 14-ти часов лабораторных занятий и самостоятельную работу с литературой не менее = 12 часов.

Список использованной и рекомендуемой литературы

1. Панченко К.П. Русские ученые-основоположники науки о резании металлов. - М.: Машгиз, 1953.

2. Развитие науки о резании металлов. Коллектив авторов. - М. : Машиностроение, 1967. <= span class=3DSpellE>416с.,ил.

3. Армарего И.Дж. А., Браун Р.Х. Обработка металлов реза= нием. Пер. с англ. В.А.Пастунова - М.: Машиностроение, 1977. 325с. с ил.

4. Клушин М.И. Резание металлов.- М.: Машгиз, 1953. 431с., ил.

5. Клушин М.И. Резание металлов. Элементы теории пластического деформирования срезаем= ого слоя. - М.: Машгиз, 1958. = 454с. ил.

6. Грановский Г.И., Грановский В.Г. Резание металлов: Учебник для ма= шиностр. и приборостр. спец. вузов. – М.: Высш. шк., 1985. – 304с.,= ил.

7. Подгорков В.В. Теория резания: У= чебн. пособие/ Иван. Гос. ун-т, - Иваново: ИвГУ. 1986. 80с., ил.

8. Подгорков В.В. Блинов В.Б., Капустин А.С., Механическ= ая обработка материалов и оборудование машиностроительного производства: Учебн. пособие: Под. ред. Подгоркова В.В. / Ива= н. гос. энерг. ун-т. – Ивано= во, 2002. 124с., ил.

9. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. – М.: Машиностроение. 1975. – 344с., ил.

10. = &nb= sp; Лоладзе Т.Н. Износ режу= щего инструмента. – М.: Машгиз. 1958. – 356с., ил.

11. = &nb= sp; Научно-технические основы применения смазочно-охлаждающих жидкостей при резании металлов // Сборник статей под р= ед. Клушина М.И. – Иваново: Ив. ТИ. 1968.- 172с., ил.

12. = &nb= sp; Худобин Л.В., Бердичевс= кий Е.Г. Техника применения смазочно-охлаждающих средств в металлообработке. – = М.: Машиностроение, 1977. -189с.

13. = &nb= sp; Смазочно-охлаждающие технологические средства для о= бработки металлов резанием: Справочник / Под ред. Энтелиса С.Г. и Берлинера= Э.М. – М.: Машиностроение 1986. – 352с., ил.

14. = &nb= sp; Магнитные жидкости в машиностроении // Орлов Д.В., = Михал¨в Ю.О., Мышкин Н.К., П= одгорков В.В., Сизов А.П. / Под ред. Орлова Д.В. и Подгоркова В.В. – М.: Машиностроение. 1993. – 272с., ил.

15. = &nb= sp; Справочник по триботехнике: В 3т. Т.2: Смазочные материалы… / Под общ. ред. М.Хебды и А.В. Чичинадзе.= – М.: Машиностроение. 1990. – 416с., ил.

16. = &nb= sp; Аваков А.А. Физические = основы теорий стойкости режущих инструментов. – М.: Машгиз, 1960. – 124с., ил.

17. = &nb= sp; Ахматов А.С. Молекулярная физика граничного трения.= М.: Физматгиз, 1963. – 472с., ил.

18. = &nb= sp; Берковский Б.М., Медведев В. Ф., Краков М.С. Магнит= ные жидкости. М.: Химия, 1989. – 240с.

19. = &nb= sp; Блум Э.Я., Майоров М.М.= , Цеберс А.О. Магнитные жидкости. – Рига: Зинатне, 1989. – 386с., с ил.

20. = &nb= sp; Боуден Ф.П. и Тэйбор Д. Трение и смазка. – М.: Машгиз, 1960.

21. = &nb= sp; Горкунов Д. Н. Триботехника (износ и безызносно= сть):Учебник. – 4-е изд., перераб. и доп. -М.: " Издательство МСХА ", 2001= , –601с., ил.

22. = &nb= sp; Грановский Г.И., Грудов= П.П., Кривоухов В.А., Ларин М.Н., Малкин И.П. Резание металлов. – М.: Машгиз, 1953. – 364с., ил.

23. = &nb= sp; Дерягин Б.В. Что такое т= рение. – М.: АН СССР, 1963.

24. = &nb= sp; Дроздов Ю.Н., Павлов В.Г., Пучков В.Н. Трение и изн= ос в экстремальных условиях: Справочник. – М.: Машиностроение, 1986. – 224с., ил.

25. = &nb= sp; Крагельский И.В., Любар= ский И.М., Гусляков А.А. и др. Трение и износ в ваку= уме. – М.: Машиностроение, 1973. 216 с., ил.

26. = &nb= sp; Латышев В.Н. Повышение эффективности СОЖ. – М.: Машиностроение1985. – 64с., ил.

27. = &nb= sp; Шпеньков Г. П. Физикохимия трения. Минск: изд-во БГУ, 1991. – 395с., ил.

Вклад отечественных ученых в развитие науки о резании металлов

Первые экспериментальные исследования процесса резания мета= ллов проведены во Франции. В 1848—1849 годах капитан французской артиллерии Кокилья проделал опыты по сверлению отверстий в оруди= йных стволах. Подача сверла осуществлялась с помощью груза. В опытах определялась работа, затрачиваемая на сверление.

В 1851 году Коквилхэт исследовал работу, необходимую для сверления отверстий в железе, бронзе, камне и других материалах. В 1862 году опыты Кокилья повторил капитан французской артиллерии Кларинваль на отличающихся по своим свойствам обрабатываемых материалах: чугуне, стали и бронзе. В 1864 году французский исследователь Джоссель= сделал сообщение о влиянии геометрии резца на силу резания.

В конце 70-х годов 19-ого века интенсивно развиваются науки= о строении и свойствах металлов. Так, в 1968 году Д.К.Чернов исследует строен= ие металлов и закладывает основы металлургии, в том же году французский академ= ик Треска публикует первые работы по пластической деформации металлов.

В 1780 году наш соотечественник Иван А= вгустович Тиме(1838-1920), профессор Петербургского Горного Института, публикует труд «Сопротивление металлов и дерева резанию», в котором он «… впервые рассмотр= ел процесс деформации металла при стружкообразовании». Этот труд и считается началом науки о резании металлов, а его автор, Иван Ав= густович Тиме — е¨ основоположником.

В 1893 году вышла в свет книга профессора Харьковского Технологического Института Константина Алексеевича Зворыкина(1861-1928) «Ра= бота и усилие, необходимые для отделения металлических стружек». Эта работа явил= ась ценным вкладом в мировую техническую литературу и поставила К.А.Зворыкина в= ряд крупнейших ученых- основоположников науки о резании металлов. За сво¨ исследование, описанное в этой книге, К.А.Зв= орыкин был удостоен премии Русского технического общества. В = сво¨м исследовании для измерения усилий он впервые применил гидравлический динамометр. Методика изложенного исследования была настолько совершенна и тщательно продумана, что от современных исследований она отличается только технической оснащенностью. К.А.Зворыкиным была предложена схема сил, действующих на резец, в которой были учтены силы трения на передней и задней поверхностях. К.А.Зворыкин теоретически определил положение плоскости скалывания и высказал предположение, что в плоскости скалывания действуют нормальные силы, вызывающие силы трения между элементами стружки, препятствующие их движению. Значительная часть работы посвящена исследованию зависимости сил резания от толщины стружки.

В 1896 году опубликована работа преподавателя Михайловской артиллерийской академии, капитана А.А. Брикса «Резание металлов». В своей книге автор дал глубокий анализ работ отечестве= нных и зарубежных исследователей, систематизировал понятия и уточнил терминологи= ю, принятую в резании. Такие термины, как «режущее лезвие», «передняя грань», «задняя грань», «угол заострения», «задний угол», «передний угол» утвердили= сь в науке о резании металлов и сохранились до наших дней.

В 1905-1910 годах – Н.Н. Савиным выполнены исследования вли= яния смазочно-охлаждающей жидкости на процесс резания и качество обработанной поверхности. Результаты исследования опубликованы в «Известиях СПБ Политехнического института» и в «Вестнике общества технологов» в 1910 году.=

В 1914 году в «Известиях Донского политехнического институт= а» была опубликована работа Б.Г. Соколова «О форме обдирочных резцов». В этой работе автор обращает внимание на то, что процесс образования стружки следу= ет рассматривать в плоскости «схода стружки», которую в настоящее время мы называем главной секущей плоскостью.

Выдающейся работой после работ И.А. Тиме и К.А. Зворыкина б= ыла работа мастера механических мастерских Петроградского<= /span> политехнического института Якова Григорьевича Усачева (1873-1941) «Явления, происходящие при резании металлов». Для изучения пластической деформации в = зоне образования стружки Я.Г. Усачев впервые применил микроструктурный анализ ко= рней стружек, позволивший увидеть плоскости скалывания и плоскости сдвигов внутри элементов стружки. При микроструктурном анализе корней стружек Я.Г. Усачев обратил внимание на явление образования нароста на передней поверхности рез= ца, которое он охарактеризовал как явление приспособляемости металла к условиям резания и указал, что «…нарост образуется всегда, если форма резца не соответствует условиям наименьшего сопротивления резанию...».

Я.Г. Усачев был выдающимся экспериментатором и большим маст= ером своего дела, опубликованные им фотографии микроструктур корней стружек и нароста, удивляют исключительно высоким качеством их выполнения, собственноручно им изготовленные и применяемые в экспериментах резцы со встроенными полуискуственными термопарами, явля= ют собой образцы ювелирного их исполнения.

Начало работам советского послереволюционного периода време= ни было положено Андреем Николаевичем Челюсткиным (1891-1926), преподавателем Ленинградской артиллерийской академии. За 7 лет своей научно-педагогической работы он опубликовал целый ряд сочинений, сыгравших большую роль в развитии отечественной науки о резании металлов.

Особое место среди его работ занимает сочинение «Влияние ра= змеров стружки на усилие резания металлов».

В годы первой пятилетки 1928-1933 в нашей стране развернуло= сь широкое строительство новых предприятий тяжелой индустрии и реконструкция существующих машиностроительных заводов. В этот период строятся такие гиган= ты нашей индустрии, как Горьковский Автозавод, Сталинградский, Харьковский и Челябинский тракторные заводы, авиационные заводы в Москве, Воронеже и в Горьком, Уралмаш, Ново-Кра= маторский завод тяжелого машиностроения и другие.

Резкое расширение парка металлорежущих станков и увеличение объема металлообработки потребовало создания научно-обоснованных руководящих материалов по рациональному использованию имеющихся мощностей, выбору оптимальных режимов резания и условий обработки.

Развитие массового производства требовало освоения высокопроизводительных методов обработки металлов с применением специализир= ованных инструментов.

Эти задачи в целом потребовали расширения научно-исследовательских работ в металлообработке. Поэтому в 1936 году по инициативе Наркома тяжелой промышленности СССР Григория Константиновича Орджоникидзе была создана «Комиссия по резанию металлов» под председательством профессора МВТУ имени Н.Э.Бау= мана, Е.П. Надеинской. Членами комиссии стали А.И. Ка= ширин, В.А. Кривоухов, И.М. Беспрозванный и С.Д. Тишин= . На основании работ, выполненных под руководством комиссии, впервые в мировой практике металлообработки разработаны справочные материалы по режимам резан= ия всех применявшихся в то время конструкционных материалов и всех видов обраб= отки всеми видами инструмента.

Эти материалы были положены в основу государственных нормат= ивов по режимам резания.

В результате работ Комиссии были прочно заложены основы Сов= етской школы резания металлов. Впервые в мировой практике созданы нормативно-справочные материалы по резанию металлов.

В период Великой Отечественной Войны проведены широкие исследования, направленные на определение режимов резания максимальной производительности.

Послевоенный период характеризуется глубокими исследованиями накопившихся за время войны узких вопросов по теории резания металлов.

Результаты исследований опубликованы авторами:

1945 г. — В.А. Кривоуховым «Деформирование поверхностных слоев металла в процессе резания».

1946 г. — И.М. Беспрозванным «Физические основы теории реза= ния металлов».

1949 г. — С.Ф. Глебовым «Механизм пластической деформации п= ри резании металлов».

1950 г. — А.И. Исаевым «Процесс образования поверхностного = слоя при обработке металлов резанием».

1953 и 1958 г. — опубликованы две монографии М.И. Клушина «Резание металлов».

По вопросам тепловых явлений и износа режущего инструмента опубликованы работы:

1946 г. — А.М. Даниеляна «Износ инструмента и тепловые явле= ния при резании металлов».

1949 г. — Б.И. Костецкого «Стой= кость режущего инструмента».

1949 г. — М.П. Левицкого «Проблема стойкости резцов».

Наряду с теоретическими исследованиями в послевоенный период решаются и новые практические задачи. В этот период осваивается производство новых мощных турбин, атомных реакторов, реактивных двигателей. Детали этих устройств, работающие в условиях действия высоких температур и давлений, изготавливаются из специальных жаропрочных, нержавеющих, эрозионно-стойких и тугоплавких материалов и сплавов, которые трудно поддаются механической обработке. Работы послевоенного периода и были направлены на определение оптимальных условий обработки таких материалов. В 1947 году интенсивно внед= ряется скоростное резание твердосплавными инструментами.

Современное состояние науки о резании металлов характеризуе= тся глубокими исследованиями физико-химических явлений в зоне резания, исследую= тся процессы взаимодействия обрабатываемого материала и инструмента, новые инструментальные материалы, исследуется сверхскоростное резание.

Повышение быстроходности и надежности машин потребовало пов= ышения точности обработки и улучшения качества обработанной поверхности. В связи с этим расширились работы по исследованию размерной стойкости инструмента, большое число работ посвящено исследованию внутренних напряжений в поверхностном слое обрабатываемой детали и исследованию влияния различных технологических факторов на усталостную прочность обрабатываемых деталей.

Необходимо отметить, что в настоящее время обнаруживается несоответствие возможностей металлургической промышленности и металлообрабо= тки. Металлургическая промышленность может поставлять нашей промышленности матер= иалы высочайшей прочности, обрабатывать которые обработчики еще не научились и обработка их стоит непомерно дорого. И в этом направлении ведутся исследовательские работы.

Наряду с другими, одной из центральных проблем машиностроен= ия является проблема применения смазочно-охлаждающих технологических сред при резании материалов. Работы в этом направлении ведутся сейчас довольно широко большим числом научно-исследовательских школ и организаций, в том числе в <= span class=3DSpellE>ИГЭУ и в Ивановском Государственном Университете.

2. Основы реза= ния металлов

2.1. Основные понятия, термины и определения

При обработке металлов резанием изделие получается в резуль= тате срезания с заготовки слоя припуска, который удаляется в виде стружки. Готов= ая деталь ограничивается вновь образованными обработанными поверхностями. На обрабатываемой заготовке в процессе резания различают обрабатываемую и обработанную поверхности. Кроме того, непосредственно в процессе резания режущей кромкой инструмента образуется и временно существует поверхность резания (рис. 2.1).

Для осуществления процесса резания необходимо и достаточно = иметь одно взаимное перемещение детали и инструмента. Однако для обработки поверхности одного взаимного перемещения, как правило, недостаточно. В этом случае бывает необходимо иметь два или более, взаимосвязанных движений обра= батываемой детали и инструмента. Совокупность нескольких движений инструмента и обрабатываемой детали и обеспечивает получение поверхности требуемой формы.= При этом движение с наибольшей скоростью называется главным движением (D_г), а все оста= льные движения называются движениями подачи (D_s). Суммарное движение режущего инструмента относительно заготовки, включающее главное движение и движение подачи, называется результирующим движением рез= ания (D_e). Геометрическая сумма скорости главного движения резания и скорости движения подачи определяет величину скорости результирующего движения резания (V_e). Плоскость, в которой расположены векторы скоростей главного движения резани= я и движения подачи (рис. 2.1), называется рабочей плоскостью (P_s). В этой плоскости измеряются угол скорости резания и угол подачи . Для случаев токарной обработки этот угол равен 90 градусам.

Интенсивность процесса резания определяется напряженностью = режима резания. Режим резания характеризуют три параметра:

· глубина резания t (мм);

· подача s (мм/об);

· скорость резания v (мм/мин);

Элементы режима резания: глубина подача и скорость, обознач= аются строчными (малыми) буквами латинского алфавита.

Глубиной резания называется толщина слоя обрабатываемого материала, срезаемого за один проход инструмента.

Подачей называется величина перемещения инструмента или обрабатываемого изделия в единицу времени или величина, этого перемещения, отнесенная к величине главного движения.

1 – обрабатываемая поверхность,

2 — обработанная поверхность,

3 – поверхность резания.

Рис.2.1 Поверхности и движения= при резании.

P_s – рабочая плоскос= ть, V – вектор скорости резания, Vs– вектор скорости движения подачи, V_e= – вектор скорости результирующего движения.

D_г – главное движение, D_s – движение по= дачи, D_e – результирующее движение.

Скоростью резания называется скорость перемещения поверхнос= ти резания относительно режущей кромки инструмента. Скорость резания можно представить как путь, пройденный режущим инструментом в единицу времени в направлении главного движения по поверхности резания.

Величина подачи и глубины резания определяют размер площади поперечного сечения срезаемого слоя (сечения среза):

, мм²<= /span>.

Процесс пластической деформации срезаемого слоя и напряженн= ость процесса резания наиболее полно оценивается не величиной площади поперечного сечения среза, а величинами ширины и толщины поперечного сечения срезаемого слоя (см. рис.2.2). Толщиной срезаемого слоя (с= реза) a называется расстояние между двумя последовательными положениями поверхности резания. Шири= ной срезаемого слоя b называется расстояние = между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное по поверхности реза= ния.

Форма поперечного сечения среза зависит от формы режущей кр= омки инструмента и от расположения ее относительно направления движения подачи. При резании инструментом с прямолинейной режущ= ей кромкой толщина среза а постоянна на всей ширине среза, а при резании инструментом с криволинейной режущей кромкой толщина среза неодинакова в разных точках по ширине среза. Из рис.2.2 видно, что п= ри постоянных значениях подачи s и глубины резания t ширина среза b и толщина среза a изменяются в зависимости от положения режущей кромки, в зависимости от угла между режущей кромкой и направлением подачи.

Рис. 2.2. Форма и размеры площади поперечного сечения срез= а

Здесь видно<= span lang=3DEN-US style=3D'mso-ansi-language:EN-US'>, что:

f1 =3D f₂=3D f₃ =3D t. s =3D a₁. b₁ = =3D a₂. b₂ =3D a₃. b₃,

a₁ > a₂ > a₃;

b₁ < b₂ < b₃;

; ,

при

поэтому

a =3D s, b =3D t.

В результате того, что режущий инструмент имеет вспомогател= ьный угол не равный нулю, фактическая площадь среза f_факт_. меньше номинальной на величину площади среза остающихся на обработанной поверхности гребешков. Величина их несоизмеримо мала по сравнению с номинальной, и для выполнения каких-либо расчетов ею можно пренебречь.

Производительность обработки резанием может характеризовать= ся объемом металла, срезаемого в единицу времени.

Этот объем, мм³/мин,= может быть определен как произведение площади поперечного сечения среза и длины п= ути, пройденного режущим инструментом в единицу времени – скорости резания:

, мм³/мин,

где: t= – глубина резания, мм;

s – подача, мм/об;

v – скорость реза= ния, м/мин;

Кроме того, производительность механической обработки может оцениваться также величиной площади поверхности, обработанной в единицу времени, или по другим показателям.

2.2. Основные случаи резания

Процесс пластической деформации срезаемого слоя и образован= ия стружки кроме указанных ранее параметров характеризуется еще и степенью осложненности условий, в которых совершается образова= ния стружки. По этому признаку различают два случая резания: свободное и несвободное (осложненное).

1.Свободное резание. Происходит в случае, когда в резании участвует одна прямолинейная режущая к= ромка. Деформированное состояние срезаемого слоя при этом является плоским. Пример свободного резания указан на рис.3а. В этом слу= чае деформация совершается в плоскостях, параллельных друг другу, и все элементарные объемы срезаемого слоя могут свободно перемещаться в параллель= ных направлениях.

Свободное резание может осуществляться также при строгании = прямых гребешков на плоской поверхности призматической заготовки или при точении с поперечной подачей буртика на цилиндрическом образце (заготовке). Длинна прямолинейной режущей кромки инструмента в обоих этих случаях должна быть больше ширины гребешков или буртика на ширину перекрытия режущего лезвия. Свободное резание обычно производится при выполнение каких-либо экспериментов в различных исследованиях. Это делается для того, чтобы исключить влияние осложненного деформирования срезаемого слоя на исследуемое явление. Получить хороший кор= ень стружки для изучения, например, пластической деформации срезаемого слоя или образования нароста, можно только при свободном резании, при котором все явления в зоне резания совершаются в семействе параллельных плоскостей, поэ= тому одинаковы в каждой из них.

Рис. 2.3. Свободное (а) и несвободное резание (б).

2.Несвободное (осложн= енное) резание (рис.3б). Характеризуется тем, что отдельные объемы срезаемого слоя на разных участках режущей кромки перемеща= ются в разных направлениях, что создает условия сложного деформирования и затруд= няет образование стружки.

При несвободном резании отдельные элементарные объемы среза= емого слоя перемещаются в разных направлениях и поэтому в разных точках зоны реза= ния одни и те же явления совершаются по-разному, с разной степенью интенсивност= и. Картина состояния материала в зоне резания в одной секущей плоскости не является типичной для всех других секущих плоскостей и не повторяет картины состояния материала в других секущих плоскостях.

По расположению режущей кромки режущего лезвия относительно направления главного движения (вектора скорости резания) резание может быть прямоугольным или косоугольным. При расположении режущей кромки под прямым углом к направлению главного движения резание называется прямоугольным. Есл= и же режущая кромка расположена к направлению резания не под прямым углом (косо), резание называется косоугольным. При прямоугольном резании стружка завивает= ся в плоскую логарифмическую спираль, а при косоугольном резании – в винтовую, направление и шаг которой зависят от расположения кромки.

Резание может осуществляться режущими инструментами с одним режущим лезвием или с несколькими. Согласно этому резание может называться однолезвийным или многолезвийным. Оно может быть непрерывным, например, при точении, или прерывистым, как при фрезеровании, и происходить с постоянным = или переменным сечением среза.

3. Режущие инс= трументы

3.1. Геометрические параметры режущей части инструменто= в

Отделение срезаемого слоя металла производится режущим лезв= ием инструмента. Режущая часть инструмента ограничивается рабочими поверхностям= и, которые в зависимости от расположения относительно обрабатываемого изделия имеют определенные названия. Разные инструменты имеют различную форму зажим= ной и режущей частей, однако их режущие части имеют общее устройство и ограничиваются рабочими поверхностями, присущими режущей части любого инструмента. Обычно режущая часть имеет одну переднюю и несколько задних поверхностей.

1 – передняя поверхность, 2 – главная задняя поверхность, 3 – вспомогательная задняя поверхность, 4 – главная режущая кромка, 5 – вспомогательная режущая кромка, 6 – вершина режущего лезвия.

Рис. 3.1. Составные части и рабочие поверхности инструмент= ов.

На рис.3.1. показаны рабочие поверхности и режущие кромки режущих частей: а – токарного резца, б – долбежного резца, в – спирального сверла, г – слесарного зубила, д – зернен абразивного инструмента.

Передней поверхностью (1) называется поверхность, по которой сходит образующаяся в процессе резания стружка.

Главной задней поверхностью (2) называется поверхность, обращенная к поверхности резания.

Вспомогательной задней поверхностью (3) называется поверхно= сть, обращенная к обработанной поверхности.

Ребро, которое образуется в результате пересечения передней= и главной задней поверхности, называется главной режущей кромкой (4). Пересечением передней поверхности с вспомогательной задней поверхностью образуется вспомогательная режущая кромка (5).

Точка пересечения главной (4) и вспомогательной (5) режущих кромок называется вершиной (6) режущего лезвия (резца, режущего зуба).

Для обеспечения эффективной работы режущего инструмента поверхности его режущего лезвия должны располагаться определенным образом относительно направления движения резания.

Для рассмотрения геометрических параметров режущей части инструмента устанавливаются системы координатных плоскостей и сами координа= тные плоскости: плоскость резания и основная плоскость. Для контроля режущего ин= струмента применяется инструментальная система координат с началом в вершине лезвия, ориентированная относительно геометрических элементов режущего инструмента, принятых за базу.

Статическая система координат – прямоугольная система коорд= инат с началом в рассматриваемой точке режущей кромки, ориентированная относительно направления скорости главного движения резания.

Кинематическая система координат – прямоугольная система координат с началом в рассматриваемой точке режущей кромки, ориентированная относительно направления скорости результирующего движения резания.

Геометрические параметры (углы) режущего инструмента рассматриваются в этих системах координат. В статическо= й – как геометрические параметры твердого тела – неподвижного предмета, в кинематической – как углы работающего инструмента в процессе резания. На рис.3.2. показаны токарный резец в проекции на основн= ую плоскость 1, сечения его в главной секущей плоскости 2, в рабочей плоскости= 3 и вспомогательной секущей плоскости 4, вид резца со стороны главной задней поверхности 5 и следы координатных и секущих плоскостей.

P_vc – сл= ед основной плоскости, P_nc – след плоск= ости резания, P_s — след рабочей плоскости= , – след главной секущей плоскости.

Рис. 3.2. Геометрические параметры режущей части резца в статической системе координат.

Основной плоскостью P_v называется координатная плоскость, проходящая перпендикулярно направлению главного движения (вектору скорости резания). Для случая токарной обработки она параллельна продольной и поперечной подачам и параллельна опорной поверхности (основанию) призматической зажимной части резца.

Плоскостью резания P_n называется координатная плоскость, проходящая через главную режущую кромку перпендикулярно основной плоскости.

Плоскость, проходящая через главную режущую кромку перпендикулярно основной плоскости и параллельно направлению движения подач= и, называется рабочей плоскостью P_s.

Геометрические параметры режущего инструмента рассматривают= ся в плане, то есть в проекции на основную плоскость, и в секущих плоскостях: главной секущей плоскости, нормальной секущей плоскости, в рабочей плоскост= и и в других вспомогательных секущих плоскостях.

Нормальной секущей плоскостью Pn называется секущая плоскость, проходящая перпендикулярно (нормально) режущей кромке в рассматриваемой точке.

Главной секущей плоскостью называется координатная плоскость, перпендикулярная линии пересеч= ения основной плоскости с плоскостью резания и проходящая через главную режущую кромку.

В плане, то есть в проекции на основную плоскость, рассматриваются следующие углы: главный угол в плане , угол при вершине в плане , вспомогательный угол в плане . Эти углы связаны между собой зависимостью:

Рис. 3.3. Статические и кинематические углы резца и зависи= мость их от подачи и диаметра обрабатываемой поверхности

В главной секущей плоскости рассматриваются углы: главный задний , передний угол и угол заострения . Во вспомогательной секущей плоскости рассматривается и измеряется только один угол – вспомогательный задний угол . В плоскости резания измеряется угол наклона главной режущей кро= мки .

Сумма углов резца в главной секущей плоскости равна 90 град= усам:

Кроме рассмотрения углов резца в статической системе коорди= нат как углов какого-то геометрического тела (или углов резца в статике) следует рассматривать углы резца в движении, в кинематической системе координат. В результате сложения главного движения с движением подачи при резании изменя= ется величина углов режущего инструмента, приданных ему при заточке.

Углы в статической системе координат называются статическими углами, углы в кинематической системе координат – кинематическими. Величина кинематических углов отличается от величины статических на величину кинематического угла скорости резания , угла между векторами скорости резания v= и скорости результирующего движения v_е. Из рис<= /span>.3.2. видно, что при резании задний угол уменьшается, а передний увеличивается на величину угла скорости резания. Величина этого кинематического угла легко определяется из схемы на рис.3.3., где резец ус= ловно показан в контакте с разверткой обрабатываемой торцевой поверхности на цилиндрической заготовке. Здесь видно, что:

;

Рис. 3.4. Зависимость величины переднего и заднего углов от установки резца.

;

где d – диаметр обрабаты= ваемой поверхности, мм; s – величина подачи, мм= /об.

Действительная величина углов резца зависит также от устано= вки его относительно оси центров токарного станка. Зависимость эта поясняется схемой на рис. 3.4. Из схемы видно, что действительная величина переднего и= заднего углов ( и ) изменяется на величину угла установки . Его величина определяется из соотношения

;

где d – диаметр обрабаты= ваемой детали, мм; h= – высота смещения вершины резца, мм.

Величина угла равняется величине угла:

;

Действительные углы:

;

На представленных выше рисунках показаны упрощенные схемы р= асчета действительных углов. В обычных, не упрощенных случаях величины углов наход= ятся в более сложной зависимости. Из приведенных данных видно, что изменение угл= ов инструмента при резании тем больше, чем меньше диаметр обрабатываемого изде= лия и больше подача. При установке резца выше центра задний угол уменьшается, а передний – увеличивается. При установке резца ниже центра увеличивается зад= ний угол и уменьшается передний.

4. Процесс обр= азования стружки

4.1. Состояние материала в зоне резания и виды образующ= ихся стружек

Конкретная задача процесса резания заключается в образовании новой поверхности. Поскольку прочность обрабатываемого материала соизмерима= с прочностью материала инструмента, для обеспечения работоспособности инструм= ента его приходится

Рис. 4.1. Микрофотография корня стружки скалывания, полученного при резании коррозионностойкой стали 12Х18Н10Т.

упрочнять путем увеличения угла заострения до 90^о и более. При такой конфигурации инструмента весь срезаемый слой припуска подвергается пластической деформации и превращается в стружку, а сам процесс резания по существу становится процессом пластической деформации всего срезаемого слоя припуска на обработку.

В процессе механической обработки в зависимости от свойств обрабатываемого материала, геометрических параметров режущего инструмента и величины элементов режима резания могут образовываться различные по своему = виду стружки. По внешнему виду и может быть бесчисленное множество, которое подразделяется на три основных вида: стружки скалывания, сливные и стружки надлома.

Посмотрите на рис.4.1., где представлена микрофотография корня стружки скалывания в главной секущей плоскости и на рис.4.2. с микрофотографией корня сливной стружки. Обратите внимание на то, что в стружке скалывания четко ви= дны ее отдельные элементы. В сливной стружке на рис.4.2. отдельные элементы трудно различимы.

Рис.4.2. Микрофотография корня сливной стружки, полученного при резании стали <= span class=3DSpellE>40Х.

Вид образующейся стружки зависит от многих факторов, таких = как, например, свойства внешней среды, в которой осуществляется резание, величины переднего угла инструмента и других факторов.

При внимательном рассмотрение корня сли= вной стружки можно увидеть, что отдельные ее элементы, деформированы (вытянуты) в направлении, не совпадающем с положением плоскости скалывания, расположенной под углом . На рис.4.3. видно, что разрушение срезаемого слоя происходит по плоскости скалывания, а наибольшая пластическ= ая деформация происходит в другом направлении, под углом к этой плоскости, под углом . Первое направление под углом принято называть направлением наибольших напряжений, второе направление под углом называют направлением наибольших деформаций.

Рис.4.3. Микрофотография корня стружки, полученного при точении стали 45.

На фотографиях корней стружек можно видеть так же, что в прирезцовой части стружки (особенно хорошо видно на <= span class=3DSpellE>рис.4.1.) деформация не имеет строго выраженного напр= авления, прирезцовые слои металла вытянуты в направлении, параллельном передней поверхности инструмента. Такая вторичная деформация срезаемого слоя происходит из-за сильного трения на передней поверхности, в зоне контакта ее с прирезцовой поверхностью уже= образовавшейся стружки.

При резании материалов средней пластичности на средних скор= остях резания образуются стружки скалывания, при резании мягких пластичных матери= алов или тех же, но на больших скоростях резания образуются сливные стружки.

Процесс образования стружек скалывания происходит в описанн= ой ниже последовательности (рис.4.4.).

Под действием силы Р резец внедряется в обрабатываемый материал и производит смятие его в каком-= то объеме. По мере перемещения резца длина площадки смятия _см увеличивается и на обрабатываемый материал, на его элементарный объем – элемент будущей стружк= и, действует все большая возрастающая сила. Увеличение этой силы идет до тех п= ор, пока не произойдет скалывание элемента по плоскости 1–1 под углом . Эта плоскость называется плоскостью скалывания, а угол – углом скалывания.

Со стороны резца на элемент стружки действует сила Р_см:

где – предел прочности обрабатываемого материала на смятие,

b – ширина среза,=

lсм – длина площадки смятия.

Элемент удерживается силой Р_ск:

где – предел прочности обрабатываемого материала на сдвиг (скалывание= ),

а – толщина среза.

Рис.4.4.Схема образования стру= жек скалывания.

Для скалывания элемента необходимо, чтобы:

Отсюда видно, что размеры скалываемых элементов зависят от физико-механических свойств обрабатываемого материала, толщины среза, велич= ины переднего угла и угла скалывания, величина которого сильно зависит от свойс= тв внешней среды, в которой осуществляется резание.

Периодический характер образования стружки вызывает колебан= ия силы резания, что делает процесс резания динамически неустойчивым.

Признаком стружек скалывания является наличие различимых на= глаз крупных элементов. Скалывание элементов не приводит к разрушению металла, стружка представляет собой прочное тело из крепко соединенных друг с другом элементов.

Сливная стружка представляет собой сплошную ленту, в которой отдельные ее элементы не вооруженным глазом труд= но различимы и не просматриваются. В отличие от процесса образования стружек скалывания, в сливных стружках деформация смятия происходит одновременно со сдвигом элементов. Как только произойдет его сдвиг, на плоскости сдвига мет= алл упрочнится и элемент остановится, прекратит свое движение по плоскости скалывания. При остановке он снова сминается движущимся инструментом, площа= дка смятия у основания элемента увеличивается, сила P_смстановится больше Р_ск и элемент вновь сдвигается. И так прои= сходит в течение всего времени образования стружки. Процесс образования стружки зд= есь не заканчивается в зоне сдвига. При образовании сливных стружек процесс формирования их продолжается в течение всего времени движения по передней поверхности режущего инструмента.

При резании хрупких металлов образуются стружки надлома. Ре= зец, внедряясь в металл, не сдвигает его, а сжимает и вырывает сжатый надломленн= ый элемент. Разрушение идет по поверхности, произвольно охватывающей напряженн= ую зону, поэтому обработанная поверхность получается неровной.

4.2. Усадка стружки

В связи с тем, что при механической обработке весь срезаемы= й слой припуска подвергается пластической деформации, форма и размеры срезаемого с= лоя изменяются. Ширина среза остается неизменной, а толщина стружки увеличивает= ся по сравнению с толщиной среза. Поскольку объем стружки равен объему срезанн= ого слоя, ширина стружки равна ширине среза, а толщина стружки больше толщины среза, естественно, должно произойти уменьшение длины стружки по сравнению с длиной срезанного слоя. Это явление уменьшения длины стружки по сравнению с длиной поверхности, по которой она срезана, называется усадкой.

Количественно усадка оценивается коэффициентом усадки струж= ки, который отражает величину пластической деформации, имевшей место при резани= и. Поэтому при исследовании влияния какого-либо фактора на процесс резания час= то прибегают к оценке этого влияния по изменению величины коэффициента усадки стружки.

Рис. 4.5. Усадка стружки.

Явление усадки стружки поясняется схемой на рис.4.5. На схеме показано уменьшение длинны стружки l_стр по сравнению с длинной среза <= span class=3DSpellE>l_o. Ширина стружки не изменя= ется, лишь на прирезцовой ее стороне имеет место ушир= ение тонкого прирезцового слоя. Этим уширением можно пренебречь, поскольку оно не распространяется на всю толщину стружки. Уменьшение длины стружки называется продольной усадкой, увеличение толщины стружки – поперечной усадкой. Соответственно и коэффициенты усадки называют= ся коэффициентами продольной и поперечной усадки стружки. Количественно эти коэффициенты равны между собой.

Поскольку объем стружки равен объему срезаемого слоя, можно записать, что:

а₀. в₀^. l₀ =3D а_стр^. в_стр^{. <=
/sup>}l_стр_,=

в₀<= /span> =3D в_стр,

поэтому:

а_о. l₀=3D а_{стр^.l_стр,}

но есть коэффициент продольной усадки , а

— коэффициент поперечной усадки .

Следовательно:

К_l<= /span>=3D К_а =3D К.

Величина коэффициента усадки стружки зависит от свойств обрабатываемого материала, геометрии режущего лезвия инструмента, свойств внешней среды, в которой осуществляется резание, и других факторов. Из элементов режима резания менее всего на усадку, величину коэффициента усадк= и, влияет глубина резания, сильнее – подача и наиболее сильно скорость резания= : с увеличением скорости усадка уменьшается. При резании углеродистых сталей коэффициент усадки стружки находится в пределах 2 – 3. При резании трудно обрабатываемых материалов, таких как жаропрочные и титановые сплавы, коррозионостойкие стали и другие, иногда наблюдается «отрицательная» усадка, при которой толщина стружки меньше толщины срезаемо= го слоя. Пример такой усадки показан на рис.4.6. З= десь видно, что толщина среза а больше средней толщины стружки.

5. Образование= нароста и состояние материала под поверхностью резания.

При резании металлов срезаемый слой в результате пластическ= ого деформирования приобретает повышенную физическую активность и, будучи плотно прижатым силами нормального давления к передней поверхности режущего инструмента, схватывается (сваривается) с ней.

Схватыванию обрабатываемого материала с материалом инструме= нта способствуют высокая температура в зоне резания и то обстоятельство, что при резании в контакт вступают вновь образованные ювенильные физико-химически чистые, свободные от каких-либо пленок поверхности. Первоначально на поверхности контакта стружки с передней поверхностью происходят точечные контакты с образованием налипов на передней поверхности. С течением времени число таких налипов растет и они покрывают площадь контакта сплош= ной тонкой пленкой из обрабатываемого материала, которая называется первослоем. Поскольку этот перво= слой обладает абсолютным сродством с обрабатываемым материалом, акты схватывания между ними происходят чаще и интенсивнее с образованием более крупных наслоений. Схватывание и наслаивание микрообъемов обрабатываемого металла н= а переднюю поверхность инструмента приводит к образовани= ю на ней слоя упрочненного микролегированного матери= ала, прочно соединенного с инструментом. Процессы периодического cхватывания и последовательного наслаивания упрочненного материала стружки повторяются многократно, в результате на пер= едней поверхности образуется новое довольно крупное тело, называемое наростом. Из представленной на рис.5.1. фотографии хорошо ви= дно ярко выраженное слоистое строение нароста. Форма нароста зависит от свойств обрабатываемого материала, элементов режима резания и других конкретных усл= овий обработки. Нарост состоит из основания и вершины. Вершина является неустойч= ивой частью нароста, она, по мере увеличения высоты нароста, разрушается и уноси= тся из зоны стружкообразования, сходящей по ней стружкой (как это видно на рис.5.1) или поверхностью резания обрабатываемой заго= товки (см. рис.5.4)

Рис.5.1. Строение нароста

Из параметров режима резания на интенсивность образования, размеры и форму нароста наиболее сильно влияет скорость резания. На очень м= алых скоростях резания нарост не удерживается на передней поверхности инструмент= а, из-за мелко-элементной сыпучей стружки с увеличением скорости интенсивность образования нароста возрастает лишь до какого-то значения скорости, после которого интенсивность его образования и размеры начинают уменьшаться.

На рис.5.2. представлены корни = стружки, полученные, при точении стали 45 с разными скоростями резания.

Рис.5.2. Корни стружки с нарос= том, полученные при точении, стали 45. Скорость резания: а. — 13, б. — 28 и в. —= 55 м/мин.

Здесь видно, что скорость резания сильно влияет на размеры и форму нароста. Нарост наибольшей высоты образуется на скорости 13 м/мин. На скорости 28 м/мин. образуется нарост меньшей высоты и другой формы. На сравнительно большой скорости резания 55м./мин. нароста уже почти нет. Можно предположить, что на такой скорости температур= а в зоне резания выше температуры «отдыха» обрабатываемого материала, под влиян= ием которой материал нароста разупрочняется и не мо= жет противостоять истирающему действию обрабатываемого материала.

Поскольку нарост образуется из сильно деформированного мета= лла, твердость которого намного больше твердости исходного обрабатываемого, то и нарост в целом имеет высокую твердость, в 2...3 раза превосходящую твердость обрабатываемого материала. Наличие высокой твердости позволяет наросту успе= шно противостоять воздействию стружки и выполнять работу самого режущего инструмента. Он служит продолжением инструмента и принимает на себя его функции. Химический и микроструктурный анализы нароста показали, что в составе нароста задерживается наиболее сильно упрочняющаяся перлитная структурная составляющая обрабатываемого материала, которая и обеспечивает высокую твердость нароста.

Нарост на режущем инструменте образуется не всегда, а тольк= о в тех случаях, когда условия резания благоприятствуют этому. Необходимыми условиями существования нароста являются следующие:

1. Обрабатываемый материал должен обладать способностью упрочняться при пластическом деформировании.

2. Температура в зоне резания должна быть ниже той температуры, при которой происходит разупрочнение материала нароста.

3. Должна образовываться сливная стружка. При образовании стружек скалывания нарост не удерживается на передней поверхности вследствие прерывистости процесса реза= ния.

4. Коэффициент трения в зоне контакта обрабатываемого материала с передней поверхностью до= лжен быть больше единицы.

Если условия для существования нароста вполне подходящие, н= арост образуется и существенно влияет на параметры процесса резания и состояние обработанной поверхности (рис. 5.3). Образование нароста изменяет фактическ= ую геометрию инструмента, передний угол увеличивается и становится больше переднего угла, приданного инструменту при его заточке = ( ). Процесс резания происходит легче. Поверхность нароста, обращенная к стружке, становится продолжением передней поверхности инструме= нта. Изменение фактического угла резания вызывает изменение характера процесса образования стружки.

Рис. 5.3. Влияние нароста на величину переднего угла, толщ= ину среза и шероховатость поверхности резания.

В случае свешивания вершины нар= оста над задней поверхностью инструмента изменяется фактическая толщина среза. Фактически толщина среза . Сказанное, иллюстрируется, представленной на рис.5.3. схемой зоны резания с наростом и иллюстрируется представленной на рис.5.4. фотографией нароста, полученного, при резании коррозионностойкой стали 12Х18Н10Т. На ней случ= айно, но очень удачно запечатлен момент разрушения вершины нароста, которая уноси= тся из зоны

Рис. 5.4. Корень стружки с разрушающимся наростом.

образования стружки с поверхностью резания.

А – часть вершины нароста на поверхности резания,

– угол скалывания до разрушения нароста,

– угол скалывания после разрушения нароста.

Здесь надо обратить внимание на изменение положения плоскос= ти скалывания. Вслед за разрушением нароста уменьшается угол скалывания и увеличивается толщина образующейся стружки. Нарост представляет собой тело твердое, но неустойчивое, он периодически разрушается, и фактиче= ская толщина среза постоянно меняется вслед за изменением размера нароста. По эт= ой причине обработанная поверхность получается неровной, со следами надиров и = вырывов. Располагаясь на передней поверхности и свеши= ваясь над задней поверхностью, нарост закрывает главную режущую кромку и предохра= няет ее от разрушения.

В некоторых случаях нарост бывает настолько устойчив, что в течение всего периода резания исключает контакт стружки с передней поверхностью инструмента. Так на рис.5.5 представлены фотографии быстрорежущего проходного упорн= ого резца с наростом и после его удаления.

Рис.5.5. Фотографии проходного упорного резца со стороны главной задней поверхности (вверху ) и со стороны передней поверхности (внизу ), с наростом (слева ) и после его удал= ения (справа ).

После удаления нароста на передней поверхности резца «под наростом» обнаружились следы доводки передней поверхности порошком карбида бора.

Эти следы в виде мелких царапин стертые за пределами нарост= а, свидетельствуют о том, что нарост надежно защищал переднюю поверхность от действия стружки в течении всего времени резания= .

Образование нароста, защищающего режущий инструмент от изнашивания, в этом смысле следовало бы признать полезным явлением. Однако, несмотря на это, явление образования нароста следует признать нежелательным, как неуправляемое.

Кроме образования нароста при срезании стружки происходит деформация материала под поверхностью резания. Обрабатываемый материал здесь подвергается упругопластической деформации. Это происходит по двум причинам. Во-первых, потому, что режущее лезвие всегда имеет какое-то округление ради= усом (рис. 5.6).

Рис. 5.6. Деформация и упругое последействие в зоне резани= я

По этой причине разделение металла происходит не по линии 1= –1, а по линии 2–2. Металл под линией 2–2 проволакивается под округленной частью режущего лезвия и пластически деформируется. Во-вторых, поскольку пластичес= кой деформации предшествует упругая деформация, восстанавливающаяся после прохождения инструмента, имеет место подъем поверхности резания на величину упругого последствия «Y». Прижатый к задней поверхности материал трется об нее и еще раз пластически деформируется.

В силу этих причин материал под поверхностью резания оказыв= ается пластически деформированным, в нем появляются остаточные напряжения, уравновешивающиеся внутри объема металла под поверхностью резания.

Верхние слои металла оказываются сильно разрушенными. Анализ состояния металла под поверхностью резания (см. рис.5.= 6) показывает, что там обнаруживаются 3 зоны: I – = зона больших пластических деформаций; II – зона наклепанного металла; III – зона исходного мета= лла. Состояние материала под поверхностью резания в целом оценивается: 1-глубиной проникновения пластической деформации h и степе= нью упрочнения его поверхностных слоев C. Степенью упрочнения называется отноше= ние твердости упрочненного поверхностного слоя к твердости основного (недеформированного) металла:

Степень упрочнения и глубина деформации зависят от толщины = среза, скорости резания, геометрии режущего инструмента, свойств обрабатываемого материала и других факторов.

6. Силы и рабо= та резания

6.1. Система сил при свободном резании

При механической обработке готовая деталь-изделие требуемой= формы и качества обработанных поверхностей получается в результате удаления с заготовки слоя (слоев) припуска в виде стружки, состоящей из пластически деформированного обрабатываемого материала. Пластическое деформирование срезаемого слоя припуска происходит под действием силы, превосходящей сопротивление обрабатываемого материала его деформации и разрушению. Для выявления физической природы сил, действующих на режущий инструмент со стор= оны обрабатываемого материала, представленную на рис.6.1. плоскую систему сил, действующих на режущий инструмент при свободном резани= и. Образующаяся стружка опирается на переднюю повер= хность инструмента и действует на него с силой нормального давления N.

Рис.6.2. = Рис.6.1.

Кроме этого стружка перемещается по передней поверхности и действует на нее с силой трения F. Со стороны главной задней поверхн= ости обрабатываемый материал в результате упругого последействия давит на заднюю поверхность с силой нормального давления N₁. Перемещение поверхности резания относительно задней поверхности инструмента вызывает действие силы трения F₁. Таким образом, на площадках контакта обрабатываемого материала с режущим инструментом на рабочих поверхностях последнего действуют нормальные и касательные силы, геометрическая сумма которых рис.6.2= . дает равнодействующую P, произвольно направленную в пространстве.

В инженерных расчетах используется не сама эта сила, а ее проекции на взаимно перпендикулярные направления: направление Z и направление Y. Каждая проекция назы= вается составляющей силы резания и имеет свое собственное название: проекция на ос= ь Z называется главной составляющей силы резания, обозначается P_z, проекция на = ось Y называется радиальной составляющей силы реза= ния, обозначается P_y.

Пластическая деформация смятия срезаемого припуска происход= ит под действием силы P_z, равной сум= ме проекций всех действующих в зоне резания сил на ось Z

Здесь: N- нор= мальная сила на передней поверхности,

F- сила трения на передней пове= рхности,

N₁и F₁- нормальная сила и сила трения на задней поверхности,

?- главный задний угол,

?- угол резания.

или

, ,

где f и f₁- коэффициенты трения на передней (f) и за= дней (f₁) поверхностях.

Если принять, что нормальная сила на задней поверхности пропорциональна силе нормального давления на передней поверхности, что N₁=3Dk^.N, где k-коэффициент пропорциональности, тогда: можно записать, что

В этом уравнении силу N = можно условно принять равной силе политропического сжатия P при пластическом деформировании образца (рис.6.3), которое протекает согласно закону:

откуда

На рис.6.3:

P — сила, действующая в = ходе процесса пластической деформации;

P₀_{— сила,
необходимая для начала пластического деформирования;}

l₀_{— длина
сжимаемого стержня;}

l — длина стержня после пластической деформации.

Рис.6.3. Схема процесса политропического сжатия.

Отождествляя процесс резания с процессом пластической дефор= мации срезаемого слоя, считаем, что сжимаемый стержень имеет поперечное сечение <= v:shape id=3D"_x0000_i1139" type=3D"#_x0000_t75" alt=3D"" style=3D'width:21.75pt;h= eight:12.75pt'> , срезаемый слой имеет длину ; силу отождествляем с силой , действующей на переднюю поверхность инструмента в процессе реза= ния. После срезания слоя припуска длиной получается стружка длиной .

Сила

тогда

отношение есть коэффициент усадки стружки , следовательно

где

— условный предел текучести,

- глубина резания,

- подача,

- коэффициент усадки стружки,

- показатель политропы сжатия ( по В.Д.Кузнецову =3D1,25),

— коэффициент пропорциональности между силами N и N₁_.

и - коэффициенты трения на передней и задней поверхностях.

Это уравнение показывает лишь от= каких параметров и условий зависит величина главной составляющей силы резания. Из него видно, что величина главной составляющей силы резания зависит от свойс= тв обрабатываемого материала , сечения среза , условий и величины пластической деформации , геометрии режущего инструмента