Г. С. ЖЕЛЕЗНОВ

ПРОЦЕССЫ МЕХАНИЧЕСКОЙ

И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ

ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ

Учебное пособие

Допущено Учебно-методическим объединением вузов по образовани

в области автоматизированного машиностроения (УМО АМ)

в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки дипломированных специалистов «Конструкторско-технологическое обеспечение

машиностроительных производств».

Москва

«Машиностроение-1»

2 005

УДК 621.91

Ж-51

Рецензенты:

Кафедра «Резание, станки и инструменты» Самарского государственного аэрокосмического университета;

заслуженный деятель науки и техники РФ,

д-р техн. наук, проф. Б.А. Кравченко

Железнов Г.С.

Ж-51 Процессы механической и физико-химической обработки. Учеб. пособие – Самара: Машиностроение-1, 2005г.-359 с.

Рассмотрены основы обработки материалов резанием: входные элементы, физические основы процесса резания, ограничения и выходы системы резания. Значительное внимание уделено тепловым процессам.

Приведены основные технологические характеристики физико-химических методов обработки.

Учебное пособие предназначено для студентов высших учебных заведений механических специальностей и может быть полезным для работников машиностроительных заводов, занимающихся обработкой заготовок путем удаления поверхностного слоя.

ISBN 5-94275-186-2 © Г. С. Железнов, 2005

© Машиностроение-1, 2005

Введение

Изготовление любой машины складывается из трех этапов: изготовление заготовок для деталей, обработка заготовок, в результате которой они превращаются в детали, и сборка деталей, в результате которой получается конкретная машина.

Изготовление заготовок происходит в металлургическом, кузнечном, прессовом и заготовительном производствах. Оно основано либо на нагреве исходного материала до высокой температуры, либо на воздействии на него большим давлением, либо на одновременном воздействии на исходный материал тепла и давления. В связи с нагревом и большим давлением поверхности заготовок получаются невысокого качества и характеризуются значительными отклонениями размеров, формы, расположения и шероховатостью поверхностей. Такие поверхности непригодны для соединения деталей и выполнения ими служебных функций. Для обеспечения требуемого качества поверхностей заготовки обрабатывают тем или иным способом. Применяемые в настоящее время методы обработки могут быть разделены на две группы: методы, основанные на обработке резанием, и физико-химические методы. Однако удельный вес их в современном машиностроении не одинаков. Больше всего применяется обработка резанием, а на долю физико-химических методов обработки приходится не более 1,5% объема механообрабатывающего производства. Поэтому важное значение имеет усовершенствование процесса резания, оптимизация его параметров, что может быть достигнуто на основе глубокого его исследования, изучения и всестороннего применения на практике теории резания материалов.

Резание – это механическая обработка, заключающаяся в образовании новых поверхностей, отвечающих заданным требованиям, путем деформирования и отделения слоев припуска в виде стружки. При этом обработанная поверхность должна удовлетворять требованиям, включающим показатели, характеризующие точность размеров, формы и взаимного расположения поверхностей, шероховатость, а также показатели, характеризующие состояние материала в поверхностном слое: остаточные напряжения, наклеп и др.

Технологические операции, основанные на процессе резания, многообразны: точение, строгание, фрезерование, шлифование и многие другие. Однако имеющиеся различия между ними количественные: основой всех видов обработки резанием является силовое воздействие лезвия инструмента на срезаемый слой. Физическая сущность этого воздействия в различных операциях обработки резанием одинакова. Различные операции отличаются друг от друга количественными признаками: формой лезвий режущего инструмента, траекторией движения лезвий, скоростью резания и др. Изучение теории резания должно быть посвящено в первую очередь физической сущности процесса резания и во вторую очередь - выявлению особенностей конкретных операций и оценке их влияния на параметры процесса резания.

Процесс резания следует рассматривать как систему, состоящую из элементов: цель, входы, процесс, выходы и ограничения.

Цель процесса резания - получение на деталях поверхностей с заданными параметрами при минимальных расходах и максимальной производительности .

Входы - это величины, необходимые для осуществления и управления процессом резания, например геометрия режущего инструмента, элементы режима резания, марка инструментального материала и др.

Процесс характеризуется совокупностью явлений, составляющих его физическую сущность: стружкообразование, тепловые явления и др.

Выходами системы резания являются величины, определяющие качество обработки, силы резания, температуру, стойкость, стоимость обработки, производительность и др.

Ограничения - это величины и объекты, ограничивающие входы и выходы системы, например, ограничение скорости резания быстроходностью станка, затрат на обработку, наибольшего диаметра обрабатываемой заготовки на данном станке и т.п.

В связи с системным представлением процесса резания целесообразно изучить его элементы в том порядке, в каком они расположены в системе. Сначала необходимо изучить входы системы, рассматриваемые в темах: движения, происходящие при обработке резанием, инструментальные материалы, геометрия режущего инструмента, элементы режима резания и геометрия срезаемого слоя. Затем следует перейти к изучению процесса резания, физическая сущность которого раскрывается в темах: механизм образования стружки, деформация срезаемого слоя, физические явления, сопутствующие процессу резания. Выходы системы резания представляются в темах: силы резания, тепловые явления в процессе резания, износ и стойкость режущего инструмента. Ограничения системы представлены в заключительной теме, посвященной оптимизации режима резания.

При изучении теории резания следует обратить внимание на двойственное представление процесса резания, заключающееся в том, что процесс резания - это, с одной стороны, физический процесс, а с другой - технологический. При этом физическим параметрам процесса резания всегда соответствуют технологические. Первые более полно характеризуют физическую сущность процесса резания, вторые удобны для управления процессом резания. Между этими параметрами имеются определенные количественные зависимости. Причем технологических параметров всегда больше, чем физических. Поэтому каждому физическому параметру соответствует комплекс технологических, адекватно определяющих процесс резания.

В результате изучения раздела "Основы теории резания материалов" необходимо уметь следующее:

1.Выбирать оптимальный материал режущей части инструмента и его геометрию для конкретных условий обработки.

2.Назначать оптимальный режим резания для любых случаев обработки

3.Определять силы резания и расчетные нагрузки для заданных условий обработки

4.Управлять качеством обработанной поверхности.

Наряду с обработкой материалов резанием на машиностроительных заводах применяются процессы физико-химической обработки, которые весьма разнообразны. Для их глубокого изучения необходима специальная подготовка в области физики, химии, электричества и электроники, что затруднительно для инженера-механика, да и в этом нет необходимости, учитывая незначительный объем этих процессов в общем машиностроении и то, что эти процессы являются прерогативой инженеров других специальностей. Однако инженер-механик должен быть настолько знаком с ними, что мог бы применить эти процессы в необходимых случаях взамен обработки резанием. Поэтому инженер-механик является создателем процессов резания и пользователем процессами физико-химической обработки.