6. Физическая сущность резанья

Физическая сущность обработки металлов резанием заключается в удалении с заготовки поверхностного слоя металла в виде стружки, для того чтобы получить из заготовки деталь нужной формы, заданных размеров и обеспечить требуемое качество поверхности. Для осуществления процесса резания необходимы два движения — главное и вспомогательное, совершаемые инструментом и заготовкой (или одним из них) относительно друг друга.  В настоящее время для изготовления режущих элементов инструментов применяются следующие материалы:  1) инструментальные стали (углеродистые, легированные и быстрорежущие);  2) твердые сплавы;  3) минералокерамические материалы;  4) алмазы;  5) абразивные материалы.

7.Силовое взаимодействие инструмента и заготовки

Процесс резания характеризуется силовым воздействием инструмента на заготовку, в результате чего в зоне их контакта происходит деформирование, а также разрушение поверхностного слоя заготовки - снятие стружки. Деформирование и срезание с заготовки слоя металла происходит под действием внешней силы R, приложенной со стороны инструмента к обрабатываемой заготовке. Направление вектора силы совпадает с вектором скорости резания u. Работа, затрачиваемая на деформирование и разрушение материала заготовки, расходуется на упругую и пластическую деформации металла, его разрушение, а также на преодоление сил трения инструмента о заготовку и стружку.        Заготовку закрепляют для уравновешивания силового воздействия со стороны инструмента, т.е. прикладывают к ней силы со стороны приспособления. В результате образуется замкнутая система, состоящая из станка, приспособления, заготовки и инструмента. На рис. 11.1 показана схема действия сил при обработке цилиндрической заготовки. Значение силы резания и ее положение в пространстве зависят от физико-механических свойств материала обрабатываемой заготовки, толщины снимаемого слоя, скорости резания, величины подачи, геометрических размеров режущей части инструмента и других факторов.

       Для удобства расчетов используют не равнодействующую силу резания R, а ее составляющие, действующие по трем взаимно перпендикулярным направлениям - координатным осям металлорежущего станка.        Главная (тангенциальная) составляющая силы резания Р_z действует в плоскости резания в направлении оси Z. По силе P_zопределяют крутящий момент на шпинделе станка, эффективную мощность резания, деформацию изгиба в плоскости XOZ, изгибающий момент, действующий на стержень резца, а также ведут динамический расчет механизмов коробки скоростей станка. Порадиальной составляющей силы резания Р_y определяют величину деформации изгиба заготовки в плоскости XOY и величину упругого отжатия резца от заготовки. По осевой составляющей силы резания Р_x рассчитывают механизм подачи станка и изгибающий момент, действующий на стержень резца.        По деформации заготовки от сил Р_z и Р_y рассчитывают ожидаемую точность размерной обработки заготовки и погрешность ее геометрической формы. По значению суммарного изгибающего момента от сил Р_z и Р_x рассчитывают стержень резца на прочность и т.д.        Соотношения между составляющими силы резания не постоянно. Например, при резании сталей вновь заточенными резцами имеют место соотношения Р_x/Р_z »1/3; Р_y/Р_z »1/4. Износ задней поверхности резца существенно влияет на значения Р_x, Р_y , Р_z, и за период стойкости они постоянно возрастают.        При увеличении глубины резания и подачи растет площадь сечения срезаемого слоя, что вызывает возрастание всех составляющих силы резания. Однако результаты многочисленных экспериментов, проведенных при точении различных материалов, свидетельствуют, что во всех случаях глубина резания влияет на составляющие силы резания сильнее, нежели подача. При обработке большинства металлов и сплавов увеличение скорости резания приводит к уменьшению силы резания.        Геометрические размеры резца оказывают влияние на силы резания. Наиболее важным параметром является передний угол, увеличение которого приводит к снижению силы резания, но снижает прочность режущей кромки инструмента и может привести к его поломке.

Рис. 11.1 Равнодействующая сила резания и ее составляющие: P_z - главная (тангенциальная); Р_y - радиальная; Р_x - осевая; R – результирующая