4.Физические основы процесса резания

۞

Физическая сущность резания металлов - удаление с заготов­ки слоя металла в виде стружки с целью получения из нее дета­ли нужной формы, требуемых размеров и качества поверхно­сти.

Процесс резания - это ска­лывание частичек металла под действием силы, с которой глав­ная режущая кромка резца внед­ряется в срезаемый слой. Скалывание частичек металла (эле­ментов стружки) происходит в плоскости τ - τ (рис. 4, а).

Угол между этой плоскостью и поверхностью резания назы­вается углом сдвига β₁ = 30-­40^о. Внутри каждого элемента происходят межкристаллические сдвиги под углом β₂ = 60-65^о.Отделяемая стружка под действием давления резца деформируется: она укорачивается по длине и увеличивается по толщине.

Это явление называется усадкой стружки.

Внешний вид стружки зависит от механических свойств металла и условий резания.

Если обрабатываются вязкие металлы (олово, медь, мягкая сталь и т. д.), то стружка представляет собой непрерывную ленту. Такая стружка называется сливной (рис. 4, б).

При обработке менее вязких металлов, например твердой ста­ли, стружка образуется из отдельных элементов, слабо связанных между собой. Она называется стружкой скалывания (рис. 4, в).

Если обрабатывается хрупкий металл, например чугун или бронза, то отдельные элементы стружки надламываются и отделя­ются от заготовки и друг от друга. Эта стружка называется струж­кой надлома (рис. 4, г).

При обработке одного и того же материала тип стружки может изменяться в зависимости от ско­рости резания, угла резания и других факторов.

Под действием деформации, сопровождающей скалывание эле­ментов стружки, обработанная поверхность упрочняется. Это явление называется наклёпом. Глубина наклёпанного слоя может достигать 1-2 мм. Степень наклёпа (повышения твердости) и глубина наклёпанного слоя зависят от механических свойств об­рабатываемого материала (у хрупких материалов наклёп образу­ется меньше, чем у вязких), от геометрии режущей части инстру­мента (больший наклёп вызывают малые передние углы), от режи­мов резания, смазки и других условий. При необходимости на­клёп снимают отжигом детали.

При резании пластичных металлов на передней поверхности головки резца около режущей кромки образуется «бугорок» метал­ла, как бы приварившегося к поверхности резца. Это так называе­мый нарост. Он возникает от притормаживания поверхностного слоя стружки при сходе её по передней поверхности резца.

Нарост обладает высокой твёрдостью и предохраняет переднюю поверхность резца от износа и перегрева. Однако он снижает точ­ность и качество обработанной поверхности, так как в процессе резания периодически обламывается и попадает между режущей кромкой резца и заготовкой. При этом мелкие обломки образуют вмятины на обработанной поверхности, а прилипшие к ней частич­ки нароста создают шероховатость. Поэтому нарост допустим толь­ко при обдирочной, черновой обработке.

Устранение причин наростообразования производится несколь­кими путями:

Во-первых, работой со скоростями резания, при которых, нарост практически не образуется (до 7 м/мин и более 80 м/мин). При малых скоростях резания температура в зоне ре­зания недостаточна для спекания нароста, а при больших – нарост не успевает привариваться к резцу и уносится быстросходящей стружкой.

Во-вторых, применением смазочно-охлаждающих жидкостей.

В этих условиях уменьшается температура нагрева стружки и резца, а также уменьшается трение между стружкой и инстру­ментом.

В-третьих, доводкой и полированием передней поверхности резца, что резко снижает трение стружки об инструмент и нарост не образуется.

В процессе резания выделяется значительное количество тепла.

Теплота резания распределяется следующим образом.

Больше всего нагревается стружка (≈80%), вследствие наивысшей степени деформации. Меньшую часть выделяемой теплоты воспринимает резец (≈10%) и еще меньшую – заготовка (≈8%). Совсем незначительная часть теплоты уходит в окружающую атмосферу(≈2%). Хотя резец по сравнению со стружкой нагревается меньше, но сходя­щая по передней поверхности резца горячая стружка дополнитель­но нагревает его. Под влиянием температуры нагрева твердость режущего инструмента уменьшается, износ режущей части увели­чивается. Это вызывает необходимость менять режущий инстру­мент или затачивать и вновь устанавливать. Время непрерывной работы режущего инструмента до затупления называется стой­костью инструмента и измеряется в минутах.

Стойкость режущих инструментов зависит от многих факторов.

В первую очередь стойкость зависит от материала, из которого изготовлен инструмент. Наиболее стойким будет инструмент, ма­териал которого допускает высокую температуру нагрева без зна­чительной потери твердости (пластинки твердого сплава, минерало­керамические пластины, быстрорежущая сталь и др.).

Стойкость режущего инструмента зависит также от свойств обрабатываемого материала, углов заточки инструмента, глубины резания и подачи, от скорости резания.

При обработке твердого материала стойкость режущего ин­струмента снижается. Если изменять углы заточки и форму передней поверхности резцов в сторону оптимальных значений, зависящих от свойств обрабатываемого материала, то можно добиться значительного повышения их стойкости и производительности.

С увеличением глубины резания и величины подачи стойкость инструмента снижается, но менее, чем при увеличении скорости резания. В некоторых случаях незначительное повышение скорости резания приводит к быстрому затуплению резца.

Стойкость режущего инструмента зависит также от его разме­ров и охлаждения. Чем массивнее инструмент, тем он лучше отводит тепло от режущей кромки.

Стойкость инструмента значительно возрастает при его охлаж­дении, так как при этом от режущей кромки отводится тепло и смазываются поверхности, по которым сходит стружка.

Рассмотренные физические явления, сопровождающие процесс резания (теплообразование, наклёп, нарост и др.), учитывают при выборе режущего инструмента и расчете режимов обработки (скорости резания, глубины ре­зания и подачи).

Вопросы:

1. Сущ­ность обработки металлов реза­нием.

2. Усадка струж­ки.

3. Назовите типы стружек и условия образования.

4. Наклёп и причины его образования.

5. Нарост и пути его устранения.

6. Распределение тепла, образующегося в процессе резания.

7. Стойкость инструмента и факторы, от которых в она зависит.