1. Ящерицын, П. И. Теория резания. Физические и тепловые процессы в технологических системах, 1990.

2. Грановский, Г. И. Резание металлов, 1985.

3. Бобров, В. Ф. Основы теории резания металлов, 1975.

1. Введение

Наука о резании материалов ‑ относительно молодая наука.

Первые опубликованные исследования в области резания относятся к 1848 г. и принадлежат Кокилье, определившему полезное сопротивление, возникающее при сверлении кованого железа. В 1850 и 1864 гг. опыты Кокилье применительно к точению повторяют Кларинваль и Жоссель. Эти исследователи ограничивались только фиксацией полученных результатов, не вдаваясь в сущность явлений, их определяющих.

Основоположником научного резания материалов является русский ученый И. А. Тиме, который в 1868‑1869 гг. провел обширные и тщательно поставленные опыты по строганию различных материалов, описанные им в книге «Сопротивление металлов и дерева резанию», вышедшей в 1870 г. Оценивая состояние научных работ в области резания материалов, Тиме впервые указал на то, что невозможно думать о рациональной и научно обоснованной механической обработке без детального изучения физических основ резания и, в частности, основного вопроса ‑ процесса образования стружки. В своих опытах на Луганском заводе Тиме детально исследовал все важнейшие вопросы стружкообразования при обработке пластичных и хрупких материалов. Им впервые была описана механика образования стружки и на основании опытов, проведенных в различных условиях, составлена классификация типов стружек, общепринятая в настоящее время. Наблюдение за образованием стружки позволило Тиме первым указать на явление усадки стружки. Тиме установил понятие об угле скалывания и показал его зависимость от переднего угла инструмента. На основании динамометрических опытов Тиме предложил формулу для определения силы резания при строгании различных по свойствам материалов и указал на периодичность изменения силы резания по мере движения инструмента. Наконец, Тиме в общих чертах предвосхитил основные скоростные зависимости, на которых в настоящее время базируются нормативы по режимам резания.

Теория Тиме нашла последующее развитие в работах А. П. Афанасьева, А. А. Брикса и особенно К. А. Зворыкина, поставившего ряд выдающихся по методу и результатам опытов по определению сил при резании.

Свои опыты Зворыкин проводил на строгальном станке с применением сконструированного им оригинального гидравлического динамометра, весьма совершенного по тому времени. Зворыкин предложил формулу для расчета удельной силы резания, на основании которой установил, что при обработке различных конструкционных материалов ширина и толщина срезаемого слоя на главную составляющую силы резания влияют не одинаково. Предложенная Зворыкиным формула для определения удельной силы подтверждена всеми последующими исследователями и в принципиальной форме сохранилась до настоящего времени. Зворыкин выявил систему сил, действующих на контактных поверхностях инструмента, и дал аналитическую формулу для определения угла сдвига, качественно определяющую влияние факторов процесса резания на этот важнейший показатель стружкообразования.

В конце XIX в. в области резания материалов начинает работать американский исследователь Ф. Тейлор. Формулы Тейлора для расчета силы и скорости резания, предназначенные для решения частных практических задач, представляли собой только статистическое описание эмпирически накопленной информации и не затрагивали физической сущности процесса резания.

В 1914 г. появляются выдающиеся исследования Я. Г. Усачева в области стружкообразования и тепловых явлений. Впервые для изучения процесса образования стружки Усачев использует металлографический метод, более совершенный, чем визуальный, применявшийся его предшественниками. Металлографический анализ корней стружек позволил ему выявить ряд новых неизвестных фактов и, в частности, разработать теорию наростообразования, более достоверную, чем господствовавшая в то время теория Тейлора. Особенно ценными являются работы Усачева в области тепловых явлений. Для установления количества тепла, уходящего со стружкой, он применил калориметрический метод, а для определения температуры резания ‑ метод подведенных термопар. Изучая температуру резания, Усачев установил интенсивность влияния на нее глубины резания, подачи, скорости резания, впоследствии подтвержденную аналитическим путем.

Усилиями Тиме, Зворыкина, Усачева и др. была создана отечественная школа резания материалов, изучившая коренные вопросы процесса резания и намного обогнавшая зарубежные исследования.

В 1925 г. вышла в свет работа А. Н. Челюсткина о силах резания при точении, которая по ясности и строгости изложения не имела себе равных.

В период 1930‑1935 гг. появляется ряд капитальных работ обобщающего характера (В. А. Кривоухова, С. С. Рудника, И. М. Беспрозванного, С. Ф. Глебова, Н. И. Резникова, А. В. Панкина).

Исследованиями И. Ф. Клокова, П. П. Грудова и др. в период 1937‑1940 гг. была доказана возможность обработки черных металлов твердосплавными инструментами особой формы с большой скоростью резания. С 1940 г. на ряде ведущих заводов («Большевике», Кировском, Коломенском и др.) начинают применять резцы и фрезы с пластинками твердых сплавов, работающие на высоких скоростях резания.

В послевоенные годы Г. И. Грановский, В. А. Шишков, С. С. Петрухин и др. разработали кинематику резания ‑ раздел науки о резании материалов, изучающий принципиальные кинематические схемы резания и рабочие геометрические параметры инструментов, определяющие характер стружкообразования, изнашивание и стойкость инструментов.

Исследователями В. А. Кривоуховым, А. М. Розенбергом, Н. Н. Зоревым, А. И. Исаевым, М. И. Клушиным, М. Ф. Полетикой и др. изучены напряженное и деформированное состояние зоны резания, контактные процессы на передней и задней поверхностях инструмента, силы, действующие на срезаемый слой и инструмент, взаимосвязь внешних и внутренних факторов в процессе резания. В результате развития теоретических методов расчета характеристик процесса резания были получены аналитические формулы для определения проекций силы резания, которые по физическому смыслу значительно превосходили существенные эмпирические зависимости. На базе изученных закономерностей механики процесса резания значительное развитие получила теплофизика резания. Совершенствовались как экспериментальные методы исследований (А. А. Аваков, А. М. Даниелян, Д. Т. Васильев и др.), так и теоретические (А. Я. Малкин, А. Н. Резников, П. И. Бобрик и др.). В основу последних был положен исключительно гибкий метод быстродвижущихся источников тепла, позволивший с достаточной для инженерной практики точностью аналитически описать температурное поле инструмента и стружки, теплообмен между стружкой, инструментом и деталью, вычислить среднюю температуру контакта. Получила развитие теория обрабатываемости металлов и сплавов. Наряду с разработкой новых ускоренных методов определения обрабатываемости были получены ценные сведения о влиянии химических, механических, теплофизических и структурных свойств материалов на допускаемую скорость и силы резания. Последнее позволило вооружить металлообрабатывающую промышленность научно обоснованными нормативами по выбору оптимальных геометрических параметров инструментов и режимов резания, как для традиционных, так и новых конструкционных материалов. В связи со все повышающимися требованиями к качеству выпускаемой продукции были выполнены обширные работы по исследованию процесса резания металлическим и абразивным инструментами с тонкими и сверхтонкими стружками. Работами А. Н. Маслова, С. А. Попова, А. В. Подзея, С. Г. Редько, А. А. Маталина и др. были исследованы физические процессы при резании закрепленным и свободным абразивным зерном и состояние поверхностного слоя при шлифовании. Повышение мощности и быстроходности металлорежущих станков потребовало разработки теории устойчивости процесса резания. В результате исследований А. И. Каширина, Н. А. Дроздова, А. П. Соколовского, Л. К. Кучмы, В. А. Кудинова, В. Н. Подураева была создана теория колебаний при резании материалов, положившая начало расчету металлорежущих станков на виброустойчивость.