5 Механическая обработка деталей машин резанием
Обработка металлов резанием - это процесс срезания режущим инструментом с поверхности заготовки слоя металла для получения требуемой геометрической формы, точности размеров и шероховатости поверхностей детали.
Для осуществления процесса резания необходимо наличие относительных движений между заготовкой и режущим инструментом.
Движения, при котором с обрабатываемой заготовки срезается слой металла и изменяется состояние обрабатываемой поверхности, называется движениями резания. К ним относятся главное движение и движение подачи. Движение, определяющее скорость отделения стружки, принимают за главное движение (скорость резания) (на схемах принято обозначать буквой v). Движение, обеспечивающее непрерывность врезания режущего лезвия инструмента в новые слои материала, принимают за движение подачи ( на схемах принято обозначать буквой S) .
Главное движение и движение подачи могут иметь как заготовка, так и инструмент.
5.1 Физико-механические основы резания
В начальный момент резания когда движущийся резец под действием силы Р вдавливается в металл (рис. 5.1), в срезаемом слое возникают упругие деформации.
При дальнейшем движении резца упругие деформации, накапливаясь по абсолютной величине, переходят в пластические. В материале заготовки возникает сложное упругонапряженное состояние.
Рис. 5.1. Схема упругонапряженного состояния металла при обработке резанием
В плоскости, совпадающей с траекторией движения вершины резца, возникают касательные x и нормальные у напряжения. Величина x имеет наибольшее значение в точке А приложения действующей силы, а по мере удаления от нее уменьшается до нуля.
Нормальные напряжения у вначале действуют как растягивающие (+у), что при определенных условиях может вызвать «раскалывание» металла - опережающую трещину в направлении приложения внешней силы, что приводит к ухудшению качества получаемой резанием поверхности. Напряжения у имеют наибольшее значение в точке А, затем быстро уменьшаются и, переходя через нуль, превращаются в напряжения сжатия (-у).
Обычно при обработке металлической поверхности резанием происходит упрочнение обрабатываемой поверхности. Рассмотрим схему, иллюстрирующую формирование поверхности заготовки при резании (рис. 5.2). Здесь обозначены: 1 – резец (при обычной заточке инструмента радиус режущей кромки r = 0,02 мм); 2 - срезаемая часть выше DC; 3 - слой упругопластически деформирующийся при резании (образующий обработанную поверхность; расположен между линиями AB и CD , его толщина r); 4 - слой восстановленный (из материала слоя 3) за счет упругого последействия, упрочненный в результате механической обработки резанием; 5 - основной металл обрабатываемой детали, не деформирующийся в процессе резания.
Рис. 5.2. Схема образования поверхностного слоя при резании
За счет упрочнения (наклепа) твердость поверхности детали может увеличиться в 2 раза, однако упрочненный слой по глубине имеет разнородную структуру. На рисунке 5.3 представлена схема поверхностного слоя и эпюра прочностных характеристик материала по глубине. I - зона разрушенной структуры (дефектный слой с микротрещинами, обладает пониженной износостойкостью и повышенными коррозионными свойствами, подлежит удалению при последующей обработке). II - зона наклепанного материала, имеет высокие прочностные характеристики. III - зона основного материала, не претерпевшего изменения в результате механической обработки резанием.
Рис. 5.3. Эпюра распределения упрочнения по толщине (глубине) заготовки
Результатом упругопластического деформирования металла является также взаимно уравновешивающиеся остаточные напряжения между слоями материала заготовки. Они могут быть сжимающими (при скорости резания 300…500 м/мин) или растягивающими. Для большинства деталей сжимающие остаточные напряжения оказывают положительное влияние на их служебные свойства.