- •Резание материалов. Режущий инструмент учебник
- •1.Основные понятия и определения, относящиеся к процессу резания
- •1.1.Развитие и современное состояние развития науки о резании материалов
- •1.2.Конструктивные элементы режущего инструмента
- •1.3.Статическая геометрия режущей части инструмента на примере токарного резца
- •1.3.1.Связь между углами режущей части инструмента в произвольных сечениях
- •1.3.2.Влияние геометрии режущей части инструмента на процесс резания
- •1.4.Изменение геометрии в процессе обработки
- •1.5. Элементы режима резания и сечение срезаемого слоя при продольном точении
- •1.6.Материал режущей части инструмента
- •1.6.1.Инструментальные стали
- •1.6.2.Твердые сплавы
- •1.6.3.Режущая керамика (минералокерамика)
- •1.6.4.Сверхтвердые инструментальные материалы
- •1.6.5.Абразивные материалы
- •1.7.Контрольные вопросы
- •2.Физические основы резания
- •2.1.Некоторые сведения из физики твердого тела
- •2.2.Механизм пластической деформации
- •2.3.Виды деформированного состояния
- •2.4.Экспериментальные методы изучения зоны деформации
- •2.5.Контрольные вопросы
- •3.Процесс стружкообразования
- •3.1.Типы стружек при резании хрупких и пластичных материалов
- •3.2.Образование и расчет элементной стружки скалывания
- •3.3.Поверхность сдвигов
- •3.4.Усадка стружки
- •3.4.1.Влияние различных факторов на усадку стружки
- •3.4.2.Относительный сдвиг
- •3.5.Строение элемента стружки скалывания
- •3.6.Нарост и текущий слой
- •3.7.Образование сливной стружки
- •3.8.Контрольные вопросы
- •4.Качество обработанной поверхности детали
- •4.1.Влияние основных факторов на шероховатость поверхности
- •4.2.Смазочно-охлаждающие технологические средства
- •4.3.Выбор смазочно-охлаждающих технологических средств
- •4.3.1.Виды и методы подвода смазочно-охлаждающих технологических средств
- •4.3.2.Проблемы экологически безопасного резания
- •4.4.Наклеп поверхностного слоя обрабатываемой детали
- •4.5.Остаточные напряжения в поверхностном слое
- •4.5.1.Действие силового поля на остаточные напряжения
- •4.5.2.Температурный фактор
- •4.5.3.Роль структурных и фазовых превращений
- •4.6.Определение остаточных напряжений
- •4.6.1.Регулирование остаточных напряжений
- •4.7.Вибрации при резании материалов
- •4.7.1.Виды вибраций и способы борьбы с ними
- •4.8.Контрольные вопросы
- •5.Силы резания при точении
- •5.1.Механика резания при точении и строгании
- •5.2.Расчет сил резания исходя из механики резания
- •5.3.Экспериментальное определение сил резания при точении
- •5.4.Мощность и работа
- •5.4.1.Аппаратура для определения сил резания
- •5.5.Влияние различных факторов на силы резания при точении
- •5.6.Контрольные вопросы
- •6.Тепловые явления в процессе резания
- •6.1.Источники тепла и тепловой баланс
- •6.2.Расчет температурного поля при резании
- •6.3.Экспериментальные методы определения температуры резания при точении
- •6.3.1.Результаты экспериментальных исследований
- •6.4.Контрольные вопросы
- •7.Трение в процессе резания. Оценка процесса износа
- •7.1.Виды трения. Особенности трения при резании
- •7.2.Физическая природа изнашивания инструментов
- •7.3.Виды износа режущих инструментов
- •7.4.Методы исследования износа режущих инструментов
- •7.5.Характер износа различных инструментов
- •7.6.Методы повышения стойкости режущего инструмента
- •7.7.Контрольные вопросы
- •8.Конструкционные свойства материалов
- •8.1.Понятие обрабатываемости
- •8.2.Закон стойкость – скорость
- •8.3.Зависимость интенсивности износа от величины износа (метод Кондратова а.С.)
- •8.4.Производственный метод (метод торцовой обточки)
- •8.5.Влияние различных факторов на обрабатываемость
- •8.6.Обрабатываемость высокопрочных сталей и сплавов
- •8.7.Титановые жаропрочные коррозионно-стойкие сплавы с длительной прочностью при
- •8.8.Обрабатываемость чугуна
- •8.9.Обрабатываемость различных материалов
- •8.9.1.Обрабатываемость алюминия и магниевых сплавов
- •8.9.2.Обрабатываемость медных сплавов
- •8.10.Контрольные вопросы
- •9.Математическая модель процесса резания
- •9.1.Контрольные вопросы
- •10.Строгание и долбление
- •10.1.Элементы режима резания и силы при строгании и долблении
- •10.2.Определение элементов режимов резания применительно к строганию
- •10.3.Контрольные вопросы
- •11.Сверление
- •11.1.Основные элементы спирального сверла
- •11.2.Элементы режима резания при сверлении
- •11.3.Силы резания при сверлении
- •11.4.Контрольные вопросы
- •12.Фрезерование
- •12.1.Цилиндрическое фрезерование
- •12.2.Элементы режима резания при фрезеровании
- •12.3.Методы фрезерования
- •12.4.Силы резания при фрезеровании
- •12.5.Торцовое фрезерование
- •12.6.Силы и мощность при торцовом фрезеровании
- •12.7.Контрольные вопросы
- •13.Протягивание
- •13.1.Схемы резания при протягивании
- •13.2.Элементы режима резания при протягивании
- •13.3.Износ, стойкость и скорость резания при протягивании
- •13.4.Контрольные вопросы
- •14.Абразивная обработка
- •14.1.Особенности процесса резания при шлифовании
- •14.2.Наружное круглое шлифование в центрах
- •14.3.Внутреннее круглое шлифование
- •14.4.Бесцентровое шлифование
- •14.5.Износ и стойкость кругов
- •14.6.Контрольные вопросы
- •15.Электрохимические и электрофизические методы обработки
- •15.1.Электрохимические методы обработки
- •15.1.1.Обработка тел вращения
- •15.1.2.Электролиты для электрохимической размерной обработки
- •15.1.3.Требования, предъявляемые к электролитам
- •15.1.4.Антикоррозионные добавки к электролиту
- •15.2.Основные операции, выполняемые электрохимическим способом
- •15.3.Профилирование изделий сложных форм
- •15.4.Профилирование деталей типа тел вращения
- •15.5.Электрохимическое образование кольцевых канавок внутри деталей типа втулок
- •15.6.Прошивание сквозных отверстий
- •15.7.Разрезание заготовок и деталей
- •15.8.Нарезание резьбы
- •15.9. Заточка режущего инструмента, оснащенного твердым сплавом
- •15.10.Удаление заусенцев
- •15.11. Маркировка деталей
- •15.12. Очистка поверхности металлов от окислов, ржавчины, жировых пленок и других загрязнений
- •15.13.Электрофизические способы обработки
- •15.13.1.Ультразвуковая обработка
- •15.14.Лазерная и электронно-лучевая обработка
- •15.15.Контрольные вопросы
1.6.Материал режущей части инструмента
Практика показала, что материал режущей части инструмента находится во взаимодействии с обрабатываемым материалом и оказывает влияние на процесс резания и достижение высокой производительности труда. В этой связи к материалу режущей части инструмента предъявляются следующие требования:
иметь высокую твердость (должна превосходить твердость обрабатываемых материала в два раза);
иметь высокую прочность;
иметь высокую теплостойкость, характеризующейся наивысшей температурой, при которой инструментальный материал сохраняет свою твердость;
должен быть малочувствительным к циклическим колебаниям температуры (прерывистые резание, появление усталостных трещин);
иметь высокую износостойкость – способность сопротивляться износу;
иметь высокую теплопроводность; т.е. способность отводить тепло из зоны резания. Это снижает температуру резания и может препятствовать возникновению прижогов и трещин;
иметь хорошую технологичность (закаливаемость, прокаливаемость, устойчивость против перегрева, окисления, отсутствие склонности к образованию трещин, обрабатываемость);
Перечисленные требования взаимно противоречивы: если повышается твердость, то снижается прочность, высокая прочность приводит к ухудшению обрабатываемости и других технологических свойств.
Некоторые материалы имеют высокую стоимость и являются высокодефицитными, что ограничивает их применение.
В таблице 1.1. приведены физико-механические свойства некоторых инструментальных материалов и их компонентов.
Таблица 1.1.
Основные физико-механические свойства некоторых инструментальных материалов и их компонентов
Инструментальный материал |
Плотность, г/см3 |
Микротвердость, HV |
Твердость, HRA
|
Предельная прочность, МПА |
Тепло- стойкость, С |
Коэффициент теплопроводности |
|
при изгибе |
при сжатии |
||||||
Алмаз |
3,48-3,56 |
100000 |
- |
300 |
2000 |
750 |
1,42 |
Эльбор-Р |
3,45 |
6000-8000 |
- |
1000 |
- |
1000-1200 |
0,42 |
Твердый сплав ВК8 |
14,4-14,8 |
1400-1500 |
87,5 |
1600 |
4800 |
800-850 |
0,59 |
Твердый сплав Т15К6 |
11,1-11,6 |
1500-1600 |
90,0 |
1150 |
3700 |
850-900 |
0,272 |
Режущая керамика ЦМ332 |
3,96-3,98 |
2000-2300 |
91-93 |
350-400 |
5000 |
1200 |
0,193 |
Режущая керамика В3, ВОК6О |
4,2-4,6 |
- |
92-93 |
450-700 |
- |
Св1000 |
- |
Быстрорежущая сталь Р18 |
8,7 |
- |
83 |
3000 |
4000 |
620 |
0,21 |
В настоящее время при изготовлении инструментов для обработки металлов резанием применяется четыре основных групп инструментальных материалов: инструментальные стали, твердый сплав, минералокерамика и сверхтвердые материалы. Из быстрорежущей стали изготавливается около 50-70% инструмента, из твердого сплава - 35-40%, из остальных групп - 15%.