- •В.Ф. Макаров резание материалов
- •Оглавление
- •Глава 1 Кинематика процесса резания 19
- •Глава 2 Динамика процесса резания 58
- •Глава 3 Теплофизика процесса резания 159
- •Глава 4 Износ и стойкость режущего инструмента 205
- •Глава 5 Влияние условий резания на качество поверхностного слоя обработанной детали 286
- •Глава 6 Оптимизация процесса резания 330
- •Глава 7 Современные направления развития науки и практики обработки материалов резанием 379
- •Введение
- •Глава 1 Кинематика процесса резания
- •1.1. Основы кинематики резания
- •1.1.1. Виды движений при резании материалов
- •1.1.2. Поверхности заготовки в процессе резания
- •1.1.3. Кинематические схемы резания
- •1.2. Геометрия режущей части инструмента
- •1.2.1. Конструкция, части и поверхности токарного резца
- •1.2.2. Геометрические параметры резца (углы заточки)
- •1.2.3. Изменения углов заточки режущих инструментов при установке и в процессе резания
- •1.2.4. Формы передней поверхности резцов
- •1.3. Классификация видов обработки резанием
- •1.4. Элементы режима резания и срезаемого слоя
- •1.4.1. Элементы режима резания
- •1.4.2. Элементы срезаемого слоя
- •Остаточное сечение среза при точении
- •Площадь поперечного сечения среза при фрезеровании
- •Основное время резания
- •Контрольные вопросы и задания
- •Глава 2 Динамика процесса резания
- •2.1. Деформация и напряжения в процессе резания
- •2.1.1. Физическая сущность процесса резания
- •Некоторые сведения о пластической деформации металла
- •2.1.2. Методы изучения и оценки пластической деформации
- •2.1.3. Методы моделирования деформаций при изучении процессов резания
- •Математические зависимости
- •2.2. Процесс стружкообразования
- •2.2.1. Типы стружек при резании пластичных и хрупких материалов
- •2.2.2. Деформированное состояние зоны стружкообразования при элементной и сливной стружке
- •2.2.3. Взаимосвязь явлений стружкообразования в процессе резания
- •2.2.4. Изменение размеров и формы стружки по сравнению со срезаемым слоем. Понятие об усадке стружки
- •2.2.5. Методы завивания и дробления сливной стружки
- •2.3. Контактные явления, трение и наростообразование при резании материалов
- •2.3.1. Контактные явления и трение на передней и задней поверхностях инструмента
- •2.3.2. Процесс наростообразования
- •2.3.3. Влияние условий обработки на высоту нароста
- •2.3.4. Положительные и отрицательные свойства нароста
- •2.3.5. Методы борьбы с наростом
- •2.4. Сила резания, работа и мощность резания
- •2.4.1. Система сил, действующих на передней и задней поверхностях инструмента
- •2.4.2. Составляющие силы резания при точении
- •2.4.3. Зависимость составляющих силы резания от условий обработки
- •2.4.4. Влияние геометрических параметров резца на составляющие силы резания
- •2.4.5. Влияние степени затупления резца и смазочно-охлаждающих жидкостей на составляющие силы резания
- •2.4.6. Методы определения сил резания
- •2.4.7. Вибрации и шум при обработке резанием
- •Особенности применяемых систем вибродиагностики
- •2.4.8. Эмпирические формулы для расчета составляющих силы резания
- •2.4.9. Работа и мощность резания
- •2.5. Контрольные вопросы и задания
- •Глава 3 Теплофизика процесса резания
- •3.1. Температура резания и тепловое поле
- •3.1.1. Источники образования тепла и распределение тепла между стружкой, инструментом и деталью
- •3.1.2. Понятие о тепловом поле и температуре резания
- •3.1.3. Основные экспериментальные методы изучения тепловых явлений
- •3.1.4. Зависимость температуры резания от условий обработки
- •3.1.5. Эмпирическая формула для расчета температуры резания
- •3.1.6. Понятия об оптимальной температуре резания
- •3.2. Смазывающе-охлаждающие технологические средства
- •3.2.1. Требования, предъявляемые к смазочно-охлаждающим жидкостям
- •3.2.2. Классификация смазочно-охлаждающих технологических средств
- •3.2.3. Влияние сотс на стойкость инструментов, силы резания и качество обработанной поверхности
- •Методы подачи сож
- •3.2.4. Рекомендации по применению сотс
- •Контрольные вопросы и задания
- •Глава 4 Износ и стойкость режущего инструмента
- •4.1. Краткие сведения об инструментальных материалах
- •4.1.1. Требования, предъявляемые к инструментальным материалам
- •4.1.2. Классификация инструментальных материалов, их маркировка и применение
- •Углеродистые и легированные инструментальные стали
- •Быстрорежущие инструментальные стали
- •Металлокерамические твердые сплавы
- •Рекомендации по применению твердых сплавов
- •Минералокерамика
- •Абразивные материалы
- •Сверхтвердые инструментальные материалы
- •Монокристаллические материалы
- •4.2. Изнашивание и разрушение режущих инструментов
- •4.2.1. Напряжения в инструменте и виды износа инструмента
- •4.2.2. Физическая сущность и виды изнашивания инструментов
- •Абразивное изнашивание
- •Термический износ
- •Адгезионное изнашивание
- •Диффузионное изнашивание
- •Окислительное изнашивание
- •Хрупкий износ
- •4.3. Понятие о стойкости режущих инструментов
- •4.3.1. График износа за время работы инструмента
- •4.3.2. Период стойкости инструмента
- •4.3.3. Критерии износа-затупления инструмента
- •4.3.4. Зависимость «скорость резания – стойкость инструмента»
- •4.3.5. Характеристики размерной стойкости инструмента
- •4.3.6. Влияние скорости (температуры) резания на характеристики размерной стойкости. Зависимость стойкость–скорость (т–V)
- •4.3.7. Положение о постоянстве оптимальной температуры резания
- •4.3.8. Экономическая скорость резания и скорость резания, соответствующая максимальной производительности на данном рабочем месте
- •4.3.9. Возможные потери при выборе высоких периодов стойкости
- •4.3.10. Влияние различных факторов на скорость резания и стойкость инструмента
- •4.3.11. Номограммы для выбора режимов резания
- •4.3.12. Характер изнашивания и средние величины максимально допустимого износа инструментов
- •4.4. Контрольные вопросы и задания
- •Глава 5 Влияние условий резания на качество поверхностного слоя обработанной детали
- •5.1. Понятие о поверхностном слое, возникающем при резании
- •5.2. Основные параметры, определяющие качество поверхностного слоя
- •5.2.1. Шероховатость обработанной поверхности
- •5.2.2. Наклеп поверхностного слоя при резании металлов
- •5.2.3. Остаточные поверхностные напряжения
- •5.3. Зависимость параметров качества поверхностного слоя от условий обработки
- •5.3.1. Влияние условий обработки на шероховатость поверхности
- •5.3.2. Влияние условий обработки на наклеп поверхности
- •5.3.3. Влияние условий обработки на остаточные напряжения
- •5.4. Влияние качества поверхностного слоя на эксплуатационные свойства деталей
- •5.5. Особенности образования поверхности при чистовой лезвийной и абразивной обработке
- •5.5.1. Понятие об абразивном инструменте. Характеристики абразивного инструмента
- •5.5.2. Виды шлифования. Элементы режима резания при круглом наружном шлифовании
- •5.5.3. Физическая сущность процесса шлифования, особенности образования поверхностного слоя
- •5.5.4. Силы резания при шлифовании
- •5.5.5. Износ и стойкость абразивного инструмента
- •5.5.6. Назначение режимов резания при шлифовании
- •5.6. Контрольные вопросы и задания
- •Глава 6 Оптимизация процесса резания
- •6.1. Понятие об обрабатываемости материалов резанием
- •6.1.1. Основные параметры обрабатываемости
- •6.1.2. Выбор рациональных скоростей резания
- •6.1.3. Способы определения обрабатываемости
- •6.1.4. Методы улучшения обрабатываемости
- •6.1.5. Особенности обрабатываемости резанием различных материалов
- •6.2. Выбор и назначение оптимальных параметров режущего инструмента
- •6.3. Назначение оптимальных режимов резания различными методами
- •6.3.1. Табличный метод
- •6.3.2. Аналитический расчет оптимальных режимов резания
- •6.4. Контрольные вопросы и задания
- •Глава 7 Современные направления развития науки и практики обработки материалов резанием
- •7.1. Адаптивное управление процессом резания
- •7.2. Развитие высокоскоростного резания
- •7.3. Новые принципы резания в условиях гибкого производства
- •7.4. Гидроабразивная резка материалов
- •7.5. Контрольные вопросы и задания
- •Список литературы
- •МакароВ Владимир Федорович Резание материалов
Площадь поперечного сечения среза при фрезеровании
Произведение глубины резания на подачу или ширины среза на его толщину дает номинальную, или расчетную, площадь среза (мм2), которая при резании одной режущей кромкой равна f = tS = ab.
При резании одновременно двумя и более режущими кромками действительная площадь среза отличается от номинальной на площадь гребешков, остающихся на обработанной поверхности из-за наличия углов в плане и закругления вершины лезвия (см. рис. 21). Отличия эти незначительны, и ими для практических расчетов можно пренебречь.
Площадь поперечного сечения среза, снимаемая одним зубом цилиндрической фрезы с прямыми зубьями, f = Ва. Она изменяется, как и толщина среза, от нуля до максимума:
fmax = Bamax = BSz · sin = 2BSz(t/D – t2/D2)1/2.
При фрезеровании в работе участвуют одновременно несколько зубьев. Поэтому вводится понятие о суммарной площади поперечного сечения среза. Для ее определения необходимо знать, сколько зубьев одновременно находятся в работе и каков мгновенный угол контакта для каждого работающего зуба.
Количество зубьев фрезы, находящихся одновременно в работе,
где – полный угол контакта фрезы с заготовкой; – центральный угол между двумя соседними зубьями фрезы: = 360/z; z – число зубьев фрезы.
Значение m округляется до ближайшего большего целого числа. Если 1 < m < 2, то одновременно в работе находится два зуба, если 2 < m < 3 – три зуба, и т.д. Число одновременно работающих зубьев тем больше, чем больше t и z и меньше D. Мгновенные углы контакта для работающих зубьев 1, 2, 3 фрезы (рис. 23, а): 1 = ; 2 = – ; 3 = – 2 и т.д.
Так как для каждого i-го зуба площадь поперечного сечения среза fi = BSz · sin , суммарная площадь поперечного сечения среза, снимаемого прямозубой фрезой,
.
Толщина среза для фрезы с винтовыми зубьями подсчитывается так же, как и для фрезы с прямыми зубьями: ax = Sz sin x. Но эта толщина переменная не только вдоль дуги контакта (в плоскости, перпендикулярной к оси фрезы), но и вдоль длины режущей кромки зуба, так как вследствие винтового расположения этой кромки мгновенные углы контакта для разных ее точек различны (рис. 23, б).
а
б
Рис. 23. Расчетная схема для определения площади среза цилиндрической фрезой с прямыми (а) и винтовыми (б) зубьями
Возьмем на режущей кромке зуба точку на расстоянии х от его конца. Элементарный участок кромки dх срезает слой толщиной аx и поперечным сечением df:
.
Поперечное сечение слоя, срезаемого винтовым зубом фрезы,
.
Суммарное сечение слоя, срезаемого одновременно работающими винтовыми зубьями фрезы,
,
где 1, 2 – углы контакта двух крайних точек i-й винтовой режущей кромки, участвующих в работе; – угол наклона винтовой канавки фрезы.
Основное время резания
Время непосредственного срезания стружки называется основным временем выполнения технологической операции. Это время рабочего хода, т.е. движения инструмента относительно детали со скоростью подачи. Для каждого прохода машинное время рассчитывается по следующей формуле:
to = Lp.x /Sx = Lp.x /(nSo),
где Lp.x – длина рабочего хода: Lp.x = l + l1 + l2; l – длина поверхности детали, по которой осуществляется перемещение в направлении подачи; l1 – длина врезания режущей кромки до набора полной глубины резания; l2 – перебег инструмента или детали в направлении подачи.
Длина врезания зависит от геометрии инструмента и его конструктивных особенностей: при точении l1 = t · ctg + (0,5...2) мм; при сверлении l1 = (D/2 · tg ) + (0,5…2) мм; при фрезеровании цилиндрической фрезой l1 = [t(D – t)]1/2 + (0,5...2) мм; при симметричном фрезеровании торцовой фрезой l1 = 0,5[D – (D2 – B2)1/2] + (0,5...2) мм.
Значение 0,5...2 мм принимается для обеспечения свободного подхода инструмента к обрабатываемой поверхности.
Перебег при работе на проход составляет 1...5 мм в зависимости от размеров обработки. При работе в упор он равен нулю.
Формулы для расчета to применительно к различным процессам обработки приводятся в справочной литературе.
Во время обработки режущий клин инструмента срезает с поверхности резания слой материала определенных размеров и формы. На рис. 24 показан простейший случай обработки, когда инструмент с прямолинейным главным лезвием перемещается по плоской поверхности резания, срезая с нее слой размерами a и b. Толщиной а срезаемого слоя называют размер слоя (удаляемого с поверхности резания), измеренный по нормали между соседними положениями поверхности.
Рис. 24. Срезание слоя при свободном резании: 1 – поверхность резания, полученная после предыдущего прохода инструмента; 2 – поверхность резания, по которой лезвие инструмента перемещается при по-
следующем проходе резания; 3 – стружка
Шириной срезаемого слоя b называют размер слоя, удаляемого с поверхности резания, измеренный в направлении, нормальном к толщине слоя. Ширину b и толщину а принято называть физическими размерами срезаемого слоя.
Лезвие соприкасается с поверхностью резания на длине l. Этот размер называют рабочей длиной лезвия. В том случае, когда вектор скорости резания неперпендикулярен лезвию инструмента, рабочая длина l лезвия больше ширины b срезаемого слоя. Если же вектор перпендикулярен лезвию (угол = 0°), то рабочая длина лезвия равна ширине срезаемого слоя.
В результате перемещения инструмента срезаемый с поверхности резания слой превращается в стружку 3 (см. рис. 24). Если вектор перпендикулярен лезвию, то толщина и ширина срезаемого слоя определяют толщину ac и ширину bc стружки, а также ширину и длину контактных площадок соприкосновения стружки и поверхности резания с передней и задней поверхностями инструмента. Если вектор неперпендикулярен лезвию, то только толщина срезаемого слоя определяет толщину стружки, ширина же стружки определяется не шириной срезаемого слоя, а рабочей длиной лезвия.
