- •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
Окислительное изнашивание
Гипотеза окислительного изнашивания основывается на известном факте коррозии твердых сплавов при нагреве их в среде кислорода и отсутствии изменения свойств поверхностных слоев сплавов при нагреве их в инертных газах (аргон, азот, гелий). Окисление может служить как защитой от интенсивного износа, так и причиной интенсивного износа; все зависит от того, какие образуются окислы. В ряде случаев окислы приводят к довольно сильному повышению стойкости инструмента, о чем свидетельствуют, например, данные проф. Н. Орitz при обработке конструкционной стали (t = 2 мм; s = 0,2 мм/об.; V = 120 м/мин) (табл. 14).
Таблица 14
Влияние различных сред на стойкость инструмента
Среда |
Стойкость, мин |
Повышение или понижение |
Воздух |
11 |
– |
Азот |
45 |
повышение в 4 раза |
Кислород |
2 |
снижение в 5,5 раз |
Аргон |
17 |
повышение в 1,5 раза |
Углекислый газ |
6 |
снижение в 2 раза |
Применение аргона, гелия, азота существенно уменьшает интенсивность изнашивания инструмента. Наиболее сильными защитными свойствами обладает гелий, затем аргон и азот. Однако, как показали опыты В.А. Жилина, влияние газовой среды заметно только при температурах резания, не превышающих 900 °С. При более высоких температурах окислительные и защитные свойства газовых сред весьма мало влияет на интенсивность изнашивания.
Согласно гипотезе, при температурах резания 700…800 °С кислород воздуха вступает в химическую реакцию с кобальтовой фазой твердого сплава и карбидами вольфрама и титана, причем наиболее сильно окисляется кобальт. Вследствие значительной пористости металлокерамических твердых сплавов окислительным процессам подвергаются не только сами контактные поверхности инструмента, но и зерна твердого сплава, лежащие на некоторой глубине от этих поверхностей. Продуктами окисления кобальтовой фазы являются окислы Со3О4 и СоО и карбидов WO3 и TiO2. Твердость продуктов окисления в 40…60 раз ниже твердости твердых сплавов. В результате значительного размягчения кобальтовой фазы нарушается монолитность сплава и ослабляются связи между зернами карбидов вольфрама и титана и цементирующей связкой. Это создает благоприятные условия для выравнивания карбидных зерен силами трения, действующими на передней и задней поверхностях инструмента, и изнашивания этих поверхностей.
Склонность твердых сплавов к окислению определяется их химическим составом. Однокарбидные сплавы окисляются сильнее, нежели двухкарбидные. С увеличением содержания кобальта в твердом сплаве интенсивность и скорость окисления возрастают. Развитию коррозионных явлений в значительной степени препятствует применение при резании инертных газовых сред. Применение аргона, гелия, азота существенно уменьшает интенсивность изнашивания инструмента. Наиболее сильными защитными свойствами обладает гелий, затем аргон и азот. Однако, как показали опыты, влияние газовой среды заметно только при температурах резания, не превышающих 900 °С. При более высоких температурах окислительные и защитные свойства газовых сред весьма мало влияют на интенсивность изнашивания, что свидетельствует о том, что в суммарном механизме изнашивания инструмента окислительные процессы имеют существенное значение только в интервале температур 700…900 °С.
Оценивая достоверность различных гипотез изнашивания инструментов, следует отметить, что только абразивное и адгезионное изнашивание получило экспериментальное подтверждение. Прямых экспериментальных доказательств, подтверждающих существование диффузионного и окислительного изнашивания, нет.