- •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
6.1.4. Методы улучшения обрабатываемости
1. Подбор оптимальных составов технологической среды. Известно что технологическая среда снижает температуру в зоне резания, трение на площадках контакта, охрупчивает металл в зоне пластической деформации и т.д. Правильно подбирая состав технологической среды, можно резко снизить интенсивность изнашивания и улучшить качество обработанной поверхности.
2. Подвод в зону резания дополнительной энергии. Этот способ широко применяется при резании труднообрабатываемых материалов. В частности, производится их обработка в нагретом состоянии, с наложением электрических и магнитных полей, принудительных колебаний строго определенной частоты и т.д. Вследствие этого изменяется интенсивность изнашивания режущих кромок и период стойкости возрастает в несколько раз.
3. Регулирование микроструктуры за счет подбора режимов термической обработки. Для каждой группы материалов можно подобрать такой режим термообработки, который обеспечивает получение строго определенной микроструктуры и уровня механических свойств.
Так, например, стали для хорошей обрабатываемости должны иметь следующую микроструктуру: 1) малоуглеродистые (С < 0,3 %) – пластинчатый перлит и феррит. Резко выраженная строчечность феррита и крупные скопления его ухудшают обрабатываемость; 2) со средним содержанием углерода (С = 0,35...0,55 %) – пластинчатый перлит и феррит в виде сетки или некрупных зерен; 3) высокоуглеродистые конструкционные (С > 0,55 %) и инструментальные стали – зернистый перлит.
Соответствующим образом подбираются виды термообработки (нормализация, отжиг) и их режимы.
Обрабатываемость чугуна можно улучшить графитизирующим или сфероидизирующим отжигом, исключающим появление сетки карбидов и обеспечивающим округлую форму зерен.
Термообработка труднообрабатываемых материалов определяет фазовый состав, процентное содержание фаз, их дисперсность и распределение, а также размеры зерен твердого раствора. При этом требуется выдерживать на строго определенном уровне число упрочняющих избыточных фаз, поскольку от них зависит и обрабатываемость, и жаропрочность материала. Для термообработки рекомендуется использовать двойную закалку с последующим высокотемпературным старением.
4. Введение в состав обрабатываемого материала специальных присадок. Известны два механизма действия присадок, способствующих улучшению обрабатываемости. В первом случае снижается коэффициент трения на контактных площадках и интенсивность изнашивания, поскольку присадки образуют в металле твердые смазочные вещества (сульфиды, селениды, сульфоселениды и др.). Во втором – присадки, являясь концентраторами напряжений, способствуют охрупчиванию обрабатываемого материала, снижают силы резания и уровень температур.
Наиболее характерными присадками являются элементы, относящиеся к VI группе таблицы Менделеева, – сера, селен, теллур, которые образуют в стали неметаллические включения, а также свинец. Примером сталей повышенной обрабатываемости могут служить автоматные с повышенным содержанием серы (А11...А35), серы и фосфора (А12), серы и свинца (АС14). Свинец в последнем случае присутствует в стали в двух модификациях: в виде мелких обособленных частиц, произвольно расположенных в матрице металла, и в виде комплексных соединений MnS–Pb. Свинец характеризуется низкой температурой плавления, поэтому, кроме охрупчивающего действия, он может создать на площадках контакта жидкую пленку. Установлено, что для резкого снижения склонности к схватыванию достаточно образования пленки толщиной около 2 мкм.
На состав, форму, размеры и распределение избыточных фаз существенным образом влияет такой этап выплавки стали, как раскисление, для чего используются кремний, алюминий, марганец и кальций. Кальций позволяет существенно улучшить обрабатываемость сталей. В их структуру входят силикаты или алюминаты кальция в сульфидной оболочке, что резко снижает изнашивание инструмента. Содержание кальция строго определенное. Такие стали успешно применяются на Волжском автозаводе (АЦ20ХГНМ (вместо 20ХГМ), АЦ40Х (вместо 40Х)), обеспечивая повышение периода стойкости до 3 раз.