- •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
Глава 7 Современные направления развития науки и практики обработки материалов резанием
7.1. Адаптивное управление процессом резания
В настоящее время большинство машиностроительных предприятий активно оснащаются высокопроизводительными станками с ЧПУ и обрабатывающими центрами с компьютерным управлением отечественного и зарубежного производства. В Пермском крае это ОАО «Новомет», ОАО «Протон», ОАО «Пермский моторный завод», ОАО «Инкар», ОАО «Редуктор» и др. Стоимость новых станков достаточно велика – достигает 2–3 млн евро за станок. Значительно, в десятки раз, выросла и стоимость режущих сборных инструментов.
Непредвиденный выход из строя этого оборудования и инструмента по различным причинам приводит к большим издержкам производства на машиностроительных заводах. Поэтому резко вырос уровень активности исследований в области контроля и управления процессами механической обработки и инструмента в нашей стране и за рубежом.
Основная деятельность разработчиков систем управления направлена на контроль износа инструмента или интенсивности его износа в любой текущий момент времени процесса обработки резанием. Известно, что износ инструмента вызывает рост температуры, силы резания, увеличение шума и вибраций в зоне резания. Установленная взаимосвязь этих параметров с износом инструмента позволила разработать ряд устройств адаптивного слежения и управления режимами обработки. Например, увеличение силы резания по мере износа инструмента вызывает увеличение мощности резания, что отслеживается системой ЧПУ. Система ЧПУ выдает команду на снижение режимов резания – скорости и подачи на определенную величину. При увеличении силы резания сверх допустимого значения подается мгновенная команда на остановку процесса резания и смену инструмента. Аналогичным образом действуют системы адаптивного управления по величине температуры резания, допустимой величине шума и вибрации в зоне резания.
7.2. Развитие высокоскоростного резания
Одним из развивающихся направлений совершенствования процессов резания является высокоскоростное резание. Высокоскоростным резанием называется резание со скоростями в десятки или сотни раз выше нормативных. Для различных материалов величины этих скоростей значительно отличаются. Для легких цветных сплавов это 1500…3000 м/мин. Для жаропрочных сплавов это 300…400 м/мин. Появление нового метода резания связано с появлением новых скоростных станков и новых марок инструментальных материалов. Физическое обоснование применения высокоскоростного резания заключается в том, что с резким увеличением скорости резания снижается толщина срезаемой стружки, уменьшается работа пластической деформации, снижаются силы резания, все тепло уходит в стружку, а не в деталь. В результате повышается в несколько раз производительность процесса резания и улучшается качество поверхностного слоя. К недостаткам применения высокоскоростного резания можно отнести возможное появление вибраций из-за неуравновешенности вращающихся масс деталей или инструмента. Для устранения этих недостатков высокоскоростного резания при внедрении в производство разработаны более жесткие станки, приспособления и инструменты и предусмотрена балансировка державок вращающегося инструмента.