Тема 2.2. Физические основы резания.

Стружкообразования. Нарост и наклеп.

Резание сопровождается трением, тепловыделением, наростообразованием, усадкой стружки, наклепом обработанной поверхности и изнашиванием инструмента.

Когда инструмент соприкасается с металлом, начинаются упругие деформации. При внедрении инструмента деформации растут и переходят в пластические. При дальнейшем росте усилий внутренние напряжения возрастают настолько, что превышают временное сопротивление разрушению – образуется элемент стружки. Долее процесс повторяется и образуются новые элементы стружки.

Вид стружки определяется физико-механическими свойствами обрабатываемого материала, режимом резания, геометрическими параметрами инструмента:

1. С ливная представляет собой сплошную ленту с гладкой блестящей наружной поверхностью. Внутренняя сторона матовая с мягкими зазубринами. Образуется при резании пластичных материалов с большими скоростями резания и с малой толщиной срезаемого слоя.

2. С калывания имеет гладкую наружную сторону. На внутренней имеет ярко выраженные зазубрины – отдельные элементы (элементная стружка) или элементы, соединенные между собой в ленту (суставчатая стружка). Получается для обработки материалов средней твердости, при малых скоростях резания, с большой толщиной срезаемого слоя.

3. С тружка надлома образуется при обработки хрупких материалов. Обработанная поверхность получается шероховатой с зазубринами с вырывами.

При обработке резанием на инструменте всегда образуется радиус закругления. Lb – R – закругления вершины лезвия. Поэтому в стружку переходит лишь часть металла, другая часть, образует обработанную поверхность. После прохождения инструмента происходит упругое восстановление поверхностного слоя. В результате на обработанной поверхности повышается прочность, снижается пластичность и изменяются физические свойства материала. Это называется упрочнением или наклепом. Глубина и степень наклепа зависит от свойств материала, геометрии инструмента, режима резания. Чем пластичней материал, тем большему наклепу он подвергается.

Упрочнение обработанной поверхности полезно при чистовой обработке. Наклеп при черновой обработке затрудняет чистовую обработку, т.к. повышается износ инструмента, увеличивается шероховатость поверхности. Уменьшить наклеп можно применением СОЖ, увеличением скорости резания и ТО.

При некоторых условиях резания под влиянием высоких давлений и температуры, частицы материала задерживаются на передней поверхности инструмента, сцепляются с ней, образуя нарост. Из-за деформаций твердость нароста становится в 2-3 раза больше твердости образуемого материала и сам нарост как бы становится режущим лезвием.

При наросте изменяются параметры инструмента, поэтому облегчается стружкообразование, уменьшается нагрев инструмента, износ.

Нарост нестабилен: он может достигнуть максимума и уйти со стружкой. Это приводит к увеличению шероховатости поверхности.

Нарост положителен при черновой обработке и отрицателен при чистовой.

Наростообразование зависит от свойств материала, режимов резания, геометрии инструмента, наличия СОЖ и т.д. нарост максимален при обработке пластичных материалов, при обработке хрупких он может не образовываться.

Тепловые явления при резании.

Теплота является одним из основных факторов, влияющих на процесс резания. Она вызывает двойной эффект:

- с одной стороны, облегчает деформирование металла срезаемого слоя, поэтому уменьшается износ инструмента и повышается качество обрабатываемой поверхности.

- но из-за нагрева в зоне резания до 800-1000° происходит потеря режущих способностей инструмента и износу. Увеличиваются размеры инструмента, что приводит к снижению точности обработки. Поэтому тепловыми явлениями необходимо управлять.

Основное влияние на температуру оказывает скорость резания, меньше – подача и глубина резания, а также геометрия инструмента.

Изнашивание и стойкость инструмента.

Способность сопротивляться изнашиванию необходима инструменту.

Абразивный износ – происходит в результате царапания и истирания отдельных участков поверхности инструмента твердыми включениями материала.

Адгезионный износ (адгезия – молекулярное сцепление) – схватывание поверхностных слоев материала инструмента и заготовки. Частицы материала инструмента вырываются с его поверхности и уносятся со стружкой.

Диффузионное изнашивание – материал инструмента изнашивается (растворяется) в материале обр. заготовки.

Окислительный износ – коррозия появляется в зоне резания при активном охлаждении и газонасыщении.

Стойкость инструмента зависит от свойств матер. инструмента, геометрии, режимов резания, условий обработки.

Чем больше скорость, тем больше износ, меньше стойкость инструмента. Поэтому заготовки следует обрабатывать на расчетной скорости, которой соответствует определенная стойкость инструмента.

Охлаждение и смазывание.

СОТС ( смазочно-охлаждающие технологические средства) уменьшают износ инструмента и силы резания, улучшают качество поверхности.

СОТС должны:

1. Не вызывать коррозию;

2. Не оказывать вредного влияния на рабочего;

3. Быть устойчивыми в эксплуатации и транспортировке;

4. Не воспламеняться при высоких температурах.

СОТС бывают:

1. Твердые ( тальк, слюда, графит, бура и т.д. – неорганические), (нейлон, полиэтилен и т.д. – органические), (медь, латунь, свинец и т.д. – металл пленочные покрытия).

2. СОЖ – водные растворы электролитов, эмульсии, масла, керосин – получили наибольшее распространение.

3. Пластичные – густые мази.

4. Газообразные – воздух, азот, кислород, распыленные жидкости.

Выбор СОТС свойствами материалов загот. и инстр. И технологическим методом резания.

При черновой и получистовой обработке применяют водные растворы, масляные эмульсии.

При чистовой обработке применяют чистые минеральные масла.

При черновой обработке твердых хрупких материалов, когда образуется стружка надлома, применяются газы – они не только охлаждают место реза, но и направляют стружку в стружкосборники.

Способы подачи СОЖ:

1. Полив свободной струей – большой расход, разбрызгивание, слабое смазочное действие.

2. Подача СОЖ под давлением (1,5 – 2 мПа) – на заднюю поверхность инструмента через отверстие диаметром 0,4 – 0,5 мм – но необходимо применить насосы, сильное разбрызгивание, необходимость тщательной очистки СОЖ.

3. По каналам под давлением в инструменте (при сверлении).

Производительность и выбор режима резания.

П = T_см / t_шт

t_шт = t_о + t_в + t_об + t_п

Tсм – продолжительность смены

Tшт – время, затраченное на 1 операцию (штучное)

При увеличении S и T – производительность повышается, но снижается качество обработки.

Элементы режима резания назначают в следующем порядке:

1. Глубина резания – связана с припуском на обработку. Целесообразно удалят за 1 рабочий ход. Несколько рабочих ходов применяют при повышенных требованиях к точности обработки или недостаточной точности станка. При чистовой обработке припуск <0,5 мм. При черновой <5 мм.

2. Подача ограничивается шероховатостью обрабатываемой поверхности, прочностью механизма подачи, жесткостью заготовки, прочностью инструмента. Для увеличения производительности труда стоит назначать максимально допустимую подачу.