3512

ось x – линия центров станка,

ось y – линия, перпендикулярная к линии центров станка, ось z – линия, перпендикулярная к плоскости (x – y).

R – равнодействующая сил, действующих на резец, Рz – вертикальная составляющая силы резания,

Рy – радиальная составляющая силы резания, PX – осевая составляющая силы резания.

Рис. 1.10. Разложение силы резания на составляющие

По силе Pz определяют крутящий момент на шпинделе станка, эффективную мощность резания, деформацию изгиба заготовки в плоскости (x – z), изгибающий момент на стержень резца. По силе Pz ведут динамический расчет механизмов коробки скоростей станка.

По силе Рy определяют упругое отжатие резца от заготовки и деформацию изгиба заготовки в плоскости x – y.

По силе Px рассчитывают механизмы подач станка и изгибающий момент, действующий на стержень резца.

Силы Pz, Рy и PX определяют по эмпирическим формулам:

= ∙ ∙ ∙ ∙ ,

где – коэффициент, учитывающий свойства обрабатываемого материала,

t, S и V – глубина, подача и скорость резания,

20

– поправочный коэффициент, учитывающий факторы, отличающиеся от эталонных.

, , , и приведены в справочнике.

4) Наростообразование

Нарост – слой обрабатываемого металла, образующийся на передней поверхности инструмента (рис. 1.11). Нарост обладает прочностью и твердостью гораздо большими, чем у исходного металла.

Рис. 1.11. Наростообразование при точении

Нарост играет двоякую роль в процессе резания. Преимущества нароста:

-увеличивает передний угол (+ ), что приводит к уменьшению силы резания;

-способен сам резать исходный материал;

-удаляет центр давления стружки от режущей кромки, что уменьшает износ режущего инструмента;

-улучшает отвод тепла от инструмента.

Недостатки нароста:

-нарост увеличивает шероховатость обработанной поверхности, периодически срываясь с инструмента и внедряясь в обработанную поверхность;

21

-частицы нароста, внедрившиеся в обработанную поверхность, вызывают повышенный износ другой детали в соединении и всей пары трения;

Нарост является положительным явлением при черновых операциях и отрицательным при чистовых.

Наростообразование зависит от физико-механических свойств обрабатываемого материала, скорости резания, геометрии режущего инструмента и других факторов.

5) Наклеп (упрочнение)

Упрочнение (наклеп) – увеличение твердости и прочности поверхностного слоя, в результате искажения кристаллической решетки зерен под действием упругой и пластической деформаций металла.

В реальных условиях режущая кромка инструмента всегда имеет радиус закругления (ρ) (рис. 1.12). Из-за него в процессе резания часть толщины срезаемого слоя подвергается упругопластическому деформированию.

Рис. 1.12. Схема образования поверхностного слоя и наклепа:

Н – ширина контактной площадки, hy – толщина упрочненного слоя

22

Наклеп характеризуется толщиной упрочненного слоя ( ) и степенью наклепа ( ):

=П,

П– микротвердость поверхностного слоя,

–микротвердость исходного материала. Пластичные материалы подвергаются большему

упрочнению, чем хрупкие или твердые.

В целях получения повышенной поверхностной прочности и остаточных напряжений сжатия, наклеп является явлением положительным. Однако, наклеп, полученный при черновых операциях, при дальнейшей чистовой обработке интенсивнее изнашивает инструмент. Это отрицательное явление наклепа.

6) Тепловыделения в зоне резания

Работа, затрачиваемая на упругопластическое деформирование обрабатываемого материала, трение стружки о режущий инструмент, трение инструмента о поверхность резания и обработанную поверхность заготовки, превращается в тепловую энергию.

Общее количество теплоты, выделившееся в процессе

23

–тепло, отводимое режущим инструментом (2…8%),

–тепло, переходящее в окружающую среду (около

1%).

Рис. 1.13. Источники образования и распределения теплоты резания

Теплообразование отрицательно влияет на процесс резания:

-нагрев инструмента снижает его твердость и приводит к ускорению износа;

-нагрев инструмента изменяет его размеры, что приводит к ухудшению точности размеров и формы обработанных поверхностей;

-нагрев заготовки вызывает изменение размеров и формы деталей;

-температурные деформации инструмента, приспособления, заготовки и станка снижают качество

обработки.

Для снижения влияния теплоты на процесс резания используют смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) и смазочно-охлаждающие вещества (СОВ).

Различают следующие СОЖ:

водные растворы минеральных электролитов, эмульсии, мыльные растворы;

-минеральные, животные и растительные масла;

24

-минеральные масла с добавлением фосфора, серы, хлора (сульфо-фрезолы), керосин и растворы поверхностно-активных веществ в керосине;

-масла и эмульсии с добавлением смазывающих веществ (графита, парафина, воска).

-пары поверхностно-активных веществ;

-распыленные жидкости (туман) и пены;

-твердые вещества: порошки воска, парафина, петролатума, битума;

-мыльные порошки.

Чаще всего при обработке резанием применяют СОЖ, особенно водные эмульсии с добавками ингибиторов (антикоррозионных добавок). Кроме этого, существенную роль в охлаждении имеет способ подачи СОЖ в зону резания.

7) Трение, износ и стойкость инструмента

Трение между инструментом, стружкой и заготовкой вызывает износ режущего инструмента.

Износ режущего клина может происходить:

-по задней поверхности,

-по передней поверхности,

-по задней и передней поверхностям одновременно.

Износ по задней поверхности является определяющим.

Характер изнашивания (вид износа) может быть различным.

Виды износа:

-абразивно-механический – разрушение (царапанье) слоев инструмента твердыми частицами обрабатываемого материала при трении;

-адгезионный – схватывание микрочастиц материалов инструмента и заготовки при высоких температурах;

25

-диффузионный – взаимное растворение химических элементов материалов инструмента и заготовки,

особенно при повышенных температурах ( > 800° );

-окислительный – образование малопрочных окислов при нагреве инструмента в среде кислорода воздуха, которые легко изнашиваются стружкой и заготовкой;

-усталостный – в результате периодической нагрузки на

режущую кромку при резании поверхности с большими микронеровностями.

При реальном изнашивании в конкретных условиях резания могут быть различные комбинации перечисленных видов износа.

При достижении определенного значения допустимого износа по задней поверхности - з, который называется критерием износа, инструмент подвергается заточке.

Период работы инструмента между переточками называется стойкостью – « », которая измеряется в минутах.

Суммарный период службы инструмента:

=∙

где – число переточек инструмента до полной амортизации режущей части.

Стойкость инструмента зависит от физико-механических свойств материалов инструмента и заготовки, режима резания, геометрии инструмента, условий обработки.

Наибольшее влияние на стойкость оказывает скорость резания, в соответствии с зависимостью:

где – коэффициент, учитывающий свойства обрабатываемого материала,

– показатель относительной стойкости.

26

8) Вибрации при резании металлов

При определенных условиях обработки заготовок на станках возникают периодические колебательные движения – вибрации, при которых процесс резания теряет устойчивость, резко снижается качество обработанной поверхности: появляется волнистость, возрастает шероховатость. При вибрациях возникает шум, который утомляет станочников.

Различают вибрации – вынужденные и автоколебания. Вынужденные колебания (вибрации) возникают под дей-

ствием внешних периодических возмущающих сил. Их можно легко устранить, уменьшив величину возмущающих сил, повысив жесткость узлов станка.

Автоколебания характеризуются тем, что силы, вызывающие колебания, возникают в процессе резания. Уменьшить автоколебания можно правильным выбором режима резания, инструмента с определенной геометрией, правильной установкой инструмента и заготовки на станке, применением виброгасителей и т.п.

7. Точность и качество обработанной поверхности

Надежность машин во многом зависит от точности обработки деталей, качества обработанной поверхности и точности сборки.

Точность обработки зависит от точности размеров, формы и расположения поверхностей.

Точность размеров, расположения и формы определяются соответствием обработанных поверхностей, т. е. их значениям, заданным в рабочем чертеже. Предельные отклонения размера, формы и расположения устанавливаются государственными стандартами и указываются на чертежах или в технических требованиях на изготовление детали.

27

Качество обработанной поверхности и поверхностного слоя, характеризуется геометрическими и физико-механиче- скими показателями.

Геометрические показатели:

-шероховатость или микронеровности поверхности,

-волнистость.

Физико-механические показатели:

-остаточные напряжения (знак и величина),

-структура материала,

-наклеп (глубина и степень) и др.

8. Производительность и выбор режима резания

Производительность обработки «G» определяют числом деталей, изготовляемых в единицу времени:

=, (шт/мин),

шт

шт – время обработки, складывается из основного ( о), подготовительно-заключительного ( пз), вспомогательного ( в) и времени на оргтехобслуживание ( то), то есть:

шт = о + пз + в + то, мин.

Основное (технологическое) время ( о) затрачивается непосредственно на процесс изменения формы размеров и шероховатости обрабатываемой поверхности.

Формулы для определения о в зависимости от технологического метода обработки приведены в справочной литературе.

Порядок назначения и выбора элементов режима резания

1) Назначают глубину резания.

Глубина резания ( ).назначается исходя из жесткости технологической системы СПИД (станок – приспособление –

28

инструмент – деталь), величины припуска и стадии обработки, используя справочные данные.

Если весь припуск ( ) снимается за один рабочий ход, то глубина резания принимается равной величине припуска, т.е. ( = ). Величина припуска на обработку ( ) определяется поразному, исходя из условий и метода обработки, размеров и формы заготовки и детали.

Например, для наружного точения определяется по фор-

Если обработка поверхности разделяется на черновую и чистовую стадии, то сначала необходимо назначить глубину резания на чистовой рабочий ход: чист = (0,2…0,25) , а оставшуюся часть припуска оставить на черновой рабочий ход,

т.е.: черн = − чист.

Если черновая обработка выполняется в несколько рабочих ходов, то следует назначить величину чист, а остальную часть припуска ( ) разделить на число рабочих ходов ( ):

черн = ( − чист)⁄ .

2)Наибольшую допустимую величину подачи ( ) выби-

рают по справочным данным с учетом требований точности и шероховатости поверхности, обработанной в соответствии со стадией обработки (черновая или чистовая), а также мощности станка, режущих свойств материала инструмента, жесткости и точности технологической системы СПИД.

3)Определяют скорость резания ( ) по эмпирической зависимости, исходя из выбранных: глубины резания ( ), подачи (S) и стойкости режущего инструмента ( ).

где – коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала, вид работы, толщины среза и материала лезвия резца;

29