книги из ГПНТБ / Некрасов С.С. Технология материалов. Обработка конструкционных материалов резанием учеб. пособие

30

связки — кобальта. Вольфрамотитановые сплавы (группа ТК) состоят из карбида вольфрама WC, карбида титана ТіС и кобальта. Вольфрамотитанотанталовые сплавы (группы ТТК) состоят из кар­ бидов вольфрама, титана, тантала и кобальта.

По марке твердого сплава доожно судить о химическом составе сплава. Буква К с последующей цифрой обозначает содержание кобальта в процентах. Так, в сплаве ВК6 имеется 6% кобальта, остальное (94%) — карбиды вольфрама. Содержание карбидов титана в сплаве группы ТК дано цифрой после буквы Т. Например,

всплаве Т5К10 имеется 5% карбидов титана, 10% кобальта, осталь­ ное (85%) — карбиды вольфрама. В группе вольфрамотитанотан­ таловых сплавов (ТТК) после второй буквы Т дается суммарное содержание карбидов титана и карбидов тантала в процентах. Так,

всплаве ТТ7К15 содержится 7% карбидов титана и тантала, 15% кобальта, остальное (78%) — карбиды вольфрама.

Втабл. 2 приводятся физико-механические свойства и область применения металлокерамических сплавов. Сплавы группы ВК применяют при обработке деталей из чугуна. При обработке сталь­ ных деталей следует применять сплавы группы ТК и ТТК. Сплавы группы ТТК по прочности и стойкости занимают промежуточное положение между быстрорежущей сталью и твердым сплавом Т5КЮ.

Сувеличением содержания кобальта сплавы становятся менее хрупкими, их прочность при изгибе увеличивается. Поэтому сплавы

сбольшим содержанием кобальта применяют при черновой обра­ ботке, с меньшим содержанием кобальта — при чистовой.

Минералокерамические твердые сплавы — относительно новый инструментальный материал, имеющий благодаря его значи­ тельной дешевизне при высоких эксплуатационных свойствах боль­ шое будущее. Минералокерамика представляет собой окись алю­

миния А120 3, подвергнутую специальной термической обработке и выпускаемую в форме пластинок белого цвета разнообразных профилей и размеров. Ниже приводятся физико-механические свойства минералокерамических пластинок марки ЦМ-332.

Минералокерамика превосходит металлокерамические твердые сплавы по твердости и теплостойкости, но значительно уступает им в отношении вязкости и теплопроводности. Резцы с минерало­ керамическими пластинками применяют на чистовых операциях, т. е. при работе с высокими скоростями резания (свыше 200 м/мин), при подачах до 0,15—0,6 мм/об при обработке стали и до 0,3— 0,8 мм/об при обработке чугуна.

31

32

Скорость резания ѵ — окружная скорость перемещения обра­ батываемой поверхности детали относительно резца в направлении главного движения. Скорость резания для большинства станков измеряется в м/мин. Скорость резания для станков с главным вра­ щательным движением (токарных, свер­ лильных, фрезерных) подсчитывается по формуле

nDn ,

ü==Tööö м/мин,

где D — диаметр заготовки (при токарной обработке), диаметр сверла (при сверлении) или диаметр фрезы (при фрезеровании);

п— частота вращения детали или ин­ струмента в об/мин.

Площадь и форма среза, объем снятой стружки. В процессе резания при токарной обработке с обрабатываемой заготовки сре­

зается материал, поперечное сечение которого имеет форму парал­ лелограмма. Основание параллелограмма равно подаче s, его высота — глубине резания t. Площадь поперечного сечения среза I — (s мм2.

Величину f можно выразить также через основание b (ширину

Рис. 23. Формы поперечного сечения среза в зависимости от величины главного угла в плане ф и формы режущей кромки резца

Форма поперечного сечения среза (при постоянной глубине ре­ зания и подаче) зависит от формы главной режущей кромки резца и его главного угла в плане (рис. 23). При прямолинейной режущей кромке и ф, равном 90°, поперечное сечение среза имеет форму пря­ моугольника (рис. 23, а); при ф, меньшем 90° (рис. 23, б), — форму параллелограмма. При изменении угла ф изменяются толщина а

и ширина b среза. С увеличением ср толщина среза а возрастает, а ширина среза b уменьшается. При криволинейной режущей кромке

Рис. 24. Разновидности точения:

а — свободное; б — полусвободное; в — блокированное; 1 — глав­ ная режущая кромка; 2 — вспомогательная режущая кромка

до s. Главный угол в плане ср изменяется для разных точек режущей кромки от 0 до 90°.

При точении возможны три случая резания: свободное, полусво­ бодное и блокированное. При свободном резании процесс осуществ­ ляется одной режущей кромкой.

Это соответствует точению узко­ го буртика с поперечной подачей (рис. 24, а). При полусвободном резании принимают участие две режущие кромки: главная и вспомогательная. Такой вид резания соответствует обычному точению (рис. 24, б), растачива­ нию, подрезанию. При блокиро­ ванном резании в процессе уча­ ствуют три режущие кромки: главная и две вспомогательные. Такой вид резания имеет место при разрезке детали, проточке

канавки отрезным резцом (рис. 24, б). В большинстве случаев длина активного (рабочего) участка главной режущей кромки по величине значительно больше активной длины вспомогательных кромок. Поэтому резание вспомогательными режущими кромками называют иногда побочным.

Для определения объема Q слоя материала, срезаемого за 1 мин, необходимо умножить площадь поперечного сечения среза на длину обрабатываемой поверхности, проходимой относительно резца за

34

единицу времени. Такой величиной является скорость резания ѵ. Выразив площадь поперечного сечения среза / в см2 и скорость ѵ в см/мин, получим

Q = tsv см3/мин.

Основное (машинное) время. Основным технологическим или машинным временем называется время, затрачиваемое в процессе обработки детали непосредственно на изменение формы и размеров заготовки. Известно, что в общем случае время равно пути, делен­ ному на скорость. Путь при точении — это длина обработки; ско­ рость в этом направлении — это скорость подачи в мм/мин, равная произведению ns. Следовательно, при токарной обработке основное (машинное) время

Расчетная длина L (рис. 25) складывается из длины обработанной поверхности детали I, пути врезания резца Іг и перебега резца /2:

L — l~\~ W-г ^2*

Длина пути врезания резца Іг = t ctg cp Перебег резца Іг при­ нимают равным 1—3 мм.

§ 2. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ МЕТАЛЛОВ

Виды стружек. Процесс резания можно рассматривать как процесс местного сжатия и сдвига металла резцом с последующим образованием стружки. Слой металла, подлежащий срезанию, на-

Рис. 26. Типы стружек: а — сливная; б — скалывания; в — надлома

ходится в сложнонапряженном состоянии; упругим и пластическим деформациям подвергаются также близлежащие слои металла, распо­ ложенные впереди резца и под ним.

По классификации проф. И. А. Тиме в процессе резания различ­ ных материалов могут образовываться следующие основные виды стружек: сливные (непрерывные), скалывания (элементные) и надлома (рис. 26).

Сливные стружки образуются при резании вязких и мягких ма­ териалов (например, мягкой стали, латуни) и являются наиболее распространенными. Стружки надлома образуются при резании хрупких металлов (например, серых чугунов). Такая стружка со­ стоит из отдельных, как бы вырванных элементов, почти не свя­ занных между собой; при этом обработанная поверхность гіолучается грубо шероховатой, неровной. Стружки скалывания занимают промежуточное положение между сливными стружками и стружками надлома и образуются при обработке некоторых сортов латуни и твердых сталей с большими подачами и относительно малыми ско­ ростями резания. С изменением условий обработки стружка скалы­ вания может перейти в сливную и наоборот. Образованию сливной стружки способствует увеличение переднего угла у, уменьшение

Рис. 27. Схема образования стружки скалывания

толщины среза а, повышение скорости резания ѵ, а также увеличение пластичности обрабатываемого материала.

Образование стружки скалывания происходит следующим обра­ зом (рис. 27). Резец под действием силы Р внедряется в металл и сжи­ мает его, вызывая в нем упруго-пластические деформации. В срезае­ мом слое металла впереди резца возникают скалывающие напряже­ ния. Когда эти напряжения превысят прочность металла, произой­ дет скалывание первого элемента стружки по плоскости скалывания AB. При дальнейшем продвижении резца происходит образование следующих элементов стружки (обозначены номерами 1, 2, 3 ...) аналогично предыдущим. Направление плоскости скалывания AB составляет с направлением движения резца угол ßx, который назы­ вается углом скалывания. Этот угол несколько изменяется с изме­ нением условий резания и главным образом с изменением угла реза­ ния б.

В сливных стружках разделение элементов по плоскости скалы­ вания не происходит. В этом случае угол ßx правильнее называть углом сдвигов (смещений).

Характер и степень деформации металла заготовки при образо­ вании стружки определяют шероховатость обработанной поверх­ ности, количество тепла, выделяющегося при резании, форму струж­

36

ки, износ режущего инструмента и другие явления, происходящие при резании металлов. Поэтому изучение процесса образования стружки и познание закономерностей явлений, которые сопровож­ дают этот процесс, имеют первостепенное значение и являются одной из важных задач науки о резании металлов. Огромные успехи, дос­ тигнутые в области совершенствования процесса резания металлов (скоростное ре­ зание, резание на увеличенных подачах и др.), а также разработка наиболее рацио­ нальных конструкций режущего инстру­ мента стали возможными только в резуль­ тате глубокого изучения процесса стружкообразования.

Наклеп металла. В процессе резания пластическая деформация происходит не только в срезаемом слое, но и в поверхно­

стном слое основной массы металла. Пластическое деформирова­ ние вызывает изменение физических свойств металла: повышает его твердость, снижает относительное удлинение и ударную вяз­ кость. Зона упрочнения при резании показана на рис. 28. Наи­ большее упрочнение получает металл стружки. Твердость стружки может стать выше твердости обрабатываемого материала в 1,5— 4 раза.

Существуют зависимости глубины наклепа h и длины зоны на­ клепа L перед резцом от толщины среза а. Глубина наклепа (упроч­

Степень упрочнения и глубина наклепанного слоя детали зави­ сят также от начальных свойств обрабатываемого материала, гео­ метрии и остроты режущего инструмента, режима резания, приме­ нения смазочно-охлаждающей жидкости. Пластичные металлы более склонны к упрочнению, чем менее пластичные. Увеличение подачи и глубины резания увеличивает наклеп. Увеличение ско­ рости резания и применение смазочно-охлаждающих жидкостей спо­ собствуют уменьшению наклепа.

37

Усадка стружки. В результате пластической деформации обра­ батываемого материала в зоне резания длина стружки Lx получается меньше длины пути L, пройденного резцом по поверхности резания

(рис. 29).

Различают продольную и поперечную усадку стружки. Продоль­ ная усадка стружки

где ах — толщина стружки в мм; а — толщина срезаемого слоя в мм.

Обычно считают, что продольная усадка K L стружки равна ее по­ перечной усадке Ка• Это может быть справедливо только в том слу­ чае, если усадки по ширине стружки нет и ширина стружки равна ширине срезаемого слоя Ь.

Усадка стружки зависит от режимов резания, геометрических параметров инструмента и физико-механических свойств обрабаты­ ваемого материала. С увеличением переднего угла у (или уменьше­ нием угла резания 6) усадка стружки уменьшается, что объясняется уменьшением деформации при срезании стружки. С увеличением ско­ рости резания усадка стружки сначала уменьшается, достигает минимума, затем возрастает, проходит через максимум и при даль­ нейшем повышении скорости резания вновь уменьшается. Такой характер изменения кривой усадки в зависимости от скорости реза­ ния связан с изменением коэффициента трения между передней по­ верхностью резца и сходящей стружкой.

С увеличением толщины среза (подачи) при сохранении неизмен­ ными всех других условий усадка стружки уменьшается. Изменение ширины среза (глубины резания) незначительно влияет на усадку стружки. При обработке более пластичных материалов усадка стружки возрастает. Усадку можно рассматривать как интегральное выражение степени пластических деформаций при резании ме­ таллов.

Нарост. При некоторых условиях на переднюю поверхность резца около режущей кромки налипает обрабатываемый материал, образуя так называемый нарост. Причинами образования нароста являются два основных фактора: наличие весьма высоких давлений около режущей кромки, доходящих при резании сталей до 800— 1000 кгс/мм2 [(7848—9810) -10е Н/м2], и наличие около режущей кромки небольшой зоны нулевых скоростей. Вблизи точки А (рис. 30) поток материала раздвигается: часть уходит в стружку, а часть ме­ талла образует заготовку; при этом на режущей кромке возникает зона нулевых скоростей, т. е. «застойная зона». Вследствие высоких давлений в зоне резания и наличия значительных деформаций твер­

38

дость нароста становится в 2—3 раза больше твердости обрабатывае­ мого металла. В результате образовавшийся нарост сам начинает производить резание металла, являясь как бы продолжением резца.

При наличии нароста изменяется форма передней поверхности резца, уменьшается угол резания (бг <С б), изменяется характер распределения давления на передней поверхности резца. Кроме того, при наличии нароста уменьшается нагрев рабочих поверхностей инструмента и предохраняется от износа его задняя поверхность. Наростообразование не является стабильным процессом. Постепенно формируясь, нарост достигает максимального значения и, разру­ шаясь, может быть унесен со стружкой или вдавлен в обработанную поверхность. Нестабильность нароста по высоте ведет к образованию неровностей на обработанной поверхности. Таким образом, наличие нароста приводит к существенному снижению класса чистоты обра­ ботанной поверхности. При черновой обработке, когда шерохо­ ватость поверхности обрабатываемой дета­ ли не имеет значения, нарост обычно ока­ зывает положительное влияние на процесс резания, но при чистовой обработке нарост нежелателен.

На размеры нароста оказывают влияние многие факторы: физико-механические свой­ ства обрабатываемого металла, режимы резания, геометрические параметры инстру­ мента, наличие и состав смазочно-охлаждаю­ щей жидкости. С увеличением пластично­ сти обрабатываемого металла размеры на­ роста возрастают. Наоборот, при обработке

заготовок из хрупких металлов, например из чугуна, нарост может

ивовсе не образоваться.

Сизменением скорости резания изменяются и размеры нароста. При малых скоростях (2—5 м/мин) нарост не образуется. В интервале скоростей резания от 10 до 20 м/мин (для стали) нарост значителен. Эта зона скоростей является самой неблагоприятной в отношении по­ лучения высокого класса чистоты поверхности. При скоростях ре­ зания свыше 20 м/мин высота нароста уменьшается по мере дальней­ шего увеличения скорости резания. Это объясняется тем, что темпе­ ратура в зоне резания возрастает, и надрезцовый слой сходящей стружки размягчается, что приводит к уменьшению коэффициента трения и ухудшению условий для удержания нароста на передней

поверхности.

С увеличением подачи (толщины срезаемого слоя) размеры нароста увеличиваются. Поэтому при чистовой токарной обработке рекомендуются подачи в пределах 0,1—0,2 мм/об. Глубина резания существенного влияния на размеры нароста не оказывает. С увели­ чением угла резания б увеличивается зона деформированного мате­ риала и, следовательно, увеличивается нарост. Применение смазоч­ но-охлаждающей жидкости уменьшает нарост. При прерывистом

39