книги из ГПНТБ / Вульф А.М. Резание металлов

твердость обрабатываемого материала и к тому же неравномерную

вразных объемах.

Силы, удерживающие нарост па инструменте в процессе ре­ зания, значительно больше сил, действующих после работы, когда нарост удаляется легким нажимом. Можно предположить, что нарост в процессе резания под воздействием нормального давле­ ния удерживается:

1) бесконтактными силами адгезии, т. е. магнитными силами молекулярного сцепления, действующими на физической пло­

3) силами механического зацепления между микронеровно­

т. е. когда направление схода стружки будет совпадать с передней поверхностью резца. Нарост — нестабильное явление: он появ­ ляется и исчезает. Частота срывов нароста возрастает с увели­ чением скорости резания и подачи, поскольку при этом подни­ мается температура резания, уменьшается трение. По той же при­ чине уменьшается или совсем отсутствует нарост при применении СОЖ, улучшении чистоты поверхностей инструмента, при подо­

сохранялся в тех же условиях при наличии упрочняющей фаски вдоль режущей кромки под углом у ф = 10° (рис. 40). То же под­ тверждают исследования М. Ф. Полетика, когда при резании ста­

нарост не возникал.

При наличии упрочняющей фаски на резце его стойкость зна­ чительно повышается, так как устойчивый нарост защищает ре­ жущую кромку от износа; обладая большой твердостью, нарост выполняет работу резания. Эта работа облегчается тем обстоя­ тельством, что при наличии большого угла уи и, следовательно, малого Рн , а также сравнительно малого угла трения (особенно внутреннего) резко увеличивается сила Рн, отрывающая стружку

90

от обрабатываемой детали (см. п. 24). В результате образуется опережающая трещина, развивающаяся скачкообразно с тем большей скоростью, чем хрупче обрабатываемый материал (300— 1500 м/с); она опережает движение нароста, облегчает его работу и способствует устойчивости нароста. Происходящее при этом снижение температуры резания способствует также устойчи­ вости нароста.

Интенсивность указанных явлений зависит от физико-меха­ нических свойств обрабатываемого материала, его структуры, наличия в ней тех или иных дефектов. Например, при определен­ ных условиях облегчается обработка сталей, закаленных на наи­

щинами на границе сопряжения с другими фазами (с карбидами, аустенитом). Соответствующий эффект усиливается при сравни­ тельно высоких скоростях резания, когда может проявиться дина­ мичность процесса. В этом отношении большую прочность, сравни­ тельно с мартенситной структурой, показывают стали аустенитнокарбидной структуры, поскольку аустенит является лучшей основой, затрудняющей образование полостных дислокаций. Вот почему твердозакаленная на мартенсит сталь лучше обрабаты­ вается хрупким твердосплавным резцом при определенных гео^ метрии и режимах резания сравнительно с теми же незака­ ленными сталями.

При обработке пластичных сталей резцом с «отрицательной» упрочняющей фаской (уф = —30°) и большим положительным передним углом у при ширине фаски, равной подаче s, наблюдался устойчивый нарост с выходом боковой стружки из контактной части нароста — его основания. При этом уменьшились силы ре­ зания на 30—40.%, снижались вибрации, возрастала стойкость

91

инструмента и чистота обработанной поверхности. Здесь были созданы благоприятные условия для отрыва стружки.

Иногда защитную роль играют так называемые налипы, появ­ ление которых объясняют по-разному: на контактных поверх­ ностях раздавливаются частицы нароста на режущей кромке или отслаиваются тончайшие контактные слон стружки и др. Их свой­ ства и поведение зависят не только от состава обрабатываемой стали, но и от рода раскислителя, применявшегося при плавке стали (оксидных включений). Анализ налипов показывал наличие кальция, алюминия, кремния, сульфида марганца, иногда нитри­ дов [137]. Правда, о защитной роли налипов имеются противо­ речивые взгляды.

Если резание производится твердосплавным инструментом, необходимо считаться с возможностью реакции между твердым сплавом и обрабатываемым материалом. При диффузии в твердом сплаве образуются пустоты (пористость Киркендаля), которые заполняются окислами кальция, кремния и др. Оксиды занимают больший объем, чем вытесненные компоненты твердого сплава, вследствие чего возникают в инструменте напряженное состояние и трещины. Иногда налипы изменяют размеры инструмента (сверл, зенкеров, разверток и т. д.), в результате экранизации пленки ухудшают теплопроводные свойства инструмента, вызывая тем значительные затруднения в работе.

21.ПРОЦЕСС РЕЗАНИЯ И ЯВЛЕНИЯ НАКЛЕПА

Обрабатываемый материал, как известно, подвергается в про­ цессе резания деформации, сначала упругой, а затем пласти­ ческой. На рис. 41 показаны обнаруженные оптическим методом область упругих напряжений сжатия, радиально направленных впереди режущей кромки, и область упругих напряжений растя­ жения, а также радиально направленных позади режущей кромки.

поверхности; с увеличением угла у направление ее заметно изме­ няется. На рис. 41 показано, как резко сокращается зона растя­

кромкой определенного профиля, можно заметно увеличить зону сжимающих напряжений и тем повлиять на качество обработан­ ной поверхности.

При больших передних углах (у ^ 40°) напряжения в области растяжения так велики, что обрабатываемый материал стремится подняться упруго за резцом, а при малых углах у — упруго сжи­ мается. Таким образом, получается упругое взаимодействие обра­ ботанной поверхности и инструмента.

92

В процессе резания упругие деформации переходят в пласти­

Так, по данным А. М. Розенберга, с увеличением толщины среза

слой металла под обработанной поверхностью упрочняется, изме­ няются его структура и свойства, что приводит к следующему: раздроблению зерен на более мелкие части; ориентировке сильно вытянутых кристаллов в определенном направлении (текстуры); возникновению внутренних напряжений в поверхностном слое.

Практически это может заметно отразиться на качестве обра­

своей твердости при холодной обработке — склонностью к наклепу._

Следовательно, в процессе резания вследствие упрочнения обрабатываемого материала его первоначальная твердость не может полностью характеризовать его обрабатываемость, тем более что степень изменения твердости зависит от физико-меха­ нических свойств металла, режима резания и геометрии режущего инструмента. Например, по данным А. И. Исаева, П. Е. Дьяченко и др., микротвердость обработанной поверхности сталей 35 и 45 увеличилась на 60—100% по сравнению с исходной, а твердость стружки повысилась более чем на' 100%. Аустенитные стали, например жаропрочные, наиболее склонны к наклепу; здесь «обработочная» твердость может быть значительно выше исходной.

Степень наклепа, а также глубина наклепанного слоя зави­ сят от формы режущего инструмента, его остроты и режима ре­ зания. Глубина наклепа уменьшается с увеличением скорости резания и притом в большей степени при обработке тупым резцом. Толщина наклепанного слоя возрастает больше при увеличении подачи нежели глубины резания.

Можно полагать, что интенсивность и глубина наклепа изме­ няются в той степени, в какой изменяются соотношение каса­ тельных Pz и радиальных сил Ру, действующих вдоль и нормально обработанной поверхности. Очевидно, наклеп должен усиливаться при обработке режущим инструментом с большими углами реза­ ния б и особенно с отрицательными углами продольного наклона передней поверхности (—б^), когда резко возрастают радиальная сила и удельное давление в зоне резания. Но в таком случае часто повышают скорость резания, при этом возрастает температура в зоне резания; сила трения уменьшается, но изменяется не моно­ тонно, и потому степень и глубина наклепа могут быть большими

94

или меньшими в зависимости от соотношения указанных факто­ ров.

таты получали при обработке стали 18ХНМА, но со значительно меньшей скоростью резания v = 150 м/мин, и лишь при v = 750 м/мин и больших положительных углах у при резании стали 18ХНМА имели место растягивающие остаточные напряже­ ния.

Между тем другие исследователи утверждают, что высокие скорости резания с большой глубиной резания и подачей резцами с отрицательными передними углами, а также введение в зону резания электрического тока способствуют получению поверх­ ностных напряжений растяжения [51 J. Очевидно, здесь сказы­ вается сильный нагрев металла в зоне резания, что обычно способствует растягивающим напряжениям.

Применение резцов с положительными углами у и большими радиусами закругления режущей кромки р при низких скоростях резания вызывает остаточные напряжения сжатия. Некоторые исследователи утверждают то же самое и в отношении резцов с от­ рицательными передними углами, но с достаточно острыми ре­

сжимающих остаточных напряжений, а распад тетрагонального мартенсита закалки с переходом в отпущенный кубический мар­ тенсит сопровождается появлением растягивающих напряжений.

Обобщая все сказанное, можно сделать вывод, что состояние поверхностного слоя обработанной поверхности является про­ дуктом воздействия многочисленных взаимозависимых факторов, познание которых помогает правильно ориентироваться при выборе режимов резания, обеспечивающих здоровую обработан­

благоприятствуют отрицательные углы продольного наклона

95

что способствует получению поверхностных остаточных сжимаю­ щих напряжений, повышающих ресурсы обработанных деталей.

В этом отношении некоторую роль играют также условия отвода стружки, связанные с ее завиванием и дроблением, имею­ щими большое значение для процесса резания в теоретическом и особенно в практическом плане.

при скоростном точении пластичных материалов уделяется боль­ шое внимание. При работе с большими скоростями резания стружка часто сходит в виде длинных полос прямых или свер­ нутых в спирали большего или меньшего радиуса, обматывающихся вокруг режущего инструмента и обрабатываемой детали. Такая стружка угрожает безопасности рабочих и может привести к пре­ ждевременному затуплению инструмента и повреждению обра­

если в процессе резания удается получить завитую или дробле­ ную, мелкую стружку. Она безопаснее для рабочего, легче схо­ дит с инструмента, меньше загромождает цех. Уборка такой стружки из цеха требует меньше затрат на транспорт и рабочую силу. Вот почему целесообразно установить новый дополнитель­ ный критерий хорошей обрабатываемости металла — способность его в процессе резания давать мелкую, дробленую стружку при различных режимах резания.

Степень дробления стружки^можно оценивать с помощью так называемого объемного коэффициента, представляющего со­ бой отношение объема стружки к объему снятого металла. Объем­ ный коэффициент определяется следующим образом: измеряется объем произвольного количества стружки QC T p (см3 ) с помощью какого-либо сосуда (например, ведра); затем измеряется вес того же количества стружки G (кг).

где у — удельный вес металла в г/см3 . Тогда объемный коэффициент

(50)

96

Очевидно, объемный коэффициент будет уменьшаться с раз­ мельчением стружки. Например, специальные исследования по­ казали следующие значения:

ющих сил. Резец должен преодолевать сопротивление стружки

Здесь б — угол резания; Ф — угол, сдвига.

Рис. 43. Схема стружкообразования и действующих сил по Зворыкину

Согласно этой формуле относительный сдвиг элементов стружки тем больше и, следовательно, стружкодробление тем вероятнее,

увеличивается относительный сдвиг элементов стружки и тем самым облегчается дробление стружки.

Рассматривая формулу (53), можно заметить, что угол резания

98

В этом случае с увеличением угла резания б значительно рас­ тет относительный сдвиг элементов стружки и, следовательно, улучшается стружкодробление. В реальных условиях резания металлов значения д. достаточно велики и потому можно ожидать

с уменьшением коэффициентов трения угол резания влияет на дробление стружки аналогично предыдущему случаю, но в мень­ шей степени.

Указанные выводы подтверждаются результатами проведен­ ного экспериментального исследования, а также практикой ре­ зания [14].

Сложнее влияет скорость резания на дробимость стружки. Известно, что с изменением скорости резания пластическая де­ формация стружки сопровождается двумя одновременно проте­ кающими процессами:

1) упрочнением стружки в результате повышения скорости резания и соответствующего увеличения предела текучести, охрупчивания стружки с образованием микротрещин (атермический процесс);

2) повышением температуры с увеличением скорости резания и соответствующим увеличением пластичности стружки с «зале­ чиванием» микротрещин (термический процесс).

В зависимости от того, какой процесс превалирует, получается тот или иной эффект: стружкодробление улучшается или ухуд­ шается с увеличением скорости резания. Это связано со структурой металлов, с фазовыми изменениями в процессе резания и соответ­ ствующим изменением физико-механических свойств стружки. Существенное значение имеют условия стружкозавивания при определенных параметрах резания.

Стружкозавивание. В результате сложного напряженного со­ стояния зоны резания стружка деформируется неравномерно по ширине b и толщине а. Объемы стружки, прилегающие к свобод­

ружных слоев будут менее сравнительно с внутренними; в этом