книги из ГПНТБ / Вульф А.М. Резание металлов

сти. Но если ввести нейтральную атмосферу в зону резания, например жидкий азот или газообразный водород то возникает сильный нарост. Эффективность смазочно-охлаждающей среды резко снижается при больших скоростях резания (рис. 279).

Заслуживает внимание то, что глубина резания t в условиях тонкого точения практически не влияет на шероховатость при работе с различными подачами s и величина Ra возрастает с уве­ личением s.

103.ШЕРОХОВАТОСТЬ ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ

ВЗАВИСИМОСТИ ОТ СТАНКА И М А Т Е Р И А Л А Р Е З Ц А

Исследованиями установлено, что жесткость станка сущест­ венно влияет на шероховатость обработанной поверхности. По данным ЦНИИТмаш [114], при малых скоростях резания (и = = 25 м/мин) высота микронеровностей уменьшалась на 30% с увели­ чением жесткости токарного станка от 900 до 4500 кгс/мм. С уве­ личением скорости резания эффект уменьшается, и при скорости v = 75 м/мин независимо от статической жесткости станка микронеровности были неизменными и приближались по величине к рас­ четным. Можно предположить, что указанная закономерность изменения чистоты обработанной поверхности связана с вибра­ циями в процессе резания и образованием нароста.

Во всяком случае вибрации являются в основном причиной продольных неровностей, получающихся вследствие изменения площади среза из-за колебательных перемещений изделия и резца. Для уменьшения амплитуды колебаний целесообразно применять пружинные резцы или державки, преимущество которых заклю­ чается в способности демпфировать колебания.

Для обработки деталей, имеющих различные степени неточ­ ности после предыдущего технологического процесса, пружинные резцы должны обладать регулируемой жесткостью.

Состояние самой режущей кромки заметно влияет на качество обработанной поверхности. Гладкая острая режущая кромка, получающаяся при тщательной доводке инструмента, дает в про­ цессе резания более чистую поверхность. Здесь значительную роль играет материал резца. Например, при одинаковых условиях подготовки минералокерамический резец имеет более ровную ре­ жущую кромку по сравнению с твердосплавным Т15К6, причем после затупления лезвие у минералокерамического резца более качественное и обеспечивает более чистую обработанную поверх­ ность, хотя режущая кромка этого резца имеет значительно больший радиус закругления р. Здесь сказывается однородность

материалом (сталью, чугуном), что способствует уменьшению трения,

48!

Однако при обработке некоторых цветных металлов, например алюминиевых сплавов, бронзы и др., обладающих большим хи­ мическим сродством с минералокерамикой, может быть обратная закономерность — твердосплавные резцы обеспечат более чистую поверхность.

Интересно отметить, что шероховатость обработанной по­ верхности различных цветных металлов (латуни, бронзы и др)., не дающих в процессе резания нароста, почти не зависит от скоро­ сти резания.

но и на напряженное состояние обработанной поверхности вслед­ ствие возникновения в зазубринах режущей кромки застоя сильно упрочненных частиц срезанного металла. Возникают остаточные напряжения различных знаков в двух-трех горизонтах поверх­ ностного слоя. Сжимающие напряжения в "первом (наружном) горизонте на глубине около 3 мкм переходят в растягивающие во втором горизонте и опять в сжимающие напряжения в третьем (глубоком). Характер и величина напряжений зависят от условий взаимодействия задней поверхности инструмента или нароста с обработанной поверхностью и площади контакта их при раз­ личных режимах резания. Теплота, возникающая на поверхности

Установлено, что при точении, фрезеровании и шлифовании некоторых жаропрочных сплавов (ЭИ612, ЭИ673, ЭИ434) создается достаточно глубокий наклеп (60—180 мкм) со степенью наклепа 11—52%, а в поверхностном слое появляются растягивающие напряжения при точении и фрезеровании до 44 кгс/мм2 , при шли­ фовании 58 кгс/мм2 и напряжения сжатия до 20 кгс/мм2 при по­ лировании.

Отмечались любопытные явления: зависимость между шероховатостью поверхности (5—10-й класс чистоты) и усталостной прочностью, наблюдаемая у сплавов ЭИ612, ЭИ673 и ЭИ434 при 20° С, не имеет места при 650° С. То же в отношении коррози- онно-усталостной прочности. Следовательно, без ущерба для эксплуатационных качеств некоторых деталей, работающих в ус­ ловиях высоких температур, можно снижать чистоту обработан­ ной поверхности до 6-го класса. Можно предполагать, что в про­ цессе эксплуатации детали при высокой температуре меняется рельеф ее поверхности.

Для улучшения чистоты обработанной поверхности хороши алмазные резцы, имеющие большую износостойкость, твердость и наименьший коэффициент трения. Поэтому применение их особенно выгодно там, где обрабатываются с большой точностью изделия в массовом количестве из материалов, обладающих аб­ разивной способностью (фибра, резина, изоляционные материалы),

482

а также бронза, латунь, алюминий и легкие сплавы. Вследствие

Если требуется особо точная и гладкая поверхность, то приме­ няют двойную обработку: предварительную обточку твердыми сплавами (Т30К4 или ВК4) с глубиной резания t = 0,1 ч- 0,25 мм и последующую отделку алмазным резцом при t — 0,03 ч- 0,05 мм

иподаче s = 0,05—0,03 мм/об. В этом случае легко получить

точность изготовления 0,01 мм и даже большую (---0,005 мм) на специальных станках.

Применяются следующие типы алмазных и эльборовых резцов: 1) с одной прямой режущей кромкой; подобный резец удобен для расточки вкладышей подшипников, так как остающиеся после него на обработанной поверхности риски способствуют удер­

жанию смазки;

2)с круглой режущей кромкой, обеспечивающей весьма глад­ кую обработанную поверхность;

3)с несколькими режущими кромками — наиболее производи­ тельные при наружной обточке, но дающие худшее качество по­ верхности по сравнению с предыдущими резцами.

Вследствие хрупкости алмаза углы резания должны быть до­ статочно велики: их доводят до 90°, а иногда и больше, т. е. пе­ редний угол у отрицательный, а задний угол остатся в пределах до а = 10°. Так, при обработке латуни и мягкой стали рекомен­ дуют угол заострения (5 = 95°, а передний угол у = —15°. Чем тверже обрабатываемый материал, тем больше отрицательный угол. При обработке алюминия у = 0 и ($' = 85°.

Режущие алмазные и эльборовые элементы механически кре­ пятся в оправках или впаиваются. Необходимо отметить поло­ жительное значение припоя как демпфирующего элемента. Алмаз устанавливается таким образом, чтобы плоскости кристаллиза­ ции (они же плоскости раскалывания при обработке) были рас­ положены параллельно передней грани. Расположение указанных плоскостей определяется пробным шлифованием, так как алмаз легче стачивается в направлении, параллельном этим плоскостям.

Натуральный алмаз дороже твердого сплава в сотни раз, но стойкость его при резании цветных металлов выше в тысячи раз. Скорость резания, допускаемая алмазом, очень высока (200— 1000 м/мин); точно указать ее невозможно, так как она зависит от состояния станка, вида обрабатываемых деталей, степени их уравновешенности. Стойкость алмазных резцов измеряется не часами работы до переточки, а сотнями часов (200—1200) и часто выражается тысячами километров пройденного пути. Так, при расточке втулок из фосфористой бронзы 05 0 мм, длиной каж­ дая 60 мм, удалось обработать до переточки резца 70 000 втулок.

Обычно алмазными резцами работают при малых глубинах резания (t = 0,1 ч- 0,25 мм) и весьма незначительных подачах (s = 0,03 ч- 0,08 мм/об).

483

Небольшое затупление режущей кромки алмаза в процессе резания (0,006—0,01 мм) обеспечивает ровную блестящую поверх­ ность, которую не дает даже тонкое шлифование.

Алмазные резцы работают хорошо и без охлаждения. Оно необходимо лишь для удаления стружки, для чего применяется иногда сжатый воздух.

Заточка алмазов ввиду их большой твердости — весьма за­ труднительная и дорогая операция; необходимо прибегать к ней возможно реже, а потому требуется особо бережное отношение к алмазному резцу. На стойкость алмазного резца существенно влияет угол доводки тр, определяемый как угол между направле­

суглом заострения не менее 85°; шероховатость поверхности

фасок — 13—14-й класс чистоты, остальные поверхности — 8—9-й класс.

Сказанное об алмазных резцах относится и к эльборовым резцам для тонкого точения и растачивания. Эльборовыми резцами в отличие от алмазных можно обрабатывать успешно и закален­ ные стали и сплавы.

104. СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩИЕ СРЕДСТВА

Для повышения стойкости режущего инструмента при износе его в условиях высокой температуры резания рекомендуются жидкости с сильными охлаждающими свойствами — водные рас­ творы противокоррозионных веществ (соды, буры, тринатрийфосфата, нитрита натрия). Эффективность водных растворов мо­ жет быть усилена поверхностно-активными присадками (мыла, ализаринового масла, триэтанола амина).

При абразивном износе (тонком точении, зубонарезании, про­ тягивании и ,т. п.), а также для уменьшения силы резания и мощности применяются масляные жидкости—сульфофрезол, вы­ сококонцентрированные эмульсии (15—20-процентные). Улучше­ ние смазывающих свойств эмульсий достигается добавками по­ верхностно-активных веществ (олеиновой кислоты, сульфофрезола, масел и жиров).

В условиях высоких давлений при резании нержавеющих и жа­ ропрочных сталей и сплавов хорошими смазывающими и антиад­ гезионными свойствами обладают охлаждающие жидкости с при­

нерал ьно-лярдовое масло малой вязкости. Можно применять осерненные эмульсии с содержанием серы не выше 1 %.

Положительное влияние серных и хлорных присадок объяс­ няется тем, что в процессе резания под влиянием высоких тем-

484

3.А л е х и н В. П. и др. К вопросу об аномальности механических свойств поверхностных слоев кристаллов. «Наука», 1971.

4.А н о с о в Г. В. Определение режима резания максимально возможной запланированной прибыли, максимальной производительности общественного

ния. Лонитомаш, кн. 27 «Прогрессивная технология машиностроения». Л., Машгиз, 1951, с. 201—231.

6.А х м а т о в А. С. Молекулярная физика граничного трения. М., Физматиздат, 1963, 471 с.

7.Б а к у л ь В. Н. Производство синтетических алмазов за рубежом. —

В кн.: Высокопроизводительное шлифование. М., АН СССР, 1960, с. 105—111.

с.34—39.

19. Г о р д о н М. Б., Б е к к е р М. С , Н и к и ф о р о в А. В . и др. Трение и смазка при резании металлов. Чебоксары, Чувашский гос. ун-т, 1972, 165 с.

20.Г о р ю н о в В. М. Исследование трения при нестационарном высоко­ скоростном режиме. — В кн.: Новое в теории трения. М.,«Наука», 1966,с. 91—97.

21.Г у б к и н С. И. Деформируемость цветных металлов (Закон дополни­ тельных напряжений) М., АН СССР, 1952, с. 54—65,

488

22.Г у р е в и ч Л. Л., Г о р о х о в М. В. Обработка резанием труднообра­ батываемых сталей и сплавов. Сб. 1. М., МДНТП 1964, с. 125—144.

23.Д а н и е л я н А. М. Теплота и износ. М., Машгиз, 1954, 276 с.

24. Д а н и е л я н А. М., Б о б р и к П. И., Г у р е в и ч Я. Л. и др. Обработка резанием жаропрочных сталей и сплавов. М., «Машиностроение», 1965, 307 с.

25. Д е м к и н Н. Б. Контакт шероховатых поверхностей. — В кн.: Новое

втеории трения. М., «Наука», 1961, с. 5—18.

26.Д е р я г и н Б. В. Что такое трение. М., АН СССР, 1952, 244 с.

27.Д у н и н - Б а р к о в с к и й И. В. Основные направления исследова­

ний качества поверхности в машиностроении. — «Вестник машиностроения»,

30.Е п и ф а н о в Г. И. Сухое трение. Рига, АН ЛатвССР, 1961, с. 29—40.

31.Ж а р к о в И. П., 3 ы к и н А. С , С т е б и х*о в В. И. Фрезерование жаропрочных и титановых сплавов. — «Труды Всесоюзной межвузовской кон­ ференции». Куйбышев, 1962, с. 129—144.

33.З в о р ы к и н К- А. Работа и усилие, необходимые для отделения метал­ лических стружек. В кн.: Вестник промышленности, 1893. В кн: Русские ученые — основоположники науки о резании металлов. Под ред. К- П. Панченко. М., Маш­ гиз, 1952, с. 231—395.

34.З е л ь д о в и ч Я- Б., Р а й з е р Ю. П. Физика ударных волн и высо­ котемпературных гидродинамических явлений. М., «Наука», 1966, 686 с.

35.3 о р е в Н. Н. Исследование элементов механики процесса резания. М., Машгиз, 1956, 365 с.

36.3 о р е в Н. Н., К л а у ч Д. Н., Б а т ы р е в В. А. и др. О процессе

износа твердосплавного инструмента. — «Вестник машиностроения», 1971, № 91,

с.70—71:

37.И п п о л и т о в Г. М. Абразивные инструменты. — «Станки и инстру­ мент», 1967, № 11, с. 24—28.

38.К а з а к о в В. Ф. Шлифование при повышенных скоростях резания. Киев. «Техника», 1971, 172 с.

резания при одноинструментной и многоинструментной обработке на металлоре­ жущих станках. Волго-Вятское изд-во, 1964, 66 с.

грессивные схемы ротационного резания металлов. Минск, «Наука и техника»,

ционной структуры при трении, покое и движении. — В кн.: Физико-химическая механика материалов. № 1, 1965, с. 16—21.

46. К о с т е ц к и й Б. И. Трение, смазка и износ в машиностроении. М., «Машиностроение», 1970, 396 с.

47. К р а г е л ь с к и й И. В. Трение и износ. М., «Машиностроение», 1968, 480 с.

489

48.К у з н е ц о в В. Д. Физика твердого тела. Томск, изд-во «Красное Знамя», 1944, 742 с.

49.К у к л и и Н. Г., С а г а л о в В. И., С е р е б р о в с к и й В. Б. и др. Повышение прочности и износостойкости твердосплавного инструмента. М., «Машиностроение», 1968, 139 с.

50. К у р о ч к и н Н. Г., Л и х т м а н В. М. О влиянии поверхностноактивных веществ на процессы ультразвуковой обработки металлов. — «Доклады АН СССР», 1965, т. 162, № 3.

51.К у с т о в А. А. Влияние теплового баланса в зоне резания на чистоту обработанной поверхности. «Изв. вузов — Приборостроение», 1961, № 1, с. 121 — 124.

52.К у д а с о в Г. Ф. Абразивные материалы и инструменты. Л., «Машино­ строение», 1967, 156 с.

53. К у ф а р е в Г. Л., О к е н о в К- Б . , Г о в о р у х и н В. А. Стружкообразование и качество обработанной поверхности при несвободном резании. Фрунзе, изд-во «Местеп», 1970, 170 с.

56.Л е в а к о в А. А. Наклеп и рекристаллизация в процессе резания. Доклады с.-х. ин-та, 1963, вып. 91.

57.Л е в и ц к и й М. Н. О температуре поверхности трения твердых тел. ЖТФ, 1949, вып. 9, с. 1010—1014.

58. Л о л а д з е Т. Н. Износ режущего инструмента. М., Машгиз, 1958,

353с.

59.М а к а р о в А. Д . Износ и стойкость режущих инструментов. М., «Машиностроение», 1966, 264 с.

60. М а р г у л е с А. У. Чистовое точение сталей керамико-металлическими резцами. Кемерово, кн. изд-во, 1972, 131 с.

61.М а р г у л и с Д . К- Протяжки переменного резания. М., Свердловск, Машгиз, 1962, 269 с.

62.М а р ч е н к о Д. Г. Некоторые исследования быстрорежущей стали. — «Абразивы и алмазы». М., 1967, вып. 5, с. 29—35.

65. М е л а м е д В. П., К о т о м и н М. Н., С у х и н Л. Т. Измерение сил резания при шлифовании с помощью датчиков сопротивления. — «Абразивы», 1965, № 35.

66.М и т р е в и ч К- С. Эффективность шлифования жаропрочных сплавов абразивными лентами. — Основные вопросы высокопроизводительного шлифо­ вания АН СССР. М., Машгиз, 1960, 196 с.

67.М о г и л е в с к и й М. А. Исследование особенности деформирования при ударном нагружении. — «Физика металлов и металловедение», т. 28, вып. 3, 1969, с. 508—518.

68.О д и н г И. А. Допускаемые напряжения в машиностроении и цикли­ ческая прочность металлов. М., Машгиз, 1962, 260 с.

69.О с т р о в с к и й В. И. Взаимосвязь температурных полей и физиче­ ского состояния обрабатываемых деталей при плоском шлифовании титанового сплава ВТЗ-1. —«Абразивы», вып. 6, 1968, с. 32—34.

70.П а в л о в И. М. Трение при пластической деформации. — «Изв. АН

СССР — Металлы», 1967, № 4, с. 3—13.

71.П о л о с а т к и н Г. Д. Динамический предел текучести. — «Изв. АН

СССР — Металлы», 1964, № 5.

. 72. П о п о в В. С , В а с и л е н к о Г. И. Микроразрушение металла при абразивном изнашивании. — «Металловедение и термическая обработка», 1968, № 7, с. 28—31.

490

73. П о п о в С. А. Исследование рабочей поверхности шлифовального круга. Тезисы докладов на I I I семинаре по вопросам шлифования. АН СССР, 1960.

74. П о с т н и к о в С. Н. Электрические явления при трении и резании металлов.—«Труды Горьковского политехнического ин-та». Горький, 1966,

т.X X I I , вып. 1, с. 117—122.

75.Р е д ь к о в С. Г. Процессы теплообразования при шлифовании. Изд-во Саратовского ун-та, 1962, 231 с.

76.Р е з н и к о в А. Н., П о д з е й А. В. Тепловые явления при резании

металлов. Развитие науки о резании металлов. М., «Машиностроение», 1967,

с.114—156.

77.Р о з е н б е р г А. М., Е р е м и н А. Н. Элементы процесса резания металлов. М. —Свердловск, Машгиз, 1956, 319 с.

с.69—72.

79.С е м к о М. Ф. Физические основы резания инструментов из новых син­ тетических поликристаллических алмазов и области их эффективного примене­ ния. — «Резание и инструменты», вып. 4, 1971. Харьков, Гос. ун-т, с. 3—20.

80. С о к о л о в с к и й А. П. Жесткость в технологии машиностроения.

М.—Л., Машгиз, 1946, 207 с.

81.С т о р ч а к Г. А., Д а н и л о в а Ф. Б., А н д р и е ш е н В. П. Алмаз­ ные суперфинишные бруски для обработки твердосплавных прокатных валков. — «Абразивы и алмазы», М., 1967, вып. 4, с. 31—34.

82. Т а т а р е н к о В. В., М е л ь н и к о в Ю. А. Измерение температуры

впроцессе шлифования. —«Абразивы». М., 1968, вып. 6, с. 28—32.

83.Т и м е И. А. Мемуары о строгании металлов. — «Изв. Спб. техн. ин-та», 1877, 16 с.

ред. К- П. Панченко. М., Машгиз, 1952, с. 339—386.

86.Ф и л ь к и н В. П., К о л т у н о в И. Б. Прогрессивные методы бесцен­ трового шлифования. М., «Машиностроение», 197.1, 207 с.

87.Ф и н к е л ь В. М. Экспериментальные исследования образования и роста трещин. В кн.: — Металлофизика, вып. 35. Киев, АН УССР, 1971,с. 81—97.

88.Ф и н к е л ь В. М., К у т к и н И. А. Исследование распространения трещин в стали. — «Физика металлов и металловедение», 1961, с. 732—739.

89.Ф е л ь д ш т е й н Э. И. Обрабатываемость стали. М., Машгиз, 1953,

265 с.

90. Ф р е й д б е р г В. 3. Шлифование абразивными лентами. В кн.: — Резание металлов, станки и инструменты. М., ВИНИТИ, 1971, с. 5—65.

91.Ч е р н я в с к и й В. Мера эффективности. — «Коммунист». М., изд-во «Правда», 1972, № 9, с. 52—64.

92.Ш а б а ш о в С. П., К у к л и н Л. К- Эффективность новых методов охлаждения при резании металлов. — В кн.: Вопросы технологии машинострое­

ния, № 120. Москва — Свердловск, Машгиз, 1961.

93.Ш а в а р и н М. И. Новые отрезные абразивные круги. — «Абразивы» М., НИИМ, 1968, № 6, с. 1—2.

94.Ш т е й н б е р г С. В. Применение процесса резания для повышения усталостной прочности деталей машин. — В кн.: Качество поверхностей деталей машин. АН СССР, 1959, с. 55—78.

95.Ш т е й н б е р г И. С. Устранение вибраций при резании металлов. М., Машгиз, 1947, 65 с.

96.Щ е д р о в В. С. Температура на скользящем контакте. — В кн.: Тре­ ние и износ в машинах, вып. X . М., изд-во АН СССР, 1955, с. 155—296.

97.Я Щ е р и ц ы н П. И. Влияние структуры рабочего цикла внутришлифовальных станков на качество обработанной поверхности. —«Станки и инструмент»,

491