Технология конструкционных материалов

Если главное движение резания является вращательным, то ско­ рость резания определяют по формуле

г _ гсДаг»

1000 ’

где Омг— наибольший диаметр заготовки (точение) или инструмента (шлифование, фрезерование, сверление), мм; п — частота вращения заготовки или инструмента, мин-1.

Если главное движение является возвратно-поступательным, на­ пример при строгании, то скорость резания определяют по формуле

Ln , , . .

v = ----- (к +1),

1000

где L — длина рабочего хода резца или заготовки, мм; и — число двой­ ных ходов резца или заготовки, мин"1; к — коэффициент, характери­ зующий отношение скоростей рабочего (vp) и вспомогательного (vB) ходов (к = Vp/VB).

Подача S — это путь перемещения режущей кромки инструмента относительно заготовки в направлении движения подачи за один оборот или за один двойной ход заготовки (инструмента). При раз­ ных технологических методах обработки подача имеет следующую размерность: мм/об (подача на оборот Sa) — при точении и сверле­ нии; мм/ход (подача на ход SJ; мм/дв.х (подача на двойной ход S^) — при строгании, долблении; мм/зуб (подача на зуб Sz); мм/мин (ми­ нутная подача S J — при фрезеровании.

Движение подачи D может быть продольным, направленным вдоль оси обрабатываемой заготовки (DSnp); поперечным — поперек этой оси (DSn); наклонным — под углом к оси (DSH); круговым — по окруж­ ности обрабатываемой заготовки (DЛр) и др.1

Глубинарезания t — это расстояние между обрабатываемой и обра­ ботанной поверхностями заготовки в мм, измеренное перпендику­ лярно к последней. При точении глубина определяется как полуразность диаметров

, . ! U .

где D — диаметр обрабатываемой поверхности; d — диаметр обрабо­ танной поверхности.

1 Далее по тексту и непосредственно на рисунках эти условные обозначения

многократно употребляются и повторно не расшифровываются.

Глава 22. Классификация движений в станках и методов формообразования 451

Если деталь имеет большой припуск на обработку, который невоз­ можно удалить за один проход, то егоделят на несколько частей. Глуби­ на резания в этом случае может быть различной для каждого прохода резца. Глубина резания всегда измеряется перпендикулярно к направ­ лению подачи.

Ширина срезаемого слоя Ь— это длина стороны сечения срезаемого слоя, образованной поверхностью резания.

Толщина срезаемого слоя а — это длина нормали к поверхности рет зания, проведенной через рассматриваемую точку режущей кромки, ограниченная сечением срезаемого слоя.

Параметры S и t называются технологическими (производствен­ ными), параметры b и а — физическими, так как они непосредственно влияют на физические показатели процесса резания (температуру, силу резания и т. д.). Толщина и подача, ширина срезаемого слоя и глубина резания связаны следующими зависимостями:

a - S sincp; b = —— , sin<p

где ф — главный угол в плане.

К элементам процесса резания относят также основное время ta, являющееся одной из составляющих штучного времени tmT. Штучное время, затрачиваемое на изготовление одной детали, состоит из ос­ новного (машинного) taи вспомогательного tBвремени, а также из вре­ мени, необходимого на организационное и техническое обслужива­ ниерабочего места и на отдыхрабочего tm, т. е.

*шт = ' о + ' в " Ч б + / о г

Основным называют время, затрачиваемое непосредственно на про­ цесс резания металла. Машинное время при точении можно найти по следующей формуле:

где / — число рабочих ходов резца, необходимое для снятия припуска, оставленного на обработку; /0 — размер поверхности детали, по кото­ рой осуществляется перемещение инструмента в направлении пода­ чи, мм; /, — величина врезания инструмента, мм; /2 — выход (перебег) инструмента, мм; /3 = 3...10 мм — дополнительная длина на взятие пробных стружек; vs = S 0n = S Zzn, где Sz — подача одного режущего

лезвия на 1 зуб, мм/зуб; z — количество режущих зубьев инструмента; п — частота вращения, мин-1 (число двойных ходов в минуту в зави­ симости от кинематики главного движения на станке).

Зная tUTT>можно определить производительность станка — число деталей, изготовляемых в единицу времени. Часовая производитель­ ность станки определяется по формуле

Отсюда видно, что производительность станка можно увеличить за счет уменьшения основного и вспомогательного времени, а также времени на обслуживание рабочего места. Основное время можно со­ кратить, воспользовавшись наивыгоднейшими режимами резания и прогрессивными методами обработки. Автоматизация и механизация работ, обучение рабочих передовым методам труда также увеличива­ ют производительность оборудования.

22.3. Части, элементыиуглытокарного проходногорезца

Токарный резец является одним из наиболее простых и распростра­ ненных режущих инструментов, поэтому геометрические параметры инструмента рассмотрим на его примере.

Как и режущие инструменты всех других видов, резец состоит из двух частей: рабочей (лезвия) А и крепежной В (рис. 22.4). Крепежная часть служит для закрепления резца и имеет в поперечном сечении квадратную или прямоугольную форму.

Рис.22.4. Элементы токарного прямого проходного резца: А — рабочая часть; В — крепеж ная часть

Глава 22. Классификация движений в станках и методов формообразования 453

Рабочая часть осуществляет резание и состоит из следующих эле­ ментов.

Передняя поверхность Ау— поверхность лезвия, контактирующая в процессе резания со срезаемым слоем и стружкой. Задняя поверх­ ность — поверхность лезвия, контактирующая в процессе резания с поверхностями заготовки. Различают главную и вспомогательную задние поверхности. Главная задняя поверхностьАапримыкает к глав­ ной режущей кромке. Вспомогательнаязадняя поверхность А'х примы­ кает к вспомогательной режущей кромке.

Режущаякромка — кромка лезвия инструмента, образуемая пересе­ чением его передней и задней поверхностей. Часть режущей кромки, формирующую большую сторону сечения срезаемого слоя, называют главной режущей кромкой К, меньшую сторону сечения срезаемого слоя — вспомогательнойрежущей кромкой К.

Вершина лезвия — участок режущей кромки в месте пересечения двух задних поверхностей. У проходного токарного резца вершиной является участоклезвия в месте пересечения главной и вспомогатель­ ной режущих кромок. Вершина может быть острой, закругленной или в виде прямой линии.

Форма лезвия резца определяется конфигурацией и расположе­ нием его поверхностей и режущих кромок. Взаимное расположение передней и задних поверхностей и режущих кромок в пространстве определяет углы резца. Углы рассматриваются как на неподвижном инструменте (статическая система координат), так и в процессе ре­ зания с учетом траектории движения точек режущих лезвий (кине­ матическая система координат). Для изготовления и контроля инст­ румента используется инструментальная система координат.

Рассмотрим углы резца в статике, т. е. в статической системе коор­ динат. Для определения углов резца вводятся следующие координат­ ные плоскости (рис. 22.5).

Основная плоскость Pv — координатная плоскость, проведенная через рассматриваемую точку режущей кромки перпендикулярно на­ правлению скорости главного или результирующего движения реза­ ния в этой точке. Плоскость резания Рп — координатная плоскость, касательная к поверхности резания и проходящая через главную ре­ жущую кромку резца. Главная секущая плоскость РТ— координатная плоскость, перпендикулярная линии пересечения основной плоско­ сти и плоскости резания. Рабочая плоскость Р — плоскость, в которой расположены направления скоростей движения резания и движения подачи.

Раздел VI. Обработка резанием

Рис. 22.5. Координатные плоскости для определения углов резца

Глава 22. Классификация движений в станках и методов формообразования 455

Исходя из условий, что ось резца перпендикулярна линии центров станка, а вершина резца находится на этой линии, у токарного резца различают главные и вспомогательные углы (рис. 22.6).

Переднийуголу измеряют в главной секущей плоскости Pzмеждупе­ редней поверхностьюАуи основной плоскостью Р„. Он оказывает боль­ шое влияние на процесс резания. С увеличениемууменьшается работа, затрачиваемая на процесс резания, улучшаются условия схода стружки и повышается качество обработанной поверхности. Но увеличение пе­ реднегоугла приводит к снижению прочности резца и ускоренному его изнашиванию вследствие выкрашивания режущей кромки и уменьше­ ния теплоотвода. Различают углы положительные (+у), отрицательные (-у) и равные нулю. При обработке твердых и хрупких материалов при­ меняют небольшие передние углы, мягких и вязких материалов — углы увеличивают. При обработке закаленных сталей твердосплавным инст­ рументом или при прерывистом резании для уйеличения прочности лезвия назначают отрицательные углы у. В зависимости от механиче­ ских свойств обрабатываемого материала, материала инструмента и режимов резания углы у назначают от -10° до +20°.

Задний угол а измеряют в главной секущей плоскости Рх между задней поверхностью Ааи плоскостью резания Рп. Угол а предназна­ чен для уменьшения трения между главной задней поверхностью и поверхностью резания. Большую роль при назначении этого угла иг­ рают упругие свойства обрабатываемого материала. Увеличение уг­ ла а ведет к уменьшению прочности резца. При обработке вязких ма­ териалов назначают большие углы а, а при обработке твердых и хруп­ ких материалов или при большом сечении срезаемого слоя назначают меньшие углы а. Угол а может находиться в пределах 6... 12°.

Главныйугол в плане ф — угол между плоскостью резания Рпи рабо­ чей плоскостью Р5. Он оказывает значительное влияние на шерохова­ тость обработанной поверхности и продолжительность работы резца до затупления. С уменьшением угла ср возрастают деформация заго­ товки и отжим резца, появляются вибрации, ухудшается качество об­ работанной поверхности. Чаще всего угол фдля токарных проходных резцов берется равным 45°, но в зависимости от конкретных условий, (прежде всего от жесткости детали) он может уменьшаться до 30° или увеличиваться до 90° (при обработке длинных и тонких валов).

Вспомогательный угол в плане ф, — угол между проекцией вспомо­ гательной режущей кромки на основную плоскость и рабочей плос­

456 Раздел VI. Обработка резанием

костью Ps. Угол ф, служит для уменьшения трения вспомогательной задней поверхности об обработанную поверхность. С уменьшением угла ф, уменьшается шероховатость обработанной поверхности, увели­ чивается прочность вершины резца, снижается изнашивание резца. Для проходныхрезцов, обрабатывающихжесткие заготовки, ф, = 5...100, а при обработке заготовок малой жесткости ф, = 30...45°.

Угол заострения (3 измеряют в главной секущей плоскости Pv это угол между передней и задней поверхностями резца. Между углами а, Р и у существует зависимость а +Р+у = 90°. При (а +Р) < 90° угол у считают положительным, при (а +Р) > 90° — отрицательным.

Угол при вершине е измеряют в основной плоскости Pvмежду про­ екциями главной и вспомогательной режущих кромок на основную плоскость PY.

Угол наклона главнойрежущей кромки X измеряют в плоскости ре­ зания Р„, это угол междурежущей кромкой и основной плоскостью Ру.

Угол X может быть отрицательным (вершина является высшей точкой лезвия), равным нулю (режущее лезвие параллельно основной плоскости) и положительным (вершина является низшей точкой ре­ жущего лезвия). Он определяет направление схода стружки. Если X = 0, стружка сходит в направлении главной секущей плоскости пер­ пендикулярно главной режущей кромке. При X < 0 стружка сходит к обрабатываемой поверхности. При X > 0 стружка сходит к обрабо­ танной поверхности. При чистовой обработке принимать угол X по­ ложительным не рекомендуется, так как стружка может наматываться на заготовку и царапать обработанную поверхность. Поэтому при чистовой обработке угол X назначают отрицательным (до -5°). При черновой обработке, когда нагрузка на резец большая и качество об­ работанной поверхности не имеет большого значения, угол X поло­ жителен (до +5°).

Значения угловуи а изменяются в процессе резания при установке вершины лезвия выше или ниже оси вращения заготовки (линии цен­ тров), а значения углов в плане ф и ф, — в зависимости от расположе­ ния оси резца относительно оси заготовки. При наружном обтачива­ нии установка вершины лезвия выше оси вращения заготовки ведет к увеличению переднего угла у и уменьшению заднего угла а, а при установке вершины лезвия ниже центров, наоборот, угол у уменьша­ ется, а угол а возрастает (рис. 22.7, а...в).

На рис. 22.7, г показано изменение углов в плане ф и ф, в зависи­ мости от положения оси резца относительно линии центров станка.

Глава 22. Классификация движений в станках и методов формообразования 457

т=*Ю°

х э

Гф|

Нп q j

Рис. 22.7. И зменение углов резца при установке его на станке

При отклонении оси резца от перпендикуляра к линии центров углы в плане будутотличаться от расчетных. Таким образом, установка рез­ ца на станке должна соответствоватьрасчетным значениям его углов.

22.4. Физические основырезания

Резание — это сложный физический процесс, который характеризуется возникновением упругих и пластических деформаций обрабатываемо­ го материала и стружки, трением, тепловыделением, наростообразованием, наклепом обработанной поверхности и изнашиванием инстру­ мента.

22.4.1. Механизм образования стружки

Первые научные исследования резания были проведены профессо­ ром И.А. Тиме. На опытах по строганию свинца, стали и других мате­ риалов с малыми скоростями резания он предложил схему стружкообразования.

В начальный момент, когда движущийся резец под действием силы соприкасается с материалом, в нем возникают упругие деформации. При дальнейшем перемещении резец своей кромкой вдавливается в материал и пластически деформирует его. Пластические деформа­ ции нарастают и наступает момент, когда материал, находящийся пе­ ред передней поверхностью резца, вспучивается (рис. 22.8). Когда пластическиедеформации становятся максимальными и напряжения больше силы сцепления частиц металла, происходит отрыв или ска­ лывание элемента стружки 1 от основного материала. Далее процесс деформирования повторяется, образуются новые элементы стружки

(2, Зит. д.).

Рис. 22.8. Схема процесса образования стружки

Объем металла, подвергающийся пластическомудеформированию, ограничен с одной стороны передней поверхностью резца, с другой плоскостью О—О, по которой скалываются элементы стружки. И.А. Ти­ ме назвал плоскость 0 —0 плоскостью скалывания (плоскостьюсдвига).

Плоскость сдвига располагается под углом Р к направлению движе­ ния инструмента. Угол 3 называют углом сдвига. Позднее Я.Г. Усачев установил, что наибольшие деформации зерен происходят в направ­ лении, определяемом углом 0 относительно плоскости сдвига 0 —0. Срезаемый слой подвергается дополнительному деформированию вследствие трения стружки о переднюю поверхность инструмента.

Структура металла зоны стружкообразования и стружки резко от­ личается от структуры основного металла. В зоне стружкообразования расположены деформированные и разрушенные кристаллы, сильно

Глава 22. Классификация движений в станках и методов формообразования 459

измельченные и вытянутые в цепочки в направлении, совпадающем

снаправлением плоскости 0 , - 0 , которая составляет с плоскостью сдвига угол 0.

Характердеформирования зависит от физико-механических свойств обрабатываемого материала, геометрических параметров инструмен­ та и режимов резания. Для сталей средней твердости положение плос­ кости сдвига практически постоянно (Р = 30°). Угол 0 близок к нулю при обработке хрупких материалов, а при обработке пластичных ма­ териалов доходит до 30°.

По классификации И.А. Тиме стружка может быть следующих ви­ дов: сливная, скалывания, элементная и надлома.

Сливная стружка (рис. 22.9, а) представляет собой сплошную ленту

сгладкой блестящей наружной (прирезцовой) стороной. Внутренняя сторона стружки матовая, со слабо выраженными пилообразными за­ зубринами. Она образуется при обработке пластичныхматериалов (ма­ лоуглеродистая сталь, медь, алюминий) с большими скоростями реза­

ния и малой толщиной срезаемого слоя.

Рис. 22.9. Виды стружки:

а — сливная: б — скалывания; в — элементная; г — надлома

Стружка скалывания (рис. 22.9, б) с наружной стороны гладкая, а на внутренней имеет ярко выраженные зазубрины. Она образуется при обработке материалов средней твердости при малых скоростях резания с большой толщиной срезаемого слоя.

Элементная стружка (рис. 22.9, в) состоит из отдельных отчетливо различимых, слабо связанных частичек. Она образуется при обработ­