Введение

Трудами отечественных ученых создана передовая школа резания металлов, которая получила мировое признание. Глубокое изучение физических явлений, происходящих при резании, и использование открытых закономерностей для практических целей характеризует отечественные достижения в области металлообработки.

Первый учебник по «Резанию металлов» был подготовлен И.М. Беспрозванным (МВТУ им. Н.Э.Баумана) и опубликован в 1933 г. В дальнейшем были изданы учебники и учебные пособия, написанные профессорами Н.И. Резниковым, А.Ф. Вульфом, В.Ф. Бобровым, В.А. Аршиновым, Г.И. Грановским, Н.Н. Зоревым, М.И.Клушиным, В.Н. Подураевым, П.И. Ящерицыным, С.Н. Филоненко, В.А. Гречишниковым и др.

Основоположниками науки о резании металлов являются отечественные ученые И.А. Тиме, К.Д. Зворыкин, Я.Г. Усачев и Д.Н. Челюсткин, научные труды которых сохраняют свою теоретическую значимость и в настоящее время.

В связи с дальнейшим развитием машиностроения, связанным с автоматизацией технологических процессов и разработкой условий эффективного резания новых материалов, изучение вопросов резания сохраняет свою актуальность.

Обработка резанием является основным технологическим методом изготовления точных деталей машин и механизмов.

Процесс резания заключается в срезании с заготовки части материала для получения из нее детали требуемой формы и размеров с соответствующими показателями качества обработанной поверхности. Резание осуществляется на металлорежущих станках различными инструментами.

Обработка резанием представляет собой последовательное превращение заготовки в готовую деталь изменением геометрической формы, размеров и физико-механических свойств поверхностного слоя путем деформирования и удаления слоя метала клинообразным твердым телом – инструментом.

Универсальность и гибкость обработки резанием обеспечивают ее преимущество перед другими методами формообразования, особенно при высоких требованиях к шероховатости обработанной поверхности и физико-механическим характеристикам поверхностного слоя.

Процесс резания материалов сопровождается деформациями сжатия, растяжения, сдвига в зоне резания, а контактные процессы трения на передней и задних поверхностях режущего клина инструмента приводят к интенсивному тепловыделению. Стружкообразование, изнашивание режущего инструмента и создание поверхностного слоя на заготовке происходят одновременно и тесно взаимосвязаны, образуя систему резания.

На эту систему существенное влияние оказывают обрабатываемый материал, форма и размеры заготовки, величина припуска, материал режущей части инструмента, вид инструмента и его геометрия, жесткость технологической системы, свойства смазочно-охлаждающих технологических средств, режимы резания и другие факторы.

Взаимодействие этих факторов в существенной мере определяет эксплуатационные показатели процесса резания. Основными из них являются стойкость, скорость изнашивания и допустимый износ режущих элементов инструмента, шероховатость обработанной поверхности, ее наклеп и напряженное состояние, точность обработки, мощность, затрачиваемая на резание, и виброустойчивость технологической системы, а также стружколомание, стружкозавивание и другие показатели эффективности процесса резания.

В машиностроении все большее применение находят труднообрабатываемые конструкционные материалы, к которым относятся высокопрочные, жаростойкие и жаропрочные стали и сплавы, композиционные и керамические материалы, стеклопластики, ферриты, ситаллы и другие. В последние годы интенсивно развивается упрочняющая технология плазменного, газоплазменного, диффузионного, лазерного и других методов нанесения на поверхность деталей износостойких и сверхтвердых покрытий, многократно повышающих ресурс их работы. При этом возникает проблема обработки упрочненных поверхностей резанием.

Для решения этих задач необходимы исследования в области резания для изучения физической природы явлений, происходящих при трансформации припуска в стружку, а также физической природы трения и изнашивания инструмента.

Повышение научного уровня исследований процесса резания тесно связано с достижениями теории пластичности, теории упругости, теории теплопередачи, математики, химии, физики твердого тела и другими смежными областями знаний.

В дисциплине «Резание материалов» рассматриваются следующие основные положения, необходимые для достижения высокой производительности и экономичности процесса резания:

– инструментальные материалы для изготовления режущей части;

– геометрические элементы режущего клина;

– геометрические элементы срезаемого слоя;

– физические основы процесса резания (стружкообразования);

– тепловые и контактные процессы при резании;

– износ инструментов, их стойкость и скорость, допускаемая режущими свойствами инструментального материала;

– назначение режимов резания.

Изучение этих положений необходимо также для научно обоснованного расчета и конструирования инструментов, технологического оснащения и эксплуатации станочного оборудования.

Современные исследования позволяют на основе закономерностей обрабатываемости материалов совершенствовать существующие и разрабатывать новые методы обработки резанием, а также рациональные конструкции режущих инструментов и станков. Новые задачи возникают в связи с широким внедрением в производство автоматических линий и гибких автоматизированных комплексов на базе (многоцелевых) станков с ЧПУ. Необходимо математическое описание и моделирование влияния условий резания на основные характеристики процесса резания.

В отличие от ранее опубликованных учебников и учебных пособий большое внимание уделено изучению физической сущности процесса резания, технологическим методам повышения обрабатываемости материалов, особенностям формирования физико-механических свойств поверхностного слоя при финишных методах обработки.

Учебник разработан в соответствии с требованиями Государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования по направлениям подготовки 150900 – Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств и 151900 – Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств (квалификация (степень) «бакалавр», «магистр».

В новых образовательных стандартах большая роль отводится самостоятельной работе студентов. Поэтому изложение материала построено таким образом, чтобы легко было перейти при изучении дисциплины к работе с научно-технической литературой. В конце каждой главы приводятся основные понятия, термины и вопросы для самоконтроля.