ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Московский государственный технологический университет ″СТАНКИН″» (МГТУ)
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Пензенский государственный университет» (ПГУ)
Резание материалов
Учебник
Пенза
Издательство ПГУ
2010
УДК 621.91.01(07)
ББК 34.63
Р34
Р е ц е н з е н т ы:
доктор технических наук, профессор, президент НПО «ГАКС-Армсервис» С. В. Сейнов;
доктор технических наук, профессор кафедры «Технология машиностроения» МГТУ «Станкин», лауреат Ленинской премии В. А. Тимирязев
А в т о р ы:
Григорьев С. Н. (гл. 1–3), Схиртладзе А. Г. (гл. 4, 18, 19), Скрябин В. А. (гл. 5, 6, 17, 19), Зверовщиков В. З. (гл. 10–12, 17), Артемов И. И. (гл. 7–9), Машков А. Н. (гл. 13, 14), Воячек И. И. (гл. 15, 16)
Резание материалов : учеб. / С. Н. Григорьев [и др.]. –Р34 Пенза : Изд-во ПГУ, 2010. – 628 с.
ISBN
Изложены основные вопросы процесса резания материалов: закономерности превращения срезаемого слоя в стружку, формирования поверхностного слоя детали, изнашивания режущих инструментов; рассмотрены геометрические параметры инструментов в статике и движении, форма и размеры срезаемого слоя, силовые и стойкостные зависимости, определение рациональных режимов резания и условий эксплуатации инструментов для различных методов обработки материалов резанием.
Учебник подготовлен на кафедре «Технология машиностроения» и предназначен для студентов машиностроительных специальностей вузов и будет полезным для специалистов промышленных предприятий.
УДК 621.91.01(07)
ББК 34.63
ISBN © ГОУ ВПО «Пензенский государственный университет», 2010
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение 8
Г л а в а 1. Краткий исторический очерк развития науки о резании материалов 11
Г л а в а 2. Инструментальные материалы 17
2.1. Требования к инструментальным материалам 17
2.2. Виды инструментальных материалов и области их применения 19
2.3. Зарубежные марки быстрорежущих сталей 32
2.4. Классификация металлокерамических твердых сплавов по ISO 43
Ключевые слова и понятия 45
Контрольные вопросы 46
Г л а в а 3. Геометрические параметры режущей части инструмента 47
3.1. Кинематическая схема резания 47
3.2. Части и поверхности резца 49
3.3. Координатные плоскости 51
3.4. Геометрические параметры резца 53
Ключевые слова и понятия 70
Контрольные вопросы 70
Г л а в а 4. Элементы резания и срезаемого слоя 71
4.1. Элементы резания 71
4.2. Геометрия срезаемого слоя 75
4.3. Свободное и осложненное резание. Прямоугольное и косоугольное резание 80
Ключевые слова и понятия 83
Контрольные вопросы 83
Г л а в а 5. Физические основы процесса резания металлов 84
5.1. Процесс разрезания и резания 84
5.2. Процесс пластической деформации металлов 85
5.3. Основные методы экспериментального изучения процесса стружкообразования при резании металлов 99
5.4. Типы стружек. Различия в механизме их образования 102
5.5. Теоретический анализ процесса сливного стружкообразования 104
5.6. Кинематические соотношения при резании с образованием сливной стружки и скорость деформации 108
5.7. Нарост на режущем инструменте 110
5.8. Усадка стружки 116
Ключевые слова и понятия 124
Контрольные вопросы 124
Г л а в а 6. Напряженное состояние в зоне резания и силы резания 126
6.1. Напряженное состояние в переходной пластически деформируемой области 126
6.2. Система сил в условиях свободного резания 127
6.3. Длина контакта между стружкой и передней поверхностью инструмента. Напряженное состояние в зоне контакта 129
6.4. Касательные напряжения на плоскости сдвига 131
6.5. Особенности трения в зоне контакта стружки с передней поверхностью инструмента 137
6.6. Факторы, обусловливающие величину угла скольжения 141
6.7. Взаимодействие задней поверхности инструмента с поверхностью резания. Силы на задней поверхности инструмента 150
6.8. Инженерные методы определения напряженно- деформированного состояния очага пластической деформации 152
Ключевые слова и понятия 170
Контрольные вопросы 170
Г л а в а 7. Силы резания при точении 172
7.1. Методы измерения сил резания 172
7.2. Силы, действующие на резец и заготовку 176
7.3. Влияние различных факторов на силы Рz, Py и Px при точении 178
Ключевые слова и понятия 203
Контрольные вопросы 203
Г л а в а 8. Теплообразование и температура резания 204
8.1. Источники образования тепла и его распределение 204
8.2. Температура резания 206
8.3. Экспериментальные методы исследования тепловых явлений 210
8.4. Влияние на температуру различных факторов процесса резания 219
8.5. Оптимальная температура резания 225
Ключевые слова и понятия 228
Контрольные вопросы 229
Г л а в а 9. Износ инструментов и критерии затупления 230
9.1. Основные физические причины изнашивания режущих инструментов 230
9.2. Внешняя картина изнашивания лезвий инструментов 235
9.3. Критерии затупления режущих инструментов 243
Ключевые слова и понятия 249
Контрольные вопросы 249
Г л а в а 10. Стойкость инструментов и допускаемая скорость резания 251
Ключевые слова и понятия 268
Контрольные вопросы 268
Г л а в а 11. Влияние обработки резанием на качество поверхности и эксплуатационные свойства деталей машин 269
11.1. Качество поверхности. Основные показатели 269
11.2. Механизм возникновения шероховатости поверхности 270
11.3. Формирование физико-механических свойств поверхностного слоя металла при обработке резанием 276
11.4. Влияние качества поверхности на эксплуатационные свойства деталей 286
Ключевые слова и понятия 293
Контрольные вопросы 294
Г л а в а 12. Процесс резания как система 295
12.1. Взаимосвязь, взаимовлияние и взаимообусловленность явлений в процессе резания 295
12.2. Система резания, ее элементы и структура 304
12.3. Оптимизация функционирования системы резания 316
Ключевые слова и понятия 329
Контрольные вопросы 329
Г л а в а 13. Обрабатываемость материалов резанием 330
13.1. Понятие обрабатываемости. Основные характеристики 330
13.2. Обрабатываемость различных конструкционных материалов 333
13.3. Технологические методы повышения обрабатываемости материалов 352
Ключевые слова и понятия 366
Контрольные вопросы 366
Г л а в а 14. Сверление, зенкерование и развертывание 367
14.1. Конструктивные и геометрические параметры спирального сверла 368
14.2. Элементы режима резания при сверлении 379
14.3. Особенности процесса резания при сверлении 382
14.4. Силы резания при сверлении 383
14.5. Износ и стойкость сверл 391
14.6. Расчет элементов режима резания при сверлении 397
14.7. Зенкерование и развертывание 401
Ключевые слова и понятия 409
Контрольные вопросы 409
Г л а в а 15. Фрезерование 410
15.1. Кинематика фрезерования и координатные плоскости 411
15.2. Геометрические элементы режущей части фрезы 413
15.3. Элементы режима резания и срезаемого слоя при фрезеровании 420
15.4. Особенности процесса резания при фрезеровании 431
15.5. Силы резания и мощность при фрезеровании 434
15.6. Износ фрез 438
15.7. Режимы резания при фрезеровании и стойкость фрез 439
Ключевые слова и понятия 442
Контрольные вопросы 443
Г л а в а 16. Шлифование 444
16.1. Общие сведения о шлифовании 444
16.2. Шлифовальный круг как режущий инструмент 449
16.3. Абразивные материалы 453
16.4. Связующие вещества и твердость шлифовальных кругов 460
16.5. Потеря абразивными инструментами эксплуатационных свойств и их правка 470
16.6. Формирование обработанных поверхностей при шлифовании 473
16.7. Геометрические параметры лезвий абразивных зерен 480
16.8. Режимные параметры, динамика шлифования и технико-экономические показатели 483
Ключевые слова и понятия 489
Контрольные вопросы 489
Г л а в а 17. Особенности резания материалов свободным абразивом 491
17.1. Шлифование свободными абразивными средами 491
17.2. Влияние микрогеометрии абразивных частиц на производительность обработки 511
17.3. Силы и мощность резания при камерной абразивной обработке 518
Ключевые слова и понятия 541
Контрольные вопросы 542
Г л а в а 18. Особенности обработки пластмасс резанием 543
18.1. Физические основы процесса резания пластмасс 543
18.2. Обрабатываемость пластмасс некоторыми способами лезвийной обработки 553
18.3. Особенности обработки пластмасс на отделочных операциях 575
Ключевые слова и понятия 577
Контрольные вопросы 578
Г л а в а 19. Оптимизация режима резания операции токарной обработки 579
19.1. Аналитический расчет режима резания графическим методом 579
19.2. Оптимизация режима резания при одноинструментальной обработке на токарном станке с ЧПУ модели 16К20Ф3С32 589
19.3. Оптимизация режима работы инструментов на одношпиндельном многорезцовом полуавтомате модели 1А730 595
19.4. Оптимизация режима работы инструментов на многошпиндельных полуавтоматах 605
Ключевые слова и понятия 617
Контрольные вопросы 617
Заключение 618
Список литературы 620
Введение
Одним из наиболее распространенных методов обработки металлов и других материалов является обработка резанием.
Обработка резанием имеет достаточно высокую производительность и отличается исключительной точностью. Необходимо также отметить универсальность и гибкость обработки резанием, обеспечивающие ее преимущество перед методами формообразования, особенно в единичном и мелкосерийном производствах.
Процесс резания материалов заключается в том, что режущий инструмент воздействует на поверхностный слой обрабатываемой заготовки и отделяет его от ее основной массы, превращая в стружку, с целью получения детали необходимой формы и размеров с соответствующим качеством обработанных поверхностей. Осуществляется этот процесс на металлообрабатывающих станках с помощью металлорежущего инструмента.
Сложный процесс резания материалов, сопровождающийся деформациями сжатия, растяжения, сдвига, большим трением и тепловыделением, имеет свои закономерности, изучение которых необходимо для того, чтобы сделать этот процесс более производительным и экономичным.
Теория резания материалов – это теория процессов, совершающихся при резании, а именно: процесса стружкообразования (теория собственного процесса резания) и износа режущих инструментов (теория стойкости режущих инструментов).
Задача состоит в том, чтобы установить, как свойства металлов проявляются в конкретных условиях, возникающих при резании и затуплении инструментов, и каковы соотношения между факторами, влияющими на эти процессы.
Важным разделом теории резания является также теория экономичных режимов резания.
Основными вопросами, рассматриваемыми в курсе «Резание материалов», являются: 1) материалы, используемые для изготовления режущих инструментов; 2) геометрические элементы режущей части металлорежущих инструментов; 3) геометрические элементы срезаемого слоя; 4) физические основы процесса резания (стружкообразования); 5) контактные явления в зоне резания; 6) силы, возникающие при резании металлов, и энергия, затрачиваемая на процесс резания; 7) тепловые явления при резании металлов; 8) износ режущих инструментов, их стойкость и скорость резания, допускаемая их режущими свойствами; 9) назначение оптимальных элементов режима резания.
Изучение этих вопросов необходимо не только для обеспечения высокой производительности и экономичности процесса резания, но и для правильного расчета, конструирования и эксплуатации металлообрабатывающих станков, инструментов и технологической оснастки.
Таким образом, в курсе «Резание материалов» раскрывается природа явлений, происходящих при обработке металлов резанием, и даются научные основы наиболее рационального ее осуществления на металлообрабатывающих станках.
Материал данной книги охватывает курс лекций по дисциплине «Резание материалов», разработанный в основном с использованием сведений, содержащихся в учебниках и учебных пособиях, включенных в список литературы. Курс лекций разработан в соответствии с Государственным образовательным стандартом специальности «Технология машиностроения» направления подготовки дипломированных специалистов «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств». Курс «Резание материалов» является первым в блоке спецдисциплин и закладывает основы профессионального языка инженера-технолога, дает отправные знания студентам для успешного изучения других дисциплин специального цикла. При изложении различных закономерностей процесса резания авторы учебника сочли возможным в качестве доказательства привести результаты своих экспериментальных исследований.
В учебнике в доступной для студентов форме изложены существующие представления о процессе превращения срезаемого слоя в стружку, изнашивании контактных поверхностей инструмента и образовании обработанной поверхности применительно к наиболее распространенным видам обработки материалов резанием. Вопросы теории стружкообразования рассмотрены для свободного прямоугольного резания, а такие вопросы, как силы резания, теплообразование и температуры резания, износ и стойкость инструмента, формирование обрабатываемой поверхности и другие, подробно рассматриваются применительно к продольному точению и закрепляются на примерах сверления, фрезерования и шлифования.
В соответствии с
направлениями развития высшей школы
большая роль в учебном процессе отводится
самостоятельной работе студентов. С
учетом этого материал учебника излож
ен
таким образом, чтобы при изучении курса
от него легко можно было перейти к работе
с научной или технической литературой.
В конце каждой главы даны вопросы для
самоконтроля.
