Техпроцессы в машиностроении_лек

При резании хрупких материалов образуется стружка надлома. Она представляет собой отдельные сегменты неправильной формы. Стружка удобна для транспортирования, но может травмировать лицо, глаза и руки оператора.

Рассмотрим геометрические параметры режущего инструмента. Режу-

щий инструмент (рис. 4.4) состоит из рабочей части (головки) 4 и тела Рис. 4.4. Элементы и части прямого токарного про-

ходного резца;

1, 7 – вспомогательная и главная задние поверхно-

сти; 2, 7 - вспомогательная и главная режущие кромки; 3 - передняя поверхность; 4 - головка резца;

5 - тело резца; 8 - вершина резца. (стержня) 5. Тело резца служит для его установки и закрепления в резцедер-

жателе. Рабочая часть резца образуется при его заточке и содержит следую-

щие элементы: переднюю, поверхность 4 (поверхность по которой сходит стружка); главную заднюю поверхность 7 (она направлена по движению по-

дачи); вспомогательную заднюю поверхность 1 (направлена против движе-

ния подачи). Пересечение передней и главной задней поверхностей дает главную режущую кромку 6. пересечение передней и вспомогательной зад-

ней поверхностей дает вспомогательную режущую кромку 2. Режущие кром-

ки пересекаются в вершине резца 8. Расположение поверхностей и кромок резца определяется его заточкой (геометрия инструмента).

Для определения углов, под которыми располагаются элементы инст-

румента, вводят координатные плоскости (рис. 4.5). Основная плоскость (Рv)

параллельна возможным направлениям движения подачи для данного спосо-

ба обработки. Плоскость резания (Рn) проходит через главную режущую кромку касательно поверхности резания. Главная секущая плоскость (Рτ)

проходит через главную режущую кромку перпендикулярно поверхности ре-

зания.

374

Главные углы рассматриваются в главной секущей плоскости (Рτ).

Главный задний угол лежит между касательной к главной задней поверх-

ности в рассматриваемой точке главной режущей кромки и плоскостью реза-

ния. Главный передний угол лежит между основной плоскостью Pv и пе-

редней поверхностью.

Рис. 4.5. Углы резца в статической системе ко-

ординат:

DS – движение подачи; DР

– движение резания; Рv –

основная плоскость; Рn –

плоскость резания; Pτ –

главная секущая плос-

кость; , - главные зад-

ний и передний углы; ,´ –главный и вспомога-

тельный углы в плане; - угол наклона главной режущей кромки.

Углы в плане (главный угол в плане и вспомогательный угол в плане

´) рассматриваются между направлением движения подачи и проекцией со-

ответствующей режущей кромки на основную плоскость. Угол наклона глав-

ной режущей кромки - угол между главной режущей кромкой и основной плоскостью, проведенной через вершину резца. Если вершина является выс-

шей частью главной режущей кромки, то 0, если вершина совпадает с ос-

новной плоскостью, то = 0, если вершина является низшей частью главной режущей кромки, то 0.

Под силой резания понимают силу сопротивления перемещению ре-

жущего инструмента относительно обрабатываемой заготовки. Работа, за-

трачиваемая на деформирование и разрушение поверхностных слоев заго-

375

товки, расходится на упругое и пластическое деформирование металла, на его разрушение и на трение задней поверхности об обработанную поверх-

ность и стружки о переднюю поверхность режущего инструмента. Результа-

том сопротивления металла заготовки процессу резания является возникно-

вение реактивных сил, воздействующих на режущий инструмент (сил упру-

гого и пластического деформирования и сил трения по задней и передней по-

верхностям). Векторная сумма всех этих сил даст единичную силу резания Рi

по сечению резца. Просуммировав единичные силы, получим равнодейст-

вующую силу резания:

Ð Ði Ðó.ï Ðó.ç Ðï .ï Ðï .ç Òï Òç, где: Ру.п и

Ру.з – единичные силы упругой деформации по передней и задней поверхно-

стям; Рп.п и Рп.з – единичные силы пластической деформации по передней и задней поверхностям; Тп и Тз – единичные силы трения по передней и задней поверхностям.

Однако, вследствие переменности условий резания (неоднородность структуры металла заготовки; допуски на размеры обрабатываемой поверх-

ности; и т.д.), равнодействующая сила резания переменна по величине и на-

правлению.

Для расчетов используют, не силу «Р», а ее проекции на заданные ко-

ординатные оси (рис. 4.6). Ось ox проводят в направлении, противоположном направлению движения подачи. Ось oz проводят в направлении главного движения. Ось oy проводят в направлении перпендикулярном обработанной поверхности. Полученные проекции называют: Pz – главная составляющая силы резания; Px – осевая составляющая силы резания; Py – радиальная со-

ставляющая силы резания. Главную составляющую силы резания Pz опреде-

ляют по эмпирической формуле: Pz=CptxSyVzK1K2…Ki, где: Cp – коэффициент,

учитывающий физико-механические свойства обрабатываемого материала;

показатели степени (x, y, z) и коэффициенты K1 K2 …Ki учитывают факторы,

не вошедшие в формулу. Аналогичные формулы существуют и для расчета других составляющих силы резания.

376

Процесс резания сопровождается обильным тепловыделением.

Рис. 4.6. Разложение силы резания на составляющие:

DР – движение резания; DS – движе-

ние подачи; Р – сила резания; Рz, Px,

Py – главная, осевая и радиальная ос-

тавляющие силы резания.

Источниками тепла являются

(рис. 4.7): упругопластическое де-

формирование обрабатываемого ма-

териала в зоне стружкообразования

(Qуп); трение по передней поверхно-

сти (Qт. п. п); трение по задней по-

верхности (Qт. з. п). Потребителями тепла являются: стружка (qс – количество тепла отводимое стружкой); заго-

товка (qз); режущий инструмент (qи) и среда, окружаю-

щая зону резания (qср).

Рис. 4.7. Источники и потребители тепла в зоне реза-

ния:

Qуп - упругопластическое деформирование обрабаты-

ваемого материала в зоне стружкообразования; Qт. п.п - трение по передней поверхности; Qт. з. п - трение по задней поверхности; qс – количество тепла от-

водимое стружкой; qз – тепло, поглощаемое заготовкой; qи – тепло погло-

щаемое стружкой; qср - тепло, отводимое средой, окружающей зону резания.

Тепловой баланс процесса резания можно представить в виде:

377

В зависимости от метода и условий обработки стружка, заготовка, ин-

струмент и среда потребляют различные доли тепла.

Распределение потребления тепла в основном зависит от скорости ре-

зания. При обработке металлических материалов, основную долю тепла (до

85%) потребляет стружка, инструмент и заготовка потребляют соответствен-

но 2 … 8% и 10 … 40% (рис. 4.8, а). При обработке неметаллических мате-

риалов, низкая теплопроводность материала заготовки и стружки не позволя-

ет им потреблять большое количество тепла (в сумме 5 … 15%). Основную долю тепла (до 75%) потребляет режущий инструмент (рис. 4.8, б).

Рис. 4.8. Распределение потребления тепла при обработке:

а – металлов; б – неметаллических материалов; q – потребление тепла; V –

скорость резания.

Нагрев заготовки и режущего инструмента отрицательно сказываются на точности обработки и стойкости инструмента. Нагрев режущего клина в зоне стружкообразования до 800 … 1 000º С вызывает структурные превра-

щения в материале инструмента (снижается его твердость, теряются его ре-

жущие свойства). Нагрев тела инструмента вызывает изменение его размеров и геометрии, что влечет уменьшение размеров обработанной поверхности,

ухудшение ее шероховатости. Например, увеличение длины токарного резца при обточке цилиндра приводит к конусообразности обработанной поверх-

ности. Неравномерный нагрев заготовки (рис. 4.9, а) приводит к изменению ее размеров и геометрии (рис. 4.9, б).

Обработка пластичных материалов с низкими (10 … 40 м/мин) скоро-

стями резания часто сопровождается циклическим появлением на главной режущей кромке слоистого инородного тела (нароста). Это явление получило название – наростообразование.

378

Срезаемый слой металла плотно прижимается силами нормального давления к передней поверхности. При этом трение стружки о переднюю по-

верхность сопровождается разрушением оксидных или иных пленок и тепло-

выми явлениями. Все это создает благоприятные условия для схватывания

(сварки) стружки с передней поверхностью.

Рис. 4.9. Температурное поле при токарной обработке (а) и

изменение геометрии обрабо-

танной детали вследствие тем-

пературного воздействия зоны

резания (б).

Вначале на передней поверхности происходят точечные контакты со стружкой с образованием налипов. далее число налипов растет и они покры-

вают площади контакта тонкой сплошной пленкой из частиц обрабатываемо-

го материала. Пластическая деформация приводит к высокой степени накле-

па этого пленочного слоя. Процесс образования пленки циклически повторя-

ется – образуется достаточно крупное тело (нарост), имеющее пластинчатое строение, и состоящее из пластических деформированных из частиц обраба-

тываемого материала (рис. 4.10).

Рис. 4.10. Микрофотография нароста:

1 – режущий клин; 2 – нарост; 3 – об-

работанная поверхность; 4 – стружка.

Вершина нароста по мере его увеличения разрушается и уносится из зоны стружкообразования стружкой

или обработанной поверхностью и процесс наростообразования циклически повторяется.

379