Элементы режима резания.
Элементами режима резания являются скорость резания, глубина резания и подача.
Глубина резания – это толщина слоя металла, срезаемого за один проход. Обозначается буквой t и измеряется в мм как линейное расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями. При точении глубина измеряется в осевой плоскости детали и составляет:
где D – Диаметр обрабатываемой поверхности, мм
d – диаметр обработанной поверхности, мм
Подачей при точении называют перемещение резца вдоль обработанной поверхности за один оборот детали. Измеряется в мм/об и обозначается буквой F. Кроме того существует понятие минутной подачи, при этом подача измеряется в м/мин.
В совокупности глубина резания, подача и угол в плане φ определяют сечение стружки.
Ширина срезаемого слоя – это расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренной по поверхности резания.
Толщиной срезаемого слоя называют расстояние, измеряемое в направлении, перпендикулярном к ширине стружки, между двумя последовательными положениями режущего инструмента за один оборот детали, измеряется в мм и обозначается буквой а.
Номинальной площадью поперечного сечения стружки называют произведение глубины резания t на подачу F или ширины стружки b на толщину a:
Скорость резания – путь перемещения режущей кромки относительно обрабатываемой поверхности в единицу времени. При точении скорость резания измеряется в плоскости вращения детали как окружная скорость обрабатываемой поверхности, наиболее отдаленной от оси вращения.
D – диаметр обрабатываемой поверхности заготовки, мм
n – число оборотов заготовки в минуту.
Процесс образования стружки.
Рассмотрим схему процесса образования стружки на примере работы строгального резца. Резец, перемещаясь со скоростью резания v, врезается в металл и выжимает его вверх и частично по сторонам. Этот слой металла деформируется на небольшом участке перед передней поверхностью резца
По мере продвижения резца частицы металла деформируются до определенного предела, пока не будут преодолены силы внутреннего сцепления металла. После этого происходит местное разрушение металла: сжатый элемент металла сдвигается и наконец скалывается. Этот элемент металла называется элементом стружки.
При дальнейшем продвижении резца таким же путем деформируется и скалывается второй, третий и т.д. последующие элементы стружки. Каждый элемент стружки скалывается в одной и той же плоскости называемой плоскостью скалывания. Наклон плоскости скалывания β1 величина практически постоянная и для вязких материалов составляет 30 – 35º.
Кроме того, в пределах каждого элемента стружки существует плоскость сдвига. Угол между плоскостью сдвига и плоскостью скалывания называется углом сдвига и обозначается β2. Величина его при резании вязких материалов доходит до 30º. Основная деформация при резании вязких материалов происходит именно по плоскостям сдвига.
Различают три основных вида стружки:
Стружка надлома образуется преимущественно при обработке хрупких металлов (чугуна, бронзы) и неметаллических материалов (мрамора, стекла, камня). Состоит из отдельных мелких элементов, которые очень слабо связаны между собой. Срезаемый слой материала под действием режущего инструмента сразу же разрушается.
Стружка скалывания образуется при обработке твердых и средней твердости металлов с большими подачами, малыми скоростями резания и малым передним углом инструмента. Элементы стружки соединены между собой в виде ленты, на некоторой длине.
Сливная стружка образуется при обработке вязких материалов с малыми подачами, большими скоростями резания и большим передним углом.
Усадка стружки.
Длина получаемой стружки короче срезанного слоя металла, а толщина больше. Это явление называется усадкой стружки. Величина усадки стружки определяется отношением длины пути резца к длине полученной стружки:
где kl – коэффициент усадки стружки по длине;
l – длина пути резца, мм
lс – длина стружки, мм
Коэффициент усадки характеризует способность материала претерпевать под действием нагрузки большие или меньшие пластические деформации. При обработке вязких материалов стружка укорачивается в 1,5 – 3 раза, а иногда и более. При обработке хрупких материалов почти не укорачивается.
Усадка стружки определяется величиной сил трения на передней поверхности инструмента, которые в свою очередь зависят от скорости резания. С увеличением скорости резания наблюдается уменьшение усадки стружки.
Нарост на резце.
При резании вязких сталей на передней поверхности резца вдоль режущей кромки образуется небольшой спрессованный слой металла, имеющий форму клина. Явление образования слоя называют застоем, а сам слой наростом.
Нарост очень тверд и сам может резать металл. Увеличивая передний угол резца, он уменьшает усилие резания, предохраняет лезвие от непосредственного воздействия на него теплоты и от износа. Однако, достигнув некоторой величины, нарост отрывается стружкой и уносится в месте с ней, либо впивается в обработанную поверхность, что ухудшает ее чистоту, кроме того отрываясь нарост может повлечь за собой скалывание режущей кромки инструмента. Образование нароста вредно особенно при чистовой обработке, когда требуется высокая чистота обработанной поверхности и используется режущий инструмент наиболее подверженный скалыванию.
Образование нароста зависит от режима резания, геометрии инструмента, материала из которого изготовлен режущий инструмент и условий работы. Образованию нароста способствуют низкие скорости резания.
Наклеп при резании.
Механические свойства слоя металла, прилегающего к обработанной поверхности, изменяются: микротвердость и хрупкость повышаются, появляется множество мелких, невидимых простым глазом трещин. Это изменение механических свойств поверхностного слоя металла под влиянием его пластической деформации при резании носит название наклепа.
Наклеп приобретает как стружка, так и поверхностный слой детали. В среднем можно считать, что вследствие наклепа твердость поверхностного слоя металла повышается в 1,5 – 2 раза, при этом у разных металлов рост твердости различен. Особенно сильно наклепываются, стали типа нержавеющих и марганцовистых.
Кроме того степень и глубина наклепанного слоя зависит от вида обработки
Параметр |
|
Наклеп |
Скорость резания |
↑ |
↓ |
Глубина резания |
↑ |
↑ |
Подача |
↑ |
↑ |
Передний угол резца |
↑ |
↑ |
При обычных условиях обработки стали средней твердости глубина наклепанного слоя приблизительно составляет:
При черновой обработке 0,4 – 0,5
Чистовой 0,07 – 0,08
Шлифовании 0,04 – 0,05
Полировании 0,02 – 0,04