Основы учения о резании металлов

Категория:
Резание металла


Основы учения о резании металлов

В результате упруго-пластической деформации материала, происходящей под воздействием режущего инструмента, образуются новые поверхности. Так как качество обработанной поверхности при заданных условиях зависит от характера упруго-пластической деформации срезаемого слоя и этот слой изнашивает режущий инструмент, в учении о резании металлов различают две основные проблемы: упруго-пластическую деформацию металлов в процессе образования стружки, а также износ и стойкость режущего инструмента.

Первым исследователем процессов резания и образования стружки был русский профессор И. А. Тиме, который опубликовал свои работы еще в 1870 г. В своих исследованиях И. А. Тиме установил номенклатуру стружки, усадку (укорочение длины стружки по сравнению с длиной пути, пройденного инструментом), положение плоскости скалывания, распространение деформации срезаемого слоя, завивание стружки и направление ее схода.

Профессор К. А. Зворыкин в 1893 г. составил схему сил, действующих на инструмент, которая имеет большую ценность и в настоящее время. Он математически определил положение плоскости скалывания (сдвига), доказал, что толщина стружки влияет на усилие резания в степени меньшей единицы.

Широкое развитие наука о резании металлов получила после Великой Октябрьской социалистической революции. Важное значение для развития науки о резании металлов и создания советской школы резания имели работы Комиссии по резанию металлов, в которой в период 1935—1941 гг. крупнейшими учеными в области резания металлов проведен ряд ценных экспериментальных исследований.

Практика обработки металлов резанием выдвинула ряд новаторов, которые в содружестве с учеными достигли серьезных успехов в области резания металлов (П. Б. Быков, Г. С. Борткевич, В. А. Коле-сов и др.).

Рис. 1. Схема образования стружки при обработке

Основы резания остаются постоянными, независимо от того, каким инструментом (резцом, сверлом, фрезой и др.) производится обработка; изменяются лишь условия обработки.

Процесс образования стружки. На рис. 1, а приведена схема образования стружки при резании. Резец, перемещаемый в направлении стрелки Б, передней поверхностью сминает и скалывает частицы металла, лежащие выше плоскости ВА, причем образующаяся стружка состоит из отдельных элементов: а, 6, в, г, д.

Вначале инструмент режущей кромкой внедряется в металл заготовки около точки А; далее при своем движении инструмент передней поверхностью давит на верхний слой металла и отрывает его от основной массы металла заготовки.

Под влиянием этого давления, а также сил сцепления между частицами отделяемого металла и основной массой его, срезаемый слой припуска претерпевает сложную пластическую деформацию сжатия и изгиба. Когда создавшиеся в этом слое напряжения превзойдут прочность металла, происходит относительный сдвиг частиц (скалывание) и образуется элемент стружки а (показан штриховой линией). Далее части припуска б, в, г и т. д. последовательно переходят в стружку.

Плоскость, в которой происходит скалывание элементов, называется плоскостью скалывания, а угол, образованный этой плоскостью и касательной к поверхности резания, — углом скалывания. Величина угла скалывания колеблется для разных металлов в пределах 145—155°.

Согласно данным Я. Г. Усачева, внутри каждого элемента стружки наблюдаются плоскости скольжения.

Пластическая деформация распространяется также в глубь материала на некоторую величину h в результате чего обработанная поверхность (поверхностный слой) получает наклеп (в поверхностном слое появляются остаточные напряжения, определяющие его качества). Выделяющаяся при резании теплота также изменяет физико-механические свойства срезаемого и поверхностного слоев.

Характер и величина деформации срезаемого металла заготовки при переходе его в стружку зависят от многих причин, в первую очередь от свойств металла заготовки. При обработке пластичных металлов (медь и др.) образуется сливная стружка — длинная лента, отдельные элементы которой не выражены явно. При образовании сливной стружки происходит значительная (до 50%) усадка срезаемого металла. При обработке менее вязких металлов (например, твердой стали) образуется стружка скалывания. Усадка стружки скалывания меньше, чем сливной стружки. При обработке хрупких’металлов (например, чугуна) стружка отделяется разобщенными элементами. Такая стружка называется стружкой надлома; она почти не имеет усадки.

В процессе резания режущие элементы резца внедряются в металл и непрерывно образуют новые поверхности (обработанная поверхность, поверхности стружки). Вследствие большого давления и высоких температур в месте контакта металла заготовки с металлом резца на резце образуется нарост (рис. 220) из сильно деформированных частиц металла заготовки, который, приобретая определенную степень пластичности, может временно затормаживаться и наслаиваться на передней поверхности инструмента. При дальнейшем увеличении размеров нароста происходит его разрушение и удаление со стружкой (со стороны передней поверхности резца) и заготовкой (со стороны задней поверхности резца).

Наросты возникают хаотично; количество последовательно образующихся наростов может доходить до 200 в одну секунду. Наростообразовани’е зависит от вязкости обрабатываемого металла и от скорости резания. С увеличением скорости резания наростообразование уменьшается и исчезает полностью при скоростях свыше 50—70 м/мин.

Износ и стойкость режущего инструмента. Работа резания переходит в теплоту, причем со стружкой отходит около 80% всей выделенной теплоты, а остальная распределяется между инструментом, заготовкой и окружающей средой. Под влиянием теплоты в поверхностном слое режущего инструмента изменяется структура; поэтому уменьшается его твердость и теряется режущая способность, что, в свою очередь, вызывает изнашивание и выкрашивание материала.

Рис. 2. Схема образования нароста

Интенсивность изнашивания инструмента зависит от материала инструмента и заготовки, их физико-механических свойств и состояния трущихся поверхностей; скорости резания, подачи, глубины резания; геометрической формы режущей части инструмента; охлаждающей среды.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум