Файл: Технология металлов и других конструкционных материалов учеб. пособие.pdf

ударами и при обработке твердых и хрупких материалов. В этом случае передний угол может быть даже отрицательным (рис. 187, сечение III). Часто отрицательный угол дается на небольшой фаске для упрочнения только самой режущей кромки.

Задний угол а — угол между главной задней поверхностью и плоскостью резания — необходим для уменьшения трения между инструментом и поверхностью резания. Большую роль при опреде­ лении величины этого угла играют упругие свойства металла.

Значительное увеличение заднего угла, так же как и передне­ го, ведет к уменьшению прочности режущей кромки. В зависимости от обрабатываемого материала, материала инструмента и режнмоз

Как видно из рис. 187, углы ß и 6 зависят от углов у и а и свя­ заны с ними следующими зависимостями: a + ß+ y = 90°; 6+ у = 90°.

Углы резца в плане определяются в основной плоскости. К ним относятся; главный угол резца в плане ф (часто слово «главный»

опускают), вспомогательный угол резца в плане фі и угол резца при вершине в плане е.

Угол резца в плане ф — угол между направлением продольной подачи и проекцией главной режущей кромки на основную плос­ кость. Уменьшение угла ф повышает чистоту обработанной поверх­ ности, но при этом увеличивается значение радиальной составляю­ щей усилия резания, а следовательно, увеличивается отжим (про­ гиб) детали в радиальном направлении и уменьшается точность обработки; увеличивается также склонность к вибрациям. Чаще всего угол ф для токарных проходных резцов берется равным 45°, но в зависимости от конкретных условий и прежде всего от жестко­ сти детали он может уменьшаться 'до 30° (для жестких деталей) или увеличиваться до 90° (при обработке длинных и тонких валов).

Вспомогательный угол резца в плане фі — угол между направ­ лением продольной подачи и проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость. Угол фі оказывает влияние на чис­ тоту обработанной поверхности и в некоторой степени н'а склон­ ность к вибрациям. Обычные его значения 10—15° с уменьшением в отдельных случаях до 5° и увеличением до 30°.

Угол наклона главной режущей кромки К (рис. 187, б) — угол между главной режущей кромкой и горизонталью, проведенной через вершину резца в плоскости резания. Угол л определяет на­ правление схода стружки; так как при положительном его значении вершина резца ниже всех остальных точек режущей кромки и стружка идет в направлении обработанной поверхности; при отри­ цательном угле вершина резца выше всех остальных точек режущей кромки и стружка сходит в обратном направлении. Угол А, -суще-

310

При установке резца выше центра (рис. 188, б) передний угол будет увеличиваться, задний — уменьшаться. В продольной плоско­ сти изменение угла может быть найдено по формуле

. 2/1

где h — ошибка в установке.

Установка инструмента выше или ниже центра существенно из­ меняет передний и задний углы. Допустимое отклонение не должно превышать 0,02 D, так как уже при этом отклонении т«2,5°.

Режим резания. Элементами режима резания являются ско-, ростъ резания ѵ, глубина резания t и подача s.

При токарной обработке (рис. 189) глубина резания і равна расстоянию между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренному в радиальном направлении:

Подача s (мм/об) — перемещение резца за один оборот заго­ товки.

Элементы режима резания определяют площадь сечения сре­ заемого слоя; т. е.

F = ts мм2,

по пр>і одинаковой площади сечения его форма может быть раз­ лична в зависимости от угла ф и формы режущего лезвия.

Процесс резания более точно характеризуется шириной Ь и толщиной а срезаемого слоя, которые могут быть найдены по фор­ мулам:

't

Ь= - г —; а = s sm<p. simp т

На рис. 189 следует обратить внимание на образование оста­ точного гребешка, геометрическая высота которого зависит от по­ дачи s, углов ф и фь Фактически высота неровностей значительно больше и зависит еще от скорости резания и пластических свойств металла. На рис. 189 условно показан один гребешок. Очевидно, что такие гребешки будут на всей обработанной поверхности.

Стружкообразование. Образование стружки является сложным процессом деформации металла режущим клином, который, вне­ дряясь в металл, производит все виды деформации — упругую,

пластическую и разрушение.

Впервые процесс стружкообразования был исследован проф. И. А. Тиме, уточнен К- А. Зворыкиным, Я- Г. Усачевым и детально разработан в трудах советских ученых И. И. Зорева, А. П. Ереми­ на, А. М. Розенберга и др. Ниже рассматривается лишь принципи­ альная схема стружкообразования (рис. 190).

В начальный момент (а) внедрения резца в металл под дейст­ вием усилия Р возникает сложное напряженное состояние с упру-

312

гими, а затем пластическими деформациями и постепенным увели­ чением напряжений сжатия. Нарастание пластической деформа­ ции (б) сопровождается вспучиванием материала и дальнейшим увеличением напряжений до критических, когда происходит отде­ ление (скалывание) элемента стружки (в). Затем процесс повторя­ ется. Проф. И. А. Тиме назвал процесс резания процессов после­ довательного скалывания элементов срезаемого слоя. Им же впер­ вые. было обнаружено, что скалывание элемента происходит по вполне определенной плоскости AB (рис. 190, г), которая была на­

звана плоскостью скалывания. Расположение плоскости скалыва­ ния в пространстве вполне определенно, угол, который она состав­ ляет с плоскостью резания, названный углом скалывания ф, являет­

угла, заключенного между передней поверхностью резца и плоско­ стью скалывания, или угла действия гр Поскольку угол ф есть ве­ личина постоянная, то очевидно, что с увеличением угла б уменьша­ ется угол г|, а следовательно, возрастает степень деформации ме­ талла. Это явление сопровождается не только возрастанием уси­ лия резания, но и увеличением усадки, т. е. укорочением стружки,

1 для хрупких материалов до 8 для очень вязких.

И.А. Тиме предложил классификацию типов стружки, разделив

еена сливную, скалывания и надлома.

Сливная стружка (рис. 191, а) получается при обработке вяз­ ких материалов с высокими скоростями резания при небольших

313

подачах-. На ней трудно выделить отдельные элементы, она может быть в виде ленты или спирали. Сливная стружка, имея острые за­ зубренные края, может травмировать рабочего, загромождает про­ ходы, трудно транспортируется и плохо брикетируется. Все это заставляет принимать различные методы стружкозавивания'*' и стружкодробления, начиная от изменения геометрии инструмента и режимов резания вплоть до создания специальных устройств (экранные защитные стружколоматели, колебательные системы, создающие прерывистое резание и т, д.).

Стружка скалывания (рис. 191, б) по­ лучается при обработке более твердых мате­ риалов с более низкими скоростями резания и большими подачами, имеет достаточно чет­

"... " I

кие границы отдельных элементов, которые продолжают оставаться соединенными меж­ ду собой, образуя гладкую подрезцовую сто­ рону.

Стружка надлома (рис. 191, в) имеет отдельные, не связанные между собой эле­ менты, получаемые за счет хрупкого разру­ шения срезаемого слоя при обработке твер­ дых и непластичных материалов (чугун, бронз-а, ряд неметаллических материалов). При образовании стружки надлома очень трудно получить хорошую чистоту обраба­ тываемой поверхности, на которой остаются отдельные впадины.

Приведенная классификация не ставит четких границ метду отдельными типами стружек. Одним из основ­ ных факторов, определяющих вид стружки, является скорость де­ формации материала, т. е. скорость резания.

Нарост, наклеп и теплообразование при резании. Работами И. А. Тиме, К. А. Зворыкина и других были исследованы основы ме­ ханики действующих при резании сил. Крупный вклад в изучение физических явлений при резании был сделан Я. Г. Усачевым. Впер­ вые применив металлографический метод исследования стружки и зоны резания. Я. Г. Усачев нашел, что плоскость скалывания AB (рис. 190, г) является фактически границей плоскостей сдвига АС, образующихся внутри срезаемого слоя металла. Плоскости сдвига образованы сильно деформированными вытянутыми (текстурован­ ными) зернами металла.

Деформация вязких металлов передней поверхностью резца сопровождается во многих случаях образованием заторможенного слоя — нароста, имеющего высокую твердость и вследствие силь­ ного разогрева приваренного (прилипшего) к передней поверхности инструмента. Нарост изменяет геометрию режущей части резца, а также толщину срезаемого слоя. В процессе резания нарост посте­ пенно увеличивается. Одновременно увеличиваются силы, стремя­ щиеся сдвинуть нарост. В какой-то момент происходит срыв наро­

314

ста, который частично уходит со стружкой, частично приваривается к обработанной поверхности.

Образование и срыв нароста ухудшают чистоту поверхности и во многих случаях ведут к выкрашиванию режущей кромки резца. Борьба с наростом ведется путем улучшения чистоты передней поверхности инструмента, увеличения передних углов, применения смазывающе-охлаждающих жидкостей. Однако наиболее радикаль­ ным средством является изменение скорости резания. Зоной интен­ сивного образования нароста является скорость 10—40 м/мин (для обычных конструкционных сталей). Увеличение скорости до 80— 100 м/мин, всегда сопровождаемое повышением температуры в зоне резания, ведет к исчезновению нароста. Нарост не образуется и при низких скоростях резания (5—6 м/мин).

Деформация металла в процессе резания не ограничивается зоной, непосредственно примыкающей к передней поверхности ин­ струмента, но распространяется па впереди и нижележащие слои, увеличивая их твердость. Это явление носит название наклепа при резании. Глубина наклепанного слоя зависит от режима резания и при средних скоростях близка к толщине срезаемого слоя. С увели­ чением скорости резания глубина наклепа уменьшается. Явление наклепа связано с образованием остаточных напряжений в поверх­ ностном слое, которые влияют на износостойкость и усталостную прочность, т. е., в конечном счете, на долговечность деталей машин.

Физические процессы и структурные превращения, протекаю­ щие в процессе резания, в значительной степени определяются тем-,

инструмента о заготовку вызывают выделение значительного коли­ чества тепла, которое должно поглощаться инструментом, струж­ кой и обрабатываемой деталью. Количеством тепла, излучаемым

вокружающую среду, практически можно пренебречь.

Сувеличением скорости резания возрастает количество тепла, отходящего со стружкой (рис. 192). Количество тепла, идущего на нагрев инструмента, почти не меняется. Но здесь следует обратить внимание, во-первых, на то, что речь идет об относительном коли­ честве тепла; во-вторых, график дает представление о количестве

тепла, а не о температуре.

Весьма существенную роль играют теплопроводность и тепло­ емкость инструмента и обрабатываемого материала, а также ве­ личина контакта и сечение «теплопровода».

С увеличением скорости резания нагрев прирезцовых слоев стружки и тонких поверхностных слоев инструмента может быть очень значительным, вплоть до температур плавления металла. С одной стороны, это ведет к уменьшению усилия резания, улучше­

■315