Файл: Технология металлов и конструкционные материалы учебное пособие..pdf

При точении главное движение — вращательное и ско­ рость резания

л О л .

v = ------ м/мин,

1000

где D — диаметр заготовки, мм;

п — число оборотов заготовки в минуту.

Остальные относительные перемещения инструмента и заготовки называют вспомогательными движениями.

Они делятся на подачи и установочные движения. По­ дача при точении (перемещение режущей кромки резца ■в миллиметрах за 1 оборот заготовки) может быть про­ дольной— вдоль оси заготовки, поперечной — нормаль­ ной к оси заготовки и косой. Обозначается подача бук­ вой s.

Установочные движения связаны с установкой инст­ румента в исходное положение перед началом обработки. При точении — это установка резца .на глубину реза­ ния t.

Глубиной резания называется расстояние между не­ обработанной и обработанной поверхностями, измерен­ ное по нормали к последней. При точении глубина реза­ ния

t = (D — Dx)/2 мм,

где D — диаметр заготовки, мм;

D1 — диаметр обработанной поверхности, мм. Срезаемый слой металла характеризуется шириной b

и толщиной а среза (рис. 142), Произведение ширины среза на толщину дает площадь среза, которая иначе мо­ жет быть выражена произведением глубины резания t на подачу s, т. е.

F — ab = st мм2.

Процесс резания металлов проще всего представить на примере работы строгального резца (рис. 143). Резец под действием силы Рг сжимает и деформирует слой ме­ талла, лежащий выше плоскости среза, перед передней поверхностью резца. В результате этой деформации ча­ стицы металла вытягиваются в направлении некоторой плоскости скольжения, составляющей с плоскостью сре­ за угол Рг-

При дальнейшем движении резца деформируемый слой металла отделяется от основной массы металла по

некоторой плоскости скалывания, составляющей с пло­ скостью среза угол f$i.

При обработке хрупкого материала по плоскости ска­ лывания происходит сдвиг и отделение частиц срезаемо­ го слоя. При обработке вязких металлов частицы метал­ ла между передней поверхностью резца и .плоскостью

скалывания поворачиваются на угол {Зг и вытягиваются. Сдвиг элементов происходит без разрыва и нарушения единства направления волокон обрабатываемого мате­ риала.

При резании металлов зона деформации простирает­ ся и за пределы плоскости скалывания как вперед, так и вниз в пограничный слой обрабатываемой поверхности. Глубина распространения деформаций Д зависит от глу­ бины резания t, достигая при t — 4 мм значения около 3,5 мм. Степень деформации обработанной поверхности постепенно убывает от поверхности в глубь металла. Верхний пограничный слой претерпевает остаточные де­ формации, изменяющие его физические свойства. Явле­ ние это носит название наклепа. Твердость наклепанного

292

слоя примерно в 1,5 раза выше твердости исходного ма­ териала. Правда, толщина этого слоя небольшая и ко­ леблется в пределах 0,1—0,3 мм.

iB зависимости от угла резания металл впереди пе­ редней поверхности резца подвергается большей или меньшей деформации, что изменяет его .пластичность, приводит к изменению угла скалывания и различной усадке стружки. Длина стружки меньше длины пути, проходимого резцом, толщина стружки пропорционально увеличивается. Усадка характеризуется коэффициентом к, который равен отношению длины стружки к длине пу­ ти резца. Практически £=1(Ю,45-ь0,|65).

iB зависимости от свойств обрабатываемого материа­ ла, принятых режимов резания и геометрии резца струж­ ка имеет различную форму. Условно все многообразие стружек можно свести к трем видам: сливной, скалыва­ ния и надлома. Сливная стружка опасна для рабочего, она имеет форму ленты и получается при обработке пла­ стических материалов с малой подачей, большой скоро­ стью резания и остро заточенным резцом.

Стружка скалывания состоит из отдельных элемен­ тов, соединенных в одно полукольцо, легко ломающееся на составные элементы. Это самая безопасная стружка. Получается она при обработке вязких металлов с малой скоростью резания при большой глубине и подаче. Стружка надлома состоит из отдельных элементарных частиц. Эта стружка легко проникает во все зазоры меж­ ду частями станка и затрудняет его уборку. Отдельные элементы стружки легко травмируют кожу рук рабочего, особенно опасно попадание этой стружки в глаза. Полу- ' чается стружка надлома при обработке чугуна и других хрупких металлов на обычных режимах резания.

Элементарные частицы металла, находящиеся в непо­ средственной близости от передней поверхности инстру­ мента, разогретые до высокой температуры, с большой силой прижимаются к инструменту, они могут прива­ риться к нему, образуя на передней поверхности слой уплотненного металла — нарост. Нарост в процессе ра­ боты возникает периодически и, достигнув некоторой ве­ личины, срывается и уносится стружкой.

обработанную поверхность. Наростообразование наблю­ дается при обработке вязких материалов и зависит от

293

скорости резания. При обработке сталей с низкими ско­ ростями (до 5 м/мин) и при больших скоростях (80— 1 0 0 м/мин) нарост не образуется. Наиболее интенсивно процесс наростообразования .происходит при скорости резания в 20—26 м/мин.

Пластические деформации, сопровождающие реза­ ние, — очень сложное физическое явление, поэтому про­ цесс резания во многом зависит от свойств обрабатывае­ мого материала.

§113. Силы, действующие на резец

впроцессе резания

Силы сопротивления материала заготовки упругой и пластической деформациям, складываясь с силами тре­ ния, создают систему сил, действующих на инструмент. Равнодействующая этой системы сил называется силой резания. Для удобства изучения эту силу считают при­ ложенной к вершине резца и раскладывают на три со­ ставляющие: Рх, Ру, Pi (рис. /144):

p = V p I + p I + p \.

Тангенциальная составляющая Pz по направлению совпадает с вектором скорости резания. От нее зависит мощность резания, по ней рассчитывают механизм глав­ ного движения станка и деформацию заготовки и ин­ струмента в вертикальной плоскости, она определяется по формуле

294

рабатываемого металла, износ резца и скорость резания. При обточке Хр=\1, ур— 0,76, таким образом, при уве­ личении глубины резания в 2 раза Pz увеличивается ■вдвое, а .при увеличении подачи в 2 раза сила возрастает

в 1 ,6 8 раза.

Осевая составляющая Рх (усилие подачи) совпадает с направлением продольной подачи. По этой составляю­ щей рассчитывают механизм подачи и изгиб детали и инструмента в горизонтальной плоскости.

Радиальная составляющая Ру вызывает вибрацию резца и этим определяет качество обработанной поверх­ ности. Опытным путем установлена зависимость состав­ ляющих силы -резания от Рг.

Примерно можно считать, что Рх— (0,'2-н0,3) Pz и Ру— (0,Зч-0,4) Рг при работе проходным упорным рез­ цом Р у = 0 , а при точениизакаленных сталей резцами с отрицательным передним углом Р1/= (1,Зч-2) Pz.

§ 114. Скорость резания и стойкость инструмента

Исследования процесса резания позволили установить зависимость скорости резания от параметров процесса:

х»и у-в — показатели степени, зависят от вида обработки, свойств обрабатываемого материала и мате­ риала резца (в среднем х„=0,'2; y„=0,33-f-

-Н0.66);

С„ — размерный коэффициент, постоянный для дан­ ных условий резания;

kv — поправочный коэффициент на изменение усло­ вий обработки;

Т —период стойкости — время работы инструмента от переточки до леретрчки в минутах машинно­ го времени.

При назначении режима резания следует учитывать связь скорости резания с периодом стойкости: если при

295

Л7Рез= C P zv кВт, (С — размерный коэффициент).

Если известен коэффициент полезного действия стан- «а г| (для приближенных расчетов его можно принимать 0,75), можно .подсчитать потребную мощность главного привода станка: Л^пр=Л^рез/г| кВт.

§ 115. Тепловые явления при резании и износ инструмента

Работа силы резания (за исключением ничтожно малой части, переходящей в потенциальную энергию при изме­ нении кристаллической решетки) и сил трения стружки о инструмент и инструмента о заготовку переходит в эк­ вивалентное количество тепловой энергии.

Выделяющееся тепло распространяется в обрабаты­ ваемую деталь, стружку, инструмент и непосредственно в окружающую среду. Отвод тепла не может протекать мгновенно и температура в зонерезания повышается. Чем выше скорость резания, тем меньшее количество тепла переходит в обрабатываемую деталь и большая часть его переходит в стружку и инструмент. В среднем можно считать, что 80% теплового потока направляется в стружку, 15% — в резец, 4% — в деталь и около 1 % — непосредственно в окружающую атмосферу.

Применение смазывающе-охлаждающих жидкостей (СОЖ) улучшает отвод тепла от зоны резания, уменьша­ ет трение стружки о инструмент и инструмента о заготов­ ку и за счет этого снижается температура в зоне реза­ ния. Применение СОЖ улучшает процесс стружкообразования при обработке вязких материалов и способству­ ет удалению стружки при обработке хрупких материа­ лов. СОЖ не должна вызывать коррозии металла, быть безопасной для кожи рук и негорючей.

Наибольшее распространение в качестве СОЖ полу­ чили эмульсия и сульфофрезолы. Обычно применяют водную эмульсию минерального масла. Для устойчиво­ сти эмульсии вводят эмульгатор — различные сорта мы­ ла. Наиболее выгодное соотношение эмульгатора и мас­ ла 2:1. Смесь нагревают до кипения и потом охлажда­ ют до застывания. Перед употреблением брикет разво­

296

дят горячей водой. Сульфофрезолом называется осерненное масло, содержащее от .0,9 до 2,'5% S.

■СОЖ подводится к зоне резания одним из трех спосо­ бов: свободной струей, напорной струей (или в распы­ ленном виде) и погружени­ ем детали в охлаждающую ванну. Чаще применяют первый способ.

Различают два вида из­ носа инструмента: абразив­ ный и тепловой.

Тепловой износ наступа­ ет в том случае, если темпе­ ратура в зоне резания пре­ высит температуру тепло­ стойкости инструментально­ го материала. Режущие

кромки инструмента при этом оплавляются и он полностью выходит из строя.

Абразивный износ — это износ в результате трения. В общем случае он происходит по передней и по главной задней поверхности резца (рис. 145). Износ по передней поверхности, измеряемый глубиной лунки h, ведет к улучшению процесса стружкообразования, но одновре­ менно снижает прочность резца.

Износ по задней поверхности, измеряемый длиной б, приводит к увеличению трения инструмента о заготовку. При продольном точении износ по задней поверхности приводит к непрерывному изменению размера обрабаты­ ваемой заготовки.

При работе обычным инструментам за критерий изно­ са .принимается величина износа по задней поверхности.' Допускают износ в пределах от 0,3 до 3 мм у быстроре­ жущих резцов и от 0,4 до 1,6 мм у твердосплавных.

Г л а в а XXV

МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ СТАНКИ

Созданию современного металлорежущего станка пред­ шествовал длительный исторический период.

Гениальный русский механик А. К. Нартов в 1712 г. впервые в мире построил токарный станок с механиче­ ским суппортом.

297

298

299