Лекция № 3
Сущность процессов резания
3.1.Конструкционные и инструментальные материалы
3.2. Процесс резания
3.3. Физические явления, сопровождающие процесс резания
Конструкционные и инструментальные материалы
Резанием обрабатываются заготовки, полученные из следующих конструкционных материалов – углеродистые стали качественные и обыкновенного качества, легированные стали, теплостойкие стали и труднообрабатываемые материалы.
Широкое распространение имеет углеродистая сталь, как соединение железа (Fe) с углеродом (C), содержание которого в стали не более 0,7%. Эталонной углеродистой сталью является сталь 45, обрабатываемость которой принята за единицу.
Режущие инструменты изготавливаются из инструментальных материалов следующих типов:
Ø инструментальные стали,
Ø твердые сплавы,
Ø металлокерамика,
Ø алмазы,
Ø сверхтвердые материалы (эльбор),
Ø абразивные материалы.
Основные требования к инструментальным материалам – это высокие физико-технические характеристики по прочности, твердости и теплостойкости. Физико-технические характеристики инструментальных материалов должны быть в 2 раза выше таких же характеристик обрабатываемых заготовок.
Инструментальные стали получили широкое распространение для изготовления массовых типов режущего инструмента. Основными инструментальными сталями являются:
Ø Углеродистые стали марок – У7, У8…У13.
Ø Легированные стали марок – ШХ-15, 9ХС, ХВГ.
Ø Быстрорежущие стали марок – Р18, Р6М5, Р6М5К5.
Процесс резания
Процессом резания называется работа, выполняемая режущим инструментом по отделению припуска от заготовки в виде стружки и преодолению сил трения.
Главным элементом режущего инструмента является режущий клин.
Главным параметром режущего клина является угол заострения (β)
Главными углами режущего клина являются:
· передний угол (α)
· задний угол (γ)
β + α + γ= 90°
Рис. 1. Параметры режущего клина
Рис.2. Схема режущего клина
На схеме режущего клина показаны главные поверхности и углы.
Линия 1,2 – это след плоскости, которая называется передней поверхностью.
Линия 3,4 – это след плоскости, которая называется задней поверхностью.
Эти две поверхности фактически никогда не сходятся в точку, так как между ними, при заточке режущего клина образуется радиусное сопряжение величиной до 500 мкм, определяемое кристаллической решеткой инструментального материала.
Такая форма режущего клина характерна для всех видов режущих инструментов, при работе которых происходит отделение припуска в виде стружки.
Стружкообразование
Слой металла, удаляемый с заготовки с целью придания ей формы и размеров готовой детали, называется припуском.
В процессе резания припуск превращается в стружку. Припуск может сниматься как за один, так и за несколько проходов режущего клина.
На обрабатываемой заготовке различают следующие поверхности:
ü обработанную – поверхность, с которой снята стружка;
ü обрабатываемую – поверхность, с которой снимается стружка;
ü поверхность резания, образованную непосредственно режущей кромкой режущего инструмента.
Изобразим графически (Рис.3.) отделение припуска от основной заготовки
Рис.3. Схема отделения припуска от основной заготовки
На схеме обозначены точками следующие элементы:
3,5 – обработанная поверхность
7,8 – обрабатываемая поверхность
3,8,9,2 – зона деформации
2,9,10,11,2 – стружка
1,2,3,4 – режущий клин
6,7,8,3 – припуск
1,2 – передняя поверхность режущего клина
3,4 – задняя поверхность режущего клина
r – радиус закругления режущей кромки
α – передний угол
β – угол заострения
γ – задний угол
В процессе резания на вершине режущего клина возникает сила резания R, преодолевающая силу сопротивления припуска отделению от заготовки и силы трения стружки о переднюю поверхность и трения задней поверхности режущего клина об обработанную поверхность. При этом в снимаемом припуске протекают сложные процессы упругого и пластического деформирования. Укажем на представленном выше рисунке 3. две зоны деформации припуска.
8,9 – зона пластической деформации
9,10 – зона сдвига частиц снимаемого припуска по плоскостям межкристаллических связей (12,13).
Рис. 4. Виды стружки.
В процессе резания заготовка и режущий инструмент находятся в относительном движении. Процесс резания выполняется при наличии основных и вспомогательных движений.
Основные движения, совершаемые заготовкой и режущим инструментом, делятся на главное движение и движение подачи.
Главное движение – это движение заготовки или инструмента, совершаемое с наибольшей скоростью.
Главное движение обозначается Dr. Главное движение — скорость наибольшая.
Движение подачи имеет меньшую скорость – скорость подачи S. Это движение обеспечивает врезание режущего клина инструмента в новые слои металла и обозначается DS. Движение подачи обеспечивает врезание в новые слои металла
По характеру и Dr, и DS могут быть вращательными или прямолинейно-поступательными.
При разных методах обработки главное движение и движение подачи осуществляются или обрабатываемой заготовкой, или режущим инструментом.
Например:
· при точении Dr совершается заготовкой, а DS – режущим инструментом (резцом) рис. 4.
Рис. 4 Схема точения.
· при цилиндрическом фрезеровании Dr совершается режущим инструментом (фрезой), а DS – заготовкой; Рис. 5.
Рис. 5 Схемы обработки резанием
· при сверлении, возможно, что оба движения совершает режущий инструмент (сверло), а заготовка неподвижна.
Совокупность движений Dr и DS обеспечивает получение поверхности требуемой формы. С учетом величины скорости и направлений движений Dr и DS можно рассматривать результирующее движение De.
De – суммарное движение режущего инструмента относительно движущейся заготовки. Движение De характеризуется скоростью результирующего движения Ue.
Эффективность и производительность процесса резания зависит от:
Ø физико-технических свойств металла (материала заготовки и инструмента) HRC, HB, T °C;
Ø геометрических параметров режущей части инструмента;
Ø параметров режима резания (v, s, t);
Ø условий обработки.
Физические явления, сопровождающие процесс резания
В процессе резания выполняется работа, затрачивается энергия. Эта энергия распределяется между двумя видами работ.
N = Aпол + Aвсп, где:
Апол – полезная работа по отделению припуска от заготовки в виде стружки
Авсп – вспомогательная работа по преодолению сил трения, сил сопротивления упругой и пластичной деформации.
Совершаемая работа сопровождается целым комплексом физических явлений.
Основными физические явлениями, сопровождающими процесс резания, являются:
1. сила резания (R)
2. температура резания (T ˚С)
3. износ инструмента (режущего клина) (h3)
4. усадка стружки (l)
5. нарост
6. наклеп