Основы теории резания

Основные понятия и элементы резания

Резание металлов представляет собой такой вид формообразования, при котором поверхности детали формируются методом удаления с заготовки припуска путем пластического деформирования и последующего срезания его в результате движений режущей кромки инструмента и заготовки относительно друг друга.

Существуют четыре способа получения исходной заготовки: прокатывание, ковка, штамповка, литье. Дальнейшее формообразование происходит при обработке резанием (рис. 1.1), которое по сравнению с другими методами формообразования обеспечивает наибольшую размерную точность и наименьшую шероховатость обработанных поверхностей. Кроме того, резание отличается низкой энергоемкостью: если принять за единицу работ}', затрачиваемую на снятие 1 кг припуска посредством резания, то для ковки она будет в десять, а для электрофизической и электрохимической обработки — в сто раз больше.

Рис. 1.1. Формообразование детали:

а — заготовка; б — деталь; 1 — припуск на обработку Слой металла, деформированный и отделенный в результате обработки резанием, называется стружкой. По внешнему виду различают стружку скалывания, сливную стружку и стружку надлома.

Стружка скалывания (рис. 1.2, а) образуется при обработке вязких металлов с низкой скоростью резания при большой толщине срезаемого слоя и при малом переднем угле лезвия. Уменьшение толщины срезаемого слоя, увеличение переднего угла и скорости резания приводят к постепенному переходу стружки скалывания в сливную стружку (рис. 1.2, б), которая не имеет плоскостей скалывания. При этом обработка металлов происходит с меньшими усилиями резания и позволяет получать более чистую поверхность детали.

Стружка надлома (рис. 1.2, в) образуется при обработке хрупких материалов (чугун, бронза), разрушающихся по разным направлениям. Поэтому срезаемая стружка представляет собой множество легко рассыпающихся частиц металла.

Рис. 1.2. Виды стружки при резании:

а — скалывания; б — сливная; в — надлома; 1 — плоскость скалывания; D_r —.

направление главного движения резания; Ds— направление подачи; t — глубина резания В процессе резания режущие лезвия инструмента непрерывно образуют новые поверхности на обрабатываемой детали и срезаемой стружке. Контакт стружки с металлом инструмента происходит при достаточно высоких температурах. Сильнее всего нагревается стружка, претерпевающая значительные деформации. Она воспринимает около 75% тепловой энергии, до 20% теплоты поступает в резец, около 4% — в обрабатываемую заготовку и около 1% расходуется на нагрев окружающей атмосферы. При затуплении лезвия резца распределение теплоты резания изменяется: в большей степени нагреваются резец и заготовка.

При обработке резцом пластических металлов на передней поверхности его лезвия, вблизи режущей кромки, образуется нарост, причем с наибольшей интенсивностью — в диапазоне скоростей резания 10—35 м/мин. При малых скоростях резания температура в зоне резания недостаточна для формирования нароста, а при больших скоростях (свыше 50 м/мин) он не успевает привариваться к резцу, так как уносится быстро сходящей стружкой.

В условиях иаростообразования невозможно получить высококачественно обработанную поверхность, поэтому при повышенных требованиях к ее качеству нежелательно работать в диапазоне скоростей 7—50 м/ мин.

За счет выбора соответствующей скорости резания, правильного подбора СОЖ и полирования передней поверхности лезвия режущего инструмента можно устранить образование нароста и, благодаря этому, получить обрабатываемую поверхность с меньшей шероховатостью.

Согласование движения инструмента и заготовки, т. е. главного движения и движения подачи, позволяет обрабатывать на металлорежущих с танках поверхности различной конфигурации.

Главное движение резания, обозначаемое О_п обеспечивает отделение стружки с заготовки с наибольшей скоростью. У поперечно-строгальных и долбежных станков главным движением является прямолинейное перемещение ползуна с резцом, у продольно-строгальных станков — движение стола с заготовкой, у комбинированных станков при выполнении фрезерования — вращение фрезы, при шлифовании — вращение шлифовального круга.

Движение подачи, обозначаемое D_s, позволяет подвести под режущую кромку режущего инструмента новые участки заготовки и тем самым обеспечить снятие стружки со всей обрабатываемой поверхности. Так же как и главное движение, оно может быть прямолинейным, поступательным или вращательным движением режущего инструмента или заготовки, но скорость этого движения меньше скорости главного движения резания.

Подачей S называется отношение расстояния, пройденного рассматриваемой точкой режущей кромки или заготовки вдоль траектории этой точки в движении подачи, к соответствующему числу циклов или долей цикла другого движения во время резания.

Под циклом движения понимается полный оборот, двойной ход режущего инструмента или заготовки, а под долей цикла — например, угловой поворот на один зуб. В связи с этим используют понятия: подача на оборот S₀, подача на зуб S₂, подача на двойной ход S_2x.

В строгальных и долбежных станках движение подачи прерывистое, и режущий инструмент совершает его в направлении, перпендикулярном главному движению.

При фрезеровании или шлифовании на комбинированных строгальных и долбежных станках движение поперечной подачи осуществляется самим режущим инструментом, перемещающимся на направляющих поперечины, а движение продольной подачи — заготовкой (вместе со столом).

Различают скорость главного движения резания v и скорость движения подачи v_s. Скорость рассматриваемой точки заготовки или режущей кромки инструмента в главном движении называется скоростью главного движения резания или скоростью резания, а скорость рассматриваемой точки режущей кромки в движении подачи — скоростью подачи.

При обработке резанием необходимо правильно подобрать скорость резания, которая оказывает наибольшее влияние на износ режущего инструмента, т. е. на его период стойкости — машинное время работы инструмента до переточки. С ростом скорости резания уменьшается период стойкости режущего инструмента и возникает необходимость в более частой смене его для переточки, а также повышается себестоимость изготовления деталей, поскольку увеличивается расход инструментального материала, электроэнергии и абразивов.

В процессе обработки стремятся обеспечить экономическую скорость резания, при которой стоимость изготовляемых деталей была минимальной (табл. 1.1). В этом случае период стойкости инструмента называется.

экономическим периодом стойкости. Продолжительность этого периода у быстрорежущих и твердосплавных проходных резцов составляет соответственно 30—60 и 60—90 мин.

Таблица 1.1

Средние значения экономической скорости резания.