метода теория резания



Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования «Гомельский государственный технический университет имени П. О. Сухого»

Кафедра «Металлорежущие станки и инструменты»

Ю. А. Новоселов

ТЕОРИЯ РЕЗАНИЯ

ПОСОБИЕ для студентов машиностроительных специальностей

Электронный аналог печатного издания

Гомель 2007

УДК 621.9(075.8) ББК 30.61я73 Н76

Рекомендовано к изданию научно-методическим советом машиностроительного факультета ГГТУ им. П. О. Сухого (протокол № 5 от 29.05.2006 г.)

Рецензент: канд. техн. наук, доц., зав. каф. «Технология машиностроения» ГГТУ им. П. О. Сухого М. П. Кульгейко

Новоселов, Ю. А.

Н76 Теория резания : пособие для студентов машиностроительных специальностей / Ю. А. Новоселов. — Гомель : ГГТУ им. П. О. Сухого, 2007. — 100 с. — Систем. требования: PC не ниже Intel Celeron 300 МГц ; 32 Mb RAM ; свободное место на HDD 16 Mb ; Windows 98 и выше ; Adobe Acrobat Reader. — Режим доступа: http://gstu.local/lib. — Загл. с титул. экрана.

ISBN 978-985-420-538-0.

Данная книга предназначена для самостоятельного изучения первой базовой учебной дисциплины технологического цикла, на основе теоретических положений которой строится материал большинства других специальных дисциплин.

Фундаментальные положения этой учебной дисциплины лежат в основе курсовых и дипломных проектов по кафедрам «Технология машиностроения» и «Металлорежущие станки и инструменты».

Для студентов машиностроительных специальностей.

УДК 621.9(075.8) ББК 30.61я73

ISBN 978-985-420-538-0©НовоселовЮ. А., 2007

© Учреждение образования «Гомельский государственный технический университет имени П. О. Сухого», 2007

ВВЕДЕНИЕ4

Глава 1. ПРОЦЕСС РЕЗАНИЯ6

Значение обработки резанием6

Цели и задачи теории резания8

Понятие обработки резанием10

Элементы режущего инструмента14

Диалектика процесса резания18

Краткий исторический обзор20

Глава 2. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ23

Основные свойства и группы23

Углеродистая инструментальная сталь26

Легированная инструментальная сталь26

Быстрорежущая сталь27

Твёрдый сплав (металлокерамика)28

Минералокерамика и керметы29

Природный алмаз31

Синтетические сверхтвёрдые материалы(СТМ)32

Абразивные материалы35

Глава 3. КИНЕМАТИКА РЕЗАНИЯ39

Движения резания40

Количественные характеристики движений43

Рабочая плоскость45

Технологическая система координат48

Кинематические схемы резания52

Траектория резания59

Поверхность резания и направляющие векторы65

Координатные плоскости и системы71

Классификация разновидностей резания78

Способы токарной и фрезерной обработки84

Способы осевой и строгально-долбёжной обработки…. 89

Способы протяжной и абразивной обработки93

ЛИТЕРАТУРА99

Технологические процессы изготовления деталей машин в условиях современного машиностроительного производства базируются на различных видах обработки исходных материалов. Наиболее массовым и ответственным видом обработки, обеспечивающим максимальный съём материала, наивысшее качество образуемой поверхности, наибольшую точность при минимальных материальных и энергетических затратах, является обработка резанием. Её преимуществами является также и то, что она позволяет обрабатывать весьма сложные поверхности и поверхности в труднодоступных местах.

Комплекс теоретических знаний и практических представлений об обработке резанием составляет важную основу инженернотехнических знаний специалиста в области машиностроения. Будучи вооружённым этими знаниями и навыками современный инженер- механик может самостоятельно решать на производстве сложные проблемы технологических процессов, связанные с производительностью и точностью обработки, шероховатостью получаемой поверхности, качеством поверхностного слоя, контролем параметров деталей, рациональным использованием оборудования, надёжностью и долговечностью обработанных деталей, технико-экономическими характеристиками процесса, безопасностью труда, научной его организацией и т. д. Теоретической основой формирования всех этих инженернотехнических знаний специалиста и является специальная учебная дисциплина — теория резания.

За последние 20-25 лет претерпела существенные изменения система основополагающих понятий теории резания в связи с выходом в свет и внедрением в СССР в 1984 г. трёх терминологических государственных стандартов на обработку резанием:

ГОСТ 25762-83. Обработка резанием. Термины, определения и обозначения общих понятий.

ГОСТ 25761-83. Виды обработки резанием. Термины и определения общих понятий.

ГОСТ 25751-83. Инструменты режущие. Термины и определения общих понятий.

Однако охватываемая этими стандартами новая система понятий обработки резанием в полном объёме не вошла ещё в изданные учебники и учебные пособия по теории резания. В отдельных же далеко не редких случаях эти понятия в учебной литературе освещаются неточно и не в полном объёме, что свидетельствует о том, что её

авторы сами недостаточно освоили сущность стандартизованных понятий.

Учитывая это, автор данных строк, являясь одним из разработчиков упомянутых стандартов, поставил перед собой задачу написать методическое пособие по первому разделу курса теории резания, связанному с кинематикой резания. В него автоматически вошли и инструментальные материалы как начальный этап общего знакомства с обработкой резанием. Материал в пособии излагается с учётом перечисленных ГОСТов, действующих терминологических рекомендаций СЭВ и ИСО, а также материалов собственных методологических исследований автора.

Глава 1. ПРОЦЕСС РЕЗАНИЯ

Значение обработки резанием

Бурное развитие всех сфер человеческой деятельности требует создания огромного множества разнообразных агрегатов, станков, механизмов, машин и установок, значительно расширяющих физические и творческие возможности человека. Эти устройства в большей или меньшей мере, в зависимости от их назначения, состоят из деталей, получаемых путём механической обработки резанием. У таких деталей форма, размеры, точность, технологические и эксплуатационные данные, а также долговечность и себестоимость, в значительной степени определяются тем, насколько правильно выбран вид обработки резанием, назначены режим резания и прочие условия обработки, сконструирован режущий инструмент, применен тип станка и т. д.

Обработка резанием в связи с этим имеет весьма широкое практическое применение. Она используется в различных отраслях машиностроения, включая собственно машиностроение и станкостроение, автотракторное, транспортное, сельскохозяйственное, судостроительное, авиационное, энергетическое, электронное, оборонное и другие виды машиностроения, а также машиностроение для лёгкой, пищевой, нефтяной, химической и нефтегазоперерабатывающей промышленности, строительства, транспорта, приборостроения, связи, бытового и коммунального машиностроения, машиностроения для животноводства и кормопроизводства. Обработка резанием имеет также применение в космической и ракетной технике, в радиотехнике, геологии, медицине, искусстве, быту. Она применяется в ремонтных службах практически любых предприятий для восстановления машин, прочих технических объектов и изготовления их запасных частей.

Обработка резанием является весьма специфичным видом обработки материалов. Она создаёт на детали довольно сложные поверхности путём их формирования из внутренних слоев обрабатываемого материала за счёт срезания лишнего слоя. Эти свежеобразованные из внутренней основы материала поверхности (так называемые ювенильные поверхности) обладают особыми свойствами, которые обусловливают их наибольшую пригодность для изготовления ответст-

w т/*w

венных деталей. К таким их свойствам относятся: высокая химиче

ская чистота, однородность структуры на всей площади поверхности, отсутствие дефектного слоя, наведенного в детали предшествующей обработкой, высокая точность, возможность обеспечивать предельно низкую шероховатость поверхности, особое состояние поверхностного слоя и т. д.

По сравнению с другими видами металлообработки обработка резанием характеризуется меньшими технологическими потерями (отходами) металла. Так, по данным профессора Зорева Н. Н. потери металла в технологическом процессе составляют: при литье — 44 %, при обработке давлением — 40 %, при обработке резанием — 17 %.

Обработка резанием отличается и от таких видов обработки материалов, которые своими способами и средствами также создают новые поверхности деталей машин (например, от электрохимической, электроэрозионной, ультразвуковой и лазерной обработок), значительно большей производительностью процесса (съёмом обрабатываемого материала в единицу времени, см3/с) и меньшей затратой электрической энергии (мощности в кВт, затраченной на удаление

33

1 см материала, кВт/см ). Сравнение обработки резанием с другими видами обработки по производительности и энергетическим затратам (по данным профессора Сахарова Г. М.) приведены в табл. 1.1.

Как видно из табл. 1.1, по производительности процесса и удельным энергозатратам обработка резанием находится вне конкуренции со стороны других видов обработки деталей, связанных с образованием новых поверхностей.

В силу данной специфики обработка резанием сопровождается многочисленными сложными физическими явлениями, которые в свою очередь оказывают весьма сложное и противоречивое влияние на качество поверхности и эффективность обработки. Поэтому для успешного использования обработки резанием в производстве и восстановлении машин была введена специальная научная дисциплина, которая получила название теории обработки резанием.

Теорией обработки резанием, или теорией резания называется совокупность теоретических представлений о внутренней физической природе резания, о закономерностях протекания тех или иных явлений в процессе обработки, о грамотном выборе условий резания, инструмента и станка.

Производительность и энергозатраты различных видов обработки материалов

Виды обработки материалов

Производительность,

см3

Энергозатраты,

кВт/см

Лезвийная обработка

14

3

Абразивная обработка

8

30

Электрохимическая обработка

1

500

Электроэрозионная обработка

0,1

150

Ультразвуковая обработка

0,005

150

Лазерная обработка

0,0001

150 000

Теория резания возникла на базе технологии машиностроения и превратилась в настоящее время в сложную самостоятельную науку. Если технология машиностроения указывает на то, как, какими приемами и в какой последовательности нужно обрабатывать ту или иную деталь, то теория резания отвечает на вопрос о том, какие последствия оставляет на детали выбранный технологический процесс и почему. В этом и состоит принципиальное различие технологии машиностроения и теории резания.

Вместе с тем технология машиностроения и теория резания органически между собой связаны. Теория резания, опирающаяся на современные достижения физики, химии, механики, металловедения, теплотехники, электротехники, математики и других наук, является своего рода научной основой технологии машиностроения. Знание теории резания, как уже было отмечено, позволяет инженерам- технологам достаточно быстро решать технологические проблемы производства.

Цели и задачи теории резания

Изучая физические основы технологических процессов обработки резанием, теория резания служит интересам производства и преследует те же конечные практические цели, что и технология машиностроения.

Вместе с тем, кроме чисто производственных целей, теория резания как наука ставит перед собой комплекс целей для решения соб

ственных научных задач. Прежде всего, теория резания помогает производственникам достичь те главные цели, которые поставлены перед машиностроителями и металлообработчиками решениями правительства, а именно:

Повышение производительности обработки за счет применения производительных видов резания, прогрессивных многолезвийных режущих инструментов, многоинструментальной обработки, рациональных режимов резания, эффективных инструментальных материалов и смазывающе-охлаждающих сред, многостаночного обслуживания и других мероприятий.

Снижение себестоимости обработки резанием за счет уменьшения расходов, связанных с процессом резания, инструментом и станком.

Повышение качества изделий, получаемых путем механической обработки резанием.

Помимо главных целей теория резания преследует и другие цели, определяемые её местом в системе технологических знаний и ролью в решении вопросов дальнейшего совершенствования технологических процессов обработки резанием. Она исследует внутренние закономерности процесса резания, создаёт единый научный аппарат, присущий всем разновидностям обработки резанием, получает необходимые расчетные зависимости для проектирования режущего инструмента, металлорежущих станков и приспособлений, формулирует требования к металлургии инструментальных материалов. По мере появления в машиностроении новых труднообрабатываемых материалов таких, например, как жаропрочные, кислотоупорные, титановые сплавы, керамика, пластмассы, ферриты, минералы, композиционные материалы и т. д., теория резания разрабатывает способы и средства их эффективной обработки, т. е. занимается решением вопросов обрабатываемости материалов.

В современных условиях, характеризующихся более интенсивным проникновением вычислительной техники в производство (станки с числовым программным управлением и роботы), в инженерную практику (системы автоматизированного проектирования — САПР) и в инженерно-техническую информатику, в теории резания создаются методологические и теоретические основы обработки сложных поверхностей, проектирования для этих целей режущего инструмента и станков, построения оптимальных технологических процессов их обработки, формализации и хранения инженерной и технологической

информации, теоретические основы создания гибких автоматизированных производств (ГАП) и т. д.

Достичь указанные цели применительно к конкретным производственным условиям оказывается весьма непросто. Причиной является большая физическая сложность процесса резания, трудность изучения важнейших его закономерностей.

Для получения необходимых практических результатов и рекомендаций теория резания решает задачи, связанные с изучением:

Кинематики процесса резания.

Геометрии режущих инструментов и заготовки.

Механики стружкообразования.

Сил резания.

Тепловых явлений.

Износа режущих инструментов.

Методов определения рациональных режимов резания.

Понятие обработки резанием

Слово «резание» имеет широкий смысл и, можно сказать, всеобщее употребление. Оно означает процесс механического отделения твердым острым предметом некоторой части от целого тела или деления целого тела на части. В таком физическом понимании резание встречается в самых разнообразных частных видах трудовой деятельности человека и приемах его работы: разрезка бумаги, чистка картофеля, отрезка масла для бутерброда, скалывание льда, столярная обработка древесины, пахота земли, рытьё канавы, обрубка литья, опиливание металла напильником и другие работы. Процесс использования резания при механической обработке различных деталей (техническое понятие резания) носит название обработка резанием.

Обработкой резанием называется обработка, заключающаяся в образовании новых поверхностей путем деформирования, разрушения и последующего отделения лишних слоев материала с образованием стружки.

Принцип обработки резанием представлен схематично на рис. 1.1. В непосредственной близости от твердого тела 1 совершает определенное относительное движение другое более твердое тело 2 двух принципиально различных форм: округлой (рис.1, а) и клинообразной (рис. 1, б). Если внешние контуры этих тел по ходу движения пересекутся, то тело 2, проникнув в контур тела 1, вызовет интенсивное деформирование и разрушение его слоя на участке пересечения контуров тел. Этот «лишний» слой тела 1 после деформирования и

разрушения отделяется в виде некоторого тела 3. В результате этого на контуре тела 1 появляется новая поверхность. Так происходит обработка резанием.

Упомянутые три тела, участвующие в процессе резания, будем называть компонентами обработки резанием. Каждое из них имеет определенное название и обозначение:

тело 1 (предмет обработки) называется заготовкой 3;

тело 2 (средство обработки) называется режущим инструментом И;

тело 3 (отход обработки) называется стружкой С.

а)

б)

Рис. 1.1. Схема процесса резания при абразивной (а) и лезвийной (б) обработках: 1 — заготовка 3; 2 — режущий инструмент И;

3 — стружка С; 4 — обрабатываемая поверхность; 5 — обработанная поверхность

На заготовке (рис. 1.1) можно указать обрабатываемую 4 и обработанную 5 поверхности. Обрабатываемой поверхностью называется исходная поверхность заготовки, частично или полностью удаляемая при обработке. Обработанная поверхность — это поверхность, образованная на заготовке в результате обработки. Она является как бы конечным результатом обработки резанием. Обработанная поверхность, а также относительно малый слой заготовки, примыкающий к ней (так называемый поверхностный слой), должны удовлетворять всем требованиям, предъявляемым к данной поверхности детали производимой машины по точности формы и размеров, шероховатости, структуре, химическому составу, механическим свойствам, наводимым при обработке напряжениям и т. д. Вся совокупность характеристик обработанной поверхности и поверхностного слоя заготовки, связанного с этой поверхностью, носит название качества обработки.

На рис. 1.2 изображены примеры обрабатываемой и обработанной поверхностей для некоторых разновидностей обработки резанием.

а)б)

в)г)

Рис. 1.2. Поверхности заготовки при подрезании торца на токарном станке (а), сверлении (б), торцовом фрезеровании (в) и плоском шлифовании (г):

1 — обрабатываемая поверхность; 2 — обработанная поверхность

Образование обработанной поверхности требуемого качества в большей мере относится к достаточному условию процесса резания, т. к. такая же поверхность на заготовке в принципе может быть получена и другими видами обработки, например, в результате обработки давлением. Необходимым же условием существования процесса резания является наличие стружки при образовании поверхности, т. е., иными словами, без стружки нет резания.

Для обеспечения этого важного условия процесса резания режущий инструмент в той своей части, которая проникает под отделяемый слой заготовки, должен быть достаточно острым, т. е. иметь какое-то острие. Остриё инструмента, имеющее округлую форму (округлый режущий элемент) и выполненное из кристаллического, преимущественно неметаллического, материала, носит название абразивного зерна. Абразивные зерна образуются в результате механического дробления (измельчения) исходных конгломератов (кусков) ин

струментального материала. Обработка резанием абразивными зернами называется абразивной обработкой (рис. 1.1, а). Остриё же, имеющее клинообразную форму (клинообразный режущий элемент) с четко оформленными гранями, называется лезвием инструмента. Лезвия образуются путем соответствующей обработки резанием. Обработка резанием лезвиями называется лезвийной обработкой (рис. 1.1, б).

Процесс резания осуществляется на специальной обрабатывающей машине, которая называется металлорежущим станком. Заготовка и режущий инструмент закрепляются на станке с помощью специальных устройств, называемых станочными приспособлениями. Во время обработки создаётся замкнутая система (рис. 1.3) последовательно соединенных элементов: станок Ст — приспособление для инструмента Пи — инструмент И — заготовка З — приспособление для заготовки Пз — станок Ст. Такая система не так давно была названа технологической системой обработки резанием (старое ее обозначение СПИД: станок — приспособление — инструмент — деталь). Она состоит, как это показано на рис. 1.3, из четырех подсистем: подсистемы процесса резания ИЗ, подсистемы инструмента ПиИ, подсистемы станка Ст, подсистемы заготовки ПзЗ. Каждая из этих подсистем и технологическая система в целом имеют комплекс характеристик (жесткость, прочность, виброустойчивость, теплораспределение, надежность, долговечность и др.), которые оказывают весьма существенное влияние на различные стороны процесса резания и все его конечные результаты.

Подсистема

инструмента

Подсистема

заготовки

Рис. 1.3. Структура технологической системы обработки резанием

Эти подсистемы рассматриваются в ряде специальных курсов:

подсистема ИЗ — в курсе «Теория резания»;

подсистема Ст — в курсе «Металлорежущие станки»;

подсистема ПиИ — в курсах «Проектирование режущего инструмента» и «Технология инструментального производства»;

подсистема ПзЗ — в курсе «Проектирование станочных приспособлений».

Технологическая система в целом является предметом рассмотрения в курсе «Технология машиностроения».

Элементы режущего инструмента

Рассмотрим основные элементы режущего инструмента и связанные с этим принципы классификации общих видов процесса резания.

Современный режущий инструмент представляет собой достаточно массивное тело, оснащенное одним режущим элементом (острием) или каким-то их множеством. В зависимости от формы режущих элементов можно выделить две большие группы режущего инструмента. Инструмент, режущими элементами которого являются абразивные зерна, называется абразивным режущим инструментом. Тот инструмент, у которого в качестве режущих элементов используются лезвия, называется лезвийным режущим инструментом.

Режущий инструмент состоит, как правило, из трех функциональных частей: 1) режущей части, представляющей собой совокупность всех режущих элементов (абразивных зерен или лезвий);

\ с» w

2) крепежной части, служащей для крепления на станке и передачи или восприятия усилий резания; 3) корпусной части, соединяющей режущую и крепежную части. Крепежная часть режущего инструмента может быть в виде державки (у резца), хвостовика (у внутренней протяжки, сверла, зенкера), посадочного отверстия (у фрезы, зуборезного долбяка), направляющих типа «ласточкин хвост» (у призматического фасонного резца) и других конструктивных элементов. Корпусная часть наиболее наглядно представляется в виде монолитного корпуса (у торцовой фрезы). Во многих же других случаях корпусная часть существует в неявном виде и выступает в форме пластины (у зуборезной гребенки), диска (у зуборезного долбяка, дисковой фрезы), стержня (у резцов), шейки (у круглой протяжки) и т. д.

Лезвие инструмента имеет некоторые важные элементы: переднюю и заднюю поверхности, режущую кромку и вершину (рис. 1.4).

б)в)

г)

Рис. 1.4. Элементы токарного проходного резца (а), угловой концевой фрезы (б), периферийно-торцовой фрезы (в) и винтового сверла (г):

1 — передняя поверхность; 2 — главная задняя поверхность; 3 — вспомогательная задняя поверхность; 4 — главная режущая кромка K; 5 — вспомогательная режущая кромка K’; 6 — вершина лезвия В

Передней поверхностью Ау инструмента называется поверхность лезвия, контактирующая в процессе резания со стружкой, задней поверхностью Аа — поверхность лезвия, контактирующая с поверхностями заготовки. Режущей кромкой K называется кромка,

VyVyvyгр

образуемая пересечением передней и задней поверхностей. Точка или участок режущей кромки, имеющие максимальное проникновение под отделяемый слой, называются вершиной лезвия В.

Режущие кромки и задние поверхности инструмента могут быть главными и вспомогательными. Главной режущей кромкой K принято называть режущую кромку или её часть, осуществляющие удаление слоя заготовки (припуска), вспомогательной же кромкой K’ — часть режущей кромки, обеспечивающую зачистку обработанной поверхности. Участок режущей кромки, находящийся в непосредственном контакте с удаляемым слоем заготовки (припуском), называется рабочим участком режущей кромки. Любую точку, выбранную на режущей кромке для анализа в ее окрестности процесса резания, будем называть рассматриваемой точкой режущей кромки и обозначать для единообразия буквой М. Главной задней поверхностью Аа считается тот участок задней поверхности, который примыкает к главной режущей кромке, вспомогательной задней поверхностью Аа — участок задней поверхности, примыкающий соответственно к вспомогательной режущей кромке. Отдельные виды инструментов могут не иметь вспомогательной режущей кромки, главная же режущая кромка присутствует всегда на всех инструментах.

Все описанное выше иллюстрируется примерами на рис. 1.4.

В зависимости от формы и расположения в зоне резания режущей кромки можно выделить некоторые общие виды процесса резания. Режущая кромка инструмента может быть как прямолинейной,

vyvyvyvyvyT~\

так и криволинейной со сложной пространственной кривизной. В последнем случае процесс резания значительно осложняется, затрудняется при этом исследование физических закономерностей резания и разработка оптимальных условий процесса. В связи с этим можно выделить прямолинейное резание, т. е. резание прямолинейной режущей кромкой, и криволинейное резание, т. е. резание криволинейной кромкой.

Взаимное расположение режущей кромки и относительного движения инструмента и заготовки может давать два вида резания: прямоугольное резание, в котором режущая кромка в каждой своей точке перпендикулярна траектории этой точки в относительном дви

жении резания, и косоугольное резание, в котором условие перпендикулярности режущей кромки и траектории относительного её движения не соблюдается.

Рис. 1.5. Виды резания по характеру проникновения режущей кромки под отделяемый слой: свободное резание (а); полусвободное резание (б);

несвободное резание (в)

Наконец, если смотреть на переднюю поверхность лезвия, то по характеру проникновения режущей кромки под отделяемый слой (по степени проникновения в заготовку) можно выделить три вида резания (рис. 1.5): 1) свободное резание (рис. 1.5, а), когда оба конца режущей кромки (точки A и В) в резании не участвуют, а внедрение режущей кромки в обрабатываемый материал происходит лишь на ограниченном участке её длины (участок MN); 2) полусвободное резание (рис. 1.5, б), когда один конец режущей кромки (точка В) свободен от резания, а внедрение её в материал осуществляется на некотором её участке (участок AM); 3) несвободное резание (рис. 1.5, в), при котором оба конца режущей кромки (точки A и В) участвуют в резании и вся кромка оказывается внедренной в обрабатываемый материал. Полусвободное резание, внешний вид которого изображен на рис. 1.5, б, является самым распространенным видом резания. Несвободное резание, используемое при отрезных и прорезных работах, при обработке пазов, шлицев, зубьев, канавок и других внутренних элементов деталей, отличается особо тяжелыми условиями работы лезвия: большим давлением, ухудшенным внутренним теплоотводом из зоны резания, пониженным доступом смазывающе-охлаждающей жидкости (СОЖ), повышенным износом лезвия на концах режущей кромки (точки A и В), низкой прочностью этих участков и т. д.

а)

б)

в)

Диалектика процесса резания

Процесс резания, содержащий всего три компонента, представляет собой довольно значительную сложность. Эта сложность носит диалектический характер, т. е. он постоянно изменяется в течение всего процесса резания.

Дело в том, что на ход процесса резания оказывает влияние множество обстоятельств, определяемых схемой резания, условиями обработки, внешними и внутренними характеристиками инструмента и заготовки и т. д. К этим обстоятельствам можно отнести форму и размеры инструмента и заготовки, характеристики их относительного движения, вид и способ подвода к зоне резания смазывающе- охлаждающей жидкости, физические характеристики инструмента и заготовки, такие как механические, электрические, тепловые и другие свойства, химический состав, структурно-фазовое состояние и прочие характеристики. Все эти независимые от процесса резания величины, определяющие условия его протекания, будем называть параметрами процесса резания. В ходе процесса резания происходит появление каких-то новых характеристик, определяющих его состояние и конечные результаты, или изменение прежних характеристик под влиянием самого процесса резания. Эти зависимые от процесса резания величины различной физической природы, определяющие его состояние и конечные результаты, назовем показателями процесса резания. К показателям процесса резания можно отнести, например, силы резания, температуру резания, коэффициент усадки стружки, относительный сдвиг, напряжения, высоту нароста, период стойкости инструмента и т. д.

Параметры и показатели процесса резания, родственные с физической точки зрения, взаимодействуют между собой по определенным физическим законам. Процесс взаимодействия физически родственных параметров и показателей процесса резания представляет собой физическое явление.

В процессе резания возникает целый ряд физических явлений: механические, тепловые, термомеханические, термохимические, электрические, электромагнитные и др. Эти явления протекают одновременно, связаны между собой и оказывают сложное влияние друг на друга, что и определяет диалектическую сложность процесса резания.

Сложность обстановки в зоне резания можно оценить по следующему примерному описанию. При движении инструмента через контур заготовки со скоростью, доходящей в отдельных случаях до

нескольких десятков метров в секунду, он испытывает со стороны заготовки значительное сопротивление, определяемое механическими свойствами её материала. При этом возникают силы резания, доходящие в отдельных случаях до десяти тонн, что при малых площадках контакта инструмента со стружкой и заготовкой вызывает давление в зоне резания иногда (1. 2)10 МПа. Такое давление определяет значительные пластические деформации обрабатываемого материала — параметры кристаллической решетки металла изменяются в отдельных случаях в 10…20 раз, что приводит металл к разрушению. Твёрдость отдельных участков заготовки в процессе обработки за счёт деформации увеличивается в 3.. .4 и более раз.

Силы резания совершают большую работу, которая превращается в теплоту. Общее тепловыделение в процессе резания может доходить до нескольких десятков килоджоулей в одну секунду, в результате чего температура поверхностей инструмента достигает иногда 1500-2000 °С. При такой температуре происходят существенные структурные изменения в обрабатываемом и инструментальном материалах вплоть до расплавления их поверхностных слоев.

Высокие температура и давление приводят инструмент к быстрому износу на основе приваривания стружки и заготовки к поверхностям инструмента, интенсивного взаимного диффузионного растворения материалов инструмента и заготовки и других явлений.

Можно было бы продолжить рассмотрение цепочки сложных явлений при обработке резанием, однако приведенных примеров вполне достаточно для понимания сложности этого процесса, трудности его изучения и исследования.

Таким образом, резюмируя, можно отметить, что диалектическая сложность процесса резания и трудность его исследования проявляются в следующем:

Большое количество параметров и показателей, характеризующих процесс резания.

Множество физических явлений, сопровождающих процесс резания.

Одновременность физических явлений.

Взаимосвязь и взаимообусловленность физических явлений процесса резания.

Затруднительность применения при исследовании процесса резания известных закономерностей смежных наук в связи со сложностью форм заготовки и инструмента и условий их взаимодействия.

Эти обстоятельства привели к тому, что в теории резания было разработано множество оригинальных методов исследования процесса резания, получены ценные научные и практические результаты.

ТЛ WW



Страницы: Первая | 1 | 2 | 3 | ... | Вперед → | Последняя | Весь текст




sitemap
sitemap