Основной способ изготовления деталей.

Обработка металлов резанием это один из основных способов изготовления деталей. Для того чтобы металлическая заготовка приобрела требуемую форму и размеры, чтобы её поверхность была определённого качества, т.е. чтобы заготовка стала деталью, её нужно обработать. Делают это при помощи различного инструмента на металлорежущих станках. Таким образом, обрабатывают и огромные детали гигантских машин, например, роторы гидротурбин с диаметром рабочего колеса свыше 9 метров, гребные валы судов длиной до 30 метров, и детали, которые без микроскопа не рассмотришь.

В этой главе мы постараемся познакомить Вас с основными вопросами и проблемами, которые решает теорией резания, главный из которых- какое количество материала в единицу времени должен снимать станок? Большие скорости резания позволяют быстро изготовить деталь, но поверхность, получаемая при этом, обычно не очень высокого качества, а инструмент нагревается, размягчается и, как следствие, быстро изнашивается, в результате чего, снижается точность обработки. Чтобы этого не случилось, резец надо охлаждать. Выбор способа охлаждения обрабатываемой детали и инструмента также одна из важнейших задач науки о резании.

Скорость резания является основной характеристикой процесса резания. Основной, но не единственной. Процесс резания представляет собой комплекс чрезвычайно сложных явлений, зависящих от физико-механических свойств обрабатываемого материала, качества режущего инструмента, условий резания, состояния станка, жесткости технологической системы.

Как мы уже знаем из предыдущей главы, первые отечественные теоретические и экспериментальные исследования процесса резания были проведены в 1868—1869 гг. профессор Петербургского горного института И. А. Тиме. Им впервые были даны научные основы процесса резания. Изучением теории резания металлов в настоящее время занимается Экспериментальный научно-исследовательский институт металлорежущих станков (ОАО «ЭНИМС»).

 

2.2. Виды стружки.

Профессор И. А. Тиме открыл закономерности процесса образования стружки как последовательного скалывания отдельных элементов металла в определенной плоскости, создал схему этого процесса, дал классификацию стружек, установил зависимость типа стружки от различных условий резания, объяснил явление усадки стружки.

И так, стружка образуется после того, как резец передней частью с начала сожмёт срезаемый слой металла, а потом отделит его от заготовки. Поэтому стружка получается толще и короче, чем должна быть на самом деле. Явление это и было названо усадкой стружки. Из мягких металлов стружка сходит с резца непрерывной лентой и называется сливной. При обработке твёрдых металлов образуется стружка скалывания. При обработке хрупких металлов, например бронзы или чугуна, стружка сходит в виде чешуек или крупных иголок и называется стружка надлома. Форма стружки меняется в зависимости от условий резания. Если резать сталь резцом со стружколомательной канавкой, то при уменьшении подачи стружка перестаёт ломаться и начинает сливаться.

 

2.3. Наклёп

При проходе резца поверхностный слой обрабатываемой заготовки уплотняется, твёрдость его увеличивается, пластичность уменьшается. Этот процесс называется упрочнением, или наклёпом. Глубина наклёпа больше при работе тупым резцом, большой подаче, уменьшении переднего угла.

 

2.4. Нарост.

Небольшой кусочек вязкого металла, приварившийся к режущей кромке резца под действием температуры и давления, называется наростом. Твёрдость его в 2,5-3 раза выше твёрдости обрабатываемого металла, поэтому нарост сам может резать тот металл, из которого образовался. Польза нароста в том, что он предохраняет резец от износа и перегревания, полезен при обдирке. Но нарост ухудшает точность и чистоту обработки, поэтому для чистовой обработки он вреден. При малых и больших скоростях резания нарост не появляется, поэтому чистовую обработку лучше вести на большой скорости резания.

 

2.5. Поверхности обработки.

На заготовке принято различать три вида поверхности: обрабатываемую, обработанную и поверхность резания. Обрабатываемой поверхностью называется поверхность заготовки на том её участке, который подлежит обработке на данной операции. Обработанной поверхностью называется поверхность, которая получается после обработки, т.е. после снятия стружки. Поверхностью резания называется переходная поверхность между обрабатываемой и обработанной поверхностями, образуемая на обрабатываемой детали непосредственно режущей кромкой резца.

Плоскостью резания называется плоскость, касательная к поверхности резания и проходящая через режущую кромку резца. Плоскость, параллельная продольной и поперечной подачам и перпендикулярная к плоскости резания, называется основной.

 

2.6. Подача, глубина резания, площадь поперечного сечения среза.

Подачей s- называется это величина перемещения резца в миллиметрах за один оборот обрабатываемой детали. Глубиной резания t называется половина разности диаметров, измеренная в миллиметрах. Шириной среза называется расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное по поверхности резания, измеряется в мм., обозначается буквой b. Толщиной среза называется расстояние между двумя последовательными положениями режущей кромки за один оборот детали, измеряемое перпендикулярно к ширине срезаемого слоя, измеряется в мм и обозначается буквой a.

 

2.7. Углы резцов.

Рабочая часть резца представляет собой клин (рис.8), главной характеристикой формы которого является угол между передней и главной задней поверхностями резца. Этот угол называется углом заострения и обозначается буквой β. Угол между главной задней поверхностью и плоскостью резания называется задним углом и обозначается α. Угол между передней поверхностью среза и плоскостью, перпендикулярной к плоскости резания, проведённой через главную режущую кромку называется передним углом и обозначается γ. Угол резания дельта δ это угол между передней поверхностью резца и плоскостью резания. Угол наклона режущей кромки λ- это угол, заключённый между главной режущей кромкой и линией, проведённой через вершину резца параллельно основной плоскости. Резцами, у которых угол λ положительный, более стойкие при ударных нагрузках, обдирке, обработке твёрдых металлов. Резцами с отрицательным углом λ обрабатывают мягкие металлы.

2.7.1. Назначение и выбор углов резца.

Углы рабочей части резца существенно влияют на процесс резания. Правильно выбрав углы резца, можно увеличить его стойкость, и, как следствие, продолжительность его работы. Задний угол α служит для уменьшения трения между задней поверхностью резца и обрабатываемой деталью. При необоснованном увеличении заднего угла α уменьшается стойкость резца, и он быстро разрушается. Главным фактором здесь является подача. Чем меньше подача, тем больше может быть задний угол, и наоборот.

Рис. 8. Углы рабочей части резца.

2.8. Установка резца.

Правильная установка резца способствует уменьшению износа резца, повышению точности и качества обрабатываемой поверхности. Возможны три варианта установки резца относительно линии центров станка:

Первый вариант: вершина резца расположена выше линии центров, при этом угол резания уменьшается, что благоприятно сказывается на условиях резания: стружка с меньшим трением сходит по передней поверхности резца, уменьшается сила резания. Но в то же время увеличивается трение задней поверхности резца об обрабатываемую деталь. Режущая кромка стремится углубиться в тело детали, что провоцирует вибрации, вызывает понижение точности и чистоты, а также поломке резца. Такая установка вершины резца допускается выше линии центров на 1\100 диаметра при наружном черновом точении, чистовом растачивании и черновом нарезании резьбы.

Второй вариант: вершина резца находится ниже линии центров. Возрастает трение стружки об переднюю поверхность резца, под действием стружки резец отжимает, что снижает точность обработки. Такая установка вершины резца допускается ниже линии центров на 1\100 диаметра при наружном чистовом обтачивании и черновом растачивании.

Третий вариант: вершина резца устанавливается по линии центров. Такая установка допускается при обработке фасонных поверхностей, чистовом нарезании резьбы, обработке конусов, а так же при отрезании.

 

2.9. Теплота резания.

В процессе резания резец и обрабатываемая заготовка сильно нагреваются. Если режим резания выбран правильно то, в общем случае, около 75% тепла уходит со стружкой, 20% поступает в резец, 4% идёт на разогревание обрабатываемой поверхности и 1% уходит в атмосферу. Но, зачастую, необходимо охлаждение. При неправильных условиях эксплуатации, резец начинает перегреваться и подвергается преждевременному износу.

2.10. Стойкость резца.

Стойкостью резца называется время в минутах его непрерывной работы до затупления. На стойкость резца влияют свойства обрабатываемого материала, материал резца, его углы и форма передней поверхности, скорость резания, площадь поперечного сечения среза, охлаждение. Твёрдые материалы уменьшают стойкость вследствие увеличенного сопротивления процессу резания и повышенному нагреву резца. Наиболее стойким будет резец из наиболее термостойкого материала, кроме того, чем крупнее резец, тем он меньше нагревается. Большое влияние на стойкость имеет скорость резания, её незначительное увеличение может привести к быстрому затуплению резца. Увеличение площади поперечного сечения среза снижает стойкость резца. Охлаждение увеличивает стойкость резца.

2.11. Охлаждение инструмента.

Чтобы предохранить резец от перегревания и преждевременного затупления, применяют охлаждающие жидкости. Охлаждающие жидкости могут обладать не только теплоотводящими но и смазывающими свойствами, что уменьшает трение между резцом и стружкой и резцом и обрабатываемой деталью. Охлаждающая жидкость должна подаваться в нужном количестве и с постоянной скоростью, перерывы в охлаждении приводят к перепадам температуры и растрескиванию резца.

2.12. Влияние различных факторов на выбор скорости резания.

Процесс резания металлов в основном характеризуется скоростью резания – количеством снимаемого материала в единицу времени. Но равную скорость резания можно получить или медленно, снимая толстую стружку (малая подача и большая глубина резания), или быстро – тонкую. Что выгоднее? Что лучше? Рассмотрим влияние основных факторов на выбор скорости и глубины резания.

Свойства обрабатываемого материала. Чем твёрже материал, тем большее усилие нужно для его резания и тем скорее затупится резец в работе. Поэтому при обработке нужно уменьшать скорость резания.

Качество материала резца. Чем более термостоек резец,(твёрдосплавный, керамический), тем большая возможна скорость резания.

Размеры среза. Резец затупляется быстрее при увеличении скорости резания, чем при увеличении сечения среза. Поэтому для увеличения производительности применять увеличение сечения среза и соответственно снижать скорость резания.

Глубина резания и подача. На стойкость резца глубина резания влияет меньше, чем подача, поэтому для производительной работы целесообразно делать больше глубину и меньше подачу.

Размеры резца и углы его заточки. Больший резец лучше отводит тепло, поэтому пригоден для большей скорости резания. Неправильная заточка не позволяет обрабатывать материал с достаточной скоростью резания.

Охлаждение. Применение эмульсии позволяет увеличить скорость резания на 15-20%.

Стойкость резца. Скорость резания должна быть оптимальной, чтобы потери времени от частой переточки резца не перекрывали выгоду от повышения скорости.

Выбор скорости резания нужно делать на основе всего вышеизложенного и ещё многих других факторов.