Тема 2 Обробка металів різанням

Загальні поняття і визначення

Одним із способів впливу на заготовку з метою задати їй відповідну форму і розміри є механічна обробка заготовки різанням. Вона здійснюється металоріжучим інструментом і проводиться на металоріжучих верстатах. Найвигіднішою формою ріжучої частини інструментів є клин, що містить одну або декілька ріжучих кромок. У зоні стику ріжучого клину інструменту і шару заготовки, що зрізується, відбувається складний процес пластичної деформації і руйнування металу, що приводить до утворення стружки і відділення її від заготовки.

Всі види обробки металів, засновані на зрізанні припуску і перетворенні його в стружку визначаються терміном «різання металів».

Для здійснення процесу різання заготовці і ріжучому інструменту необхідно надати певний комплекс рухів.

Сукупність відносних рухів інструменту і заготовки, необхідні для отримання заданої поверхні називаються кінематичною схемою обробки.

Всі принципові схеми обробки різанням засновані на поєднанні двох елементарних рухів – обертального і прямолінійного.

Так, наприклад, при токарній обробці обертальний рух заготовки і поступальний рух різця, паралельні осі обертання заготовки, утворюють сумарний рух різання по гвинтовій спіралі.

Обертальний або прямолінійний рух інструменту або заготовки що відбувається з найбільшою швидкістю в процесі різання називають головним рухом різання D_Г. Воно дозволяє здійснювати процес різання і характеризується швидкістю різання V.

Прямолінійний або обертальний рух інструменту або заготовки швидкість якого менше швидкості головного руху різання називається рухом подачі Ds. Воно дозволяє розповсюдити зняття шару металу на всю оброблювану поверхню. Швидкість руху подачі позначається буквою Vs.

Результуючий рух різання De є сумою векторів двох рухів головного руху різання Dг і рухи подачі De. Його швидкість відповідно позначається Ve.

Залежно від взаємодії ріжучого інструменту з оброблюваними матеріалами розрізняють наступні схеми різання:

1. Вільне ортогональне різання при якому в роботі бере участь тільки одна прямолінійна кромка, перпендикулярна напряму вектора швидкості різання V.

2. Косокутне різання, при якому вектор швидкості різання V не перпендикулярний ріжучої кромки клина ab.

3. Не вільне різання коли в роботі беруть участь дві і більше спряжені ріжучі кромки, що мають різний напрям.

 

Рисунок 2. Схеми різання: 1- вільне ортогональне різання; 2 - косокутне різання;

3 - не вільне різання

 

В процесі обробки заготовок розрізняють такі поверхні:

1.Оброблена поверхня – на якій знятий припуск.

2.Оброблювана поверхня – на якій зрізується шар матеріалу.

3.Проміжна поверхня – поверхня різання.

Рисунок 3. Схема токарної обробки

Елементи режиму різання.

Час необхідний для зрізання припуску залежить від швидкості обертання заготовки, розмірів шару, що знімається, за один прохід різця і кількості проходів. Розміри шару, що знімається, визначається глибиною різання і подачею. Отже швидкість різання, подача і глибина різання є елементами режиму різання, що визначають ефективність проходу. Сукупність їх значень прийнято називати режимом різання.

Розглянемо значення цих величин на прикладі точіння.

- Швидкість різання V – це швидкість розглядуваної точки ріжучої кромки інструменту або заготовки в головному русі. (Швидкість подачі мала в порівнянні з коловою і тому не враховується). Швидкість різання вимірюється в м/хв. при всіх видах обробки, окрім шліфування, стругання або довбання, де її вимірюють в м/с.

Швидкість різання визначається за формулою:

м/хв ,

(1)

де D – діаметр оброблюваної поверхні, n – число обертів шпинделя верстата в хв.:

хв^-1

(2)

 

Подачею S називається переміщення різця за один оборот шпинделя мм/об. Існує ще хвилинна подача – переміщення різця за одну хвилину.

Вона визначається за формулою:

мм/хв.

(3)

 

Частка від ділення довжини проходу різця на хвилинну подачу (хвилинна подача – це швидкість руху подачі) визначає машинний час (час рівний шляху, що ділиться на швидкість):

хв.,

(4)

 

де L – довжина проходу мм, V – швидкість різання м/хв. S – подача мм/об.

Глибина різання t визначається як відстань між оброблюваною і обробленою поверхнями заготовки, виміряна перпендикулярно до останньої; глибина різання вимірюється в мм. При точінні

 

,

(5)

 

де D і d – відповідно діаметри заготовки і деталі, мм. На рис.3 показано положення ріжучої кромки різця після переміщення його на відстань, чисельно рівній подачі; заштрихована ділянка являється площею шару, що зрізується

 

,

(6)

 

де а і b – відповідно товщина і ширина шару, що зрізується, мм.

Ширина зрізу „ b ” вимірюється уздовж леза і представляє його робочу довжину. Товщина „ a ” перпендикулярна ширині „ b ”:

Між товщиною і шириною шару, що зрізується, глибиною різання і подачею існують наступні співвідношення:

,мм,

(7)

 

,мм.

(8)

Основний час, затрачений безпосередньо для здійснення технологічного процесу на металоріжучих верстатах

(хв),

(8)

 

де V_S – шлях пройдений інструментом в напрямку подачі за 1 хв; i – число робочих ходів; l – робоча довжина переміщення інструменту у напрямі руху подачі.

Оброблюваність металів різанням

Оброблюваність метала тобто здатність піддаватися обробці різанням залежить від його властивостей. Найбільш важливі з них:

а) здатність зміцнюватися під дією ріжучого інструменту;

б) напираюча здатність деформованого метала, безпосередньо впливаючого на ріжучу частину інструменту;

в) теплопровідність деформованих шарів металу;

г) рівномірність розподілу структурних складових в сталі, відсутність твердої кірки і твердих включень та інше. Вони визначають режими різання. Основні вимоги, що пред'являються до різання металів як технологічному способу обробки заготовки:

а) висока якість і точність оброблених поверхонь;

б) висока продуктивність праці;

в) економічність їх виконання залежить від комплексу одночасно діючих чинників, які можна розділити на три основні групи. До першої групи відносяться чинники, пов'язані з фізичною природою і структурним станом металу оброблюваної заготовки. Друга група чинників визначається властивостями матеріалу ріжучої частини інструменту, його конструкцією і якісним виконанням. До третьої групи входять чинники, що відображають експлуатаційні умови проведення процесу різання. До показників, що визначають суть терміну «оброблюваність різанням» відносяться:

1. Сила різання (момент обертання) в порівнянні з еталонним металом(звичайно сталь 45), виміряна в рівних режимних умовах.

2. Ефективна потужність, що витрачається на різання в порівнянні з еталонним металом в рівних режимних умовах.

3. Якість поверхонь, оброблених різанням в рівних і оптимальних режимних умовах, оцінюване шорсткістю і залишковою напругою в поверхневих шарах готової деталі.

4. Наявність або відсутність схильності до наростоутворення в рівних умовах різання.

5. Інтенсивність зношування інструменту в порівнянні з різанням еталонного металу.

6. Усадка стружки, як міра пластичної деформації.

7. Теплота, що виділяється при деформації матеріалу шару, що зрізується.

Кількісна оцінка оброблюваності металу за всіма цими показниками допустима лише при дотриманні рівних умов різання, що практично виконати дуже важко. Тому основною характеристикою оброблюваності металу є швидкість різання V при стійкості різця Т = 60 хв., глибині різання t = 2 мм і подачі S = 0,5 мм/с.

Відносною характеристикою оброблюваності служить відношення швидкості різання випробовуваного металу до швидкості різання еталонної сталі при Т=60хв. Значення коефіцієнта оброблюваності К_о різних металів наводяться в довіднику, наприклад:

- вуглецева сталь, С<0,6% - К_о=1;

- вуглецева сталь, С≥0,6% - К_о=0,85;

- хромисті, хромонікелеві, хромомолібденові - К_о=0,8;

- швидкорізальна сталь - К_о=0,6;

- алюміній - К_о=5-6.