При механической обработке мягкой стали образуется стружка. Виды и направление схода стружки при токарной обработке. Тепловые явления процесса резания

Установки для автоматической сварки продольных швов обечаек - в наличии на складе!
Высокая производительность, удобство, простота в управлении и надежность в эксплуатации.

Сварочные экраны и защитные шторки - в наличии на складе!
Защита от излучения при сварке и резке. Большой выбор.
Доставка по всей России!

Процесс резания (стружкообразования) является сложным физическим процессом, сопровождающимся большим тепловыделением, деформацией металла, износом режущего инструмента и наростообразованием на поверхности инструмента. Знание закономерностей процесса резания и сопровождающих его явлений позволяет рационально управлять этим процессом и изготовлять детали более качественно, производительно и экономично.

При резании различных материалов образуются следующие стружки (рис. 2.6): сливные (непрерывные), скалывания (элементные) и надлома.

Сливная стружка (рис. 2.6, а) образуется в процессе резания пластичных металлов (например, мягкой стали, латуни) при высокой скорости резания, малых подачах и температуре 400... 500 °С. Образованию сливной стружки способствует уменьшение угла резания δ (при оптимальном значении переднего угла γ) и высокое качество СОЖ (смазочно-охлаждающая жидкость). Угол резания δ= 90° - λ = α + β, где α - задний угол резания; β - угол заострения.

Стружка скалывания (рис. 2.6,5) состоит из отдельных связанных один с другим элементов и имеет пилообразную поверхность. Такая стружка образуется в процессе резания твердой стали и некоторых видов латуни при малой скорости резания и больших подачах. При изменении условий резания стружка скалывания может перейти в сливную, и наоборот.

Стружка надлома (рис. 2.6, в) образуется при резании мало- пластичных материалов (чугуна, бронзы) и состоит из отдельных кусочков.

Режущий инструмент деформирует не только слой, но и поверхностный слой обрабатываемой детали. Деформация поверхностного слоя металла зависит от различных факторов, ее глубина составляет от сотых долей до нескольких десятых долей миллиметра. Под действием деформации поверхностный слой металла упрочняется, увеличивается его твердость и уменьшается пластичность, т.е. происходит так называемый наклеп обрабатываемой поверхности.

Чем мягче и пластичнее обрабатываемый металл, тем интенсивнее процесс образования наклепа. Чугуны обладают значительно меньшей способностью к упрочнению, чем стали. Глубина и степень упрочнения при наклепе возрастают с увеличением подачи и глубины резания и уменьшаются с увеличением скорости резания. При работе плохо заточенным инструментом глубина наклепа примерно в два-три раза больше, чем при работе острозато- ченным инструментом. Применение СОЖ (смазочно-охлаждающая жидкость) значительно уменьшает глубину и степень упрочнения поверхностного слоя.

При обработке металлов и, особенно, пластичных материалов (например, резцом) в непосредственной близости к режущей кромке резца на его переднюю поверхность налипает обрабатываемый материал, образуя металлический нарост. Этот нарост имеет клиновидную форму, а его твердость в два-три раза превышает твердость обрабатываемого материала. Являясь «продолжением» резца, нарост (рис. 2.7) изменяет геометрические параметры резца (δ 1 <δ, где δ - исходный угол резания; δ 1 - угол резания с учетом нароста), участвует в резании металла и оказывает влияние на результаты обработки, износ резца и силы, действующие на резец.

При обработке нарост периодически скалывается и образуется вновь; отрыв частиц нароста происходит неравномерно по длине режущего лезвия, что приводит к мгновенному изменению глубины резания. Эти периодически повторяющиеся явления увеличивают шероховатость обработанной поверхности. При скорости резания v < 5 м/мин и обработке хрупких металлов, например чугуна, нарост, как правило, не образуется. С увеличением пластичности обрабатываемого металла размеры нароста возрастают. Наибольший нарост на инструменте из быстрорежущей стали образуется при скорости резания v = 10...20 м/мин, а на инструментах из твердых сплавов - при и v > 90 м/мин. На этом основании не рекомендуется производить чистовую обработку на этих скоростях.

С увеличением подачи нарост увеличивается, поэтому при чистовой обработке рекомендуется подача 0,1...0,2 мм/об. Глубина резания существенного влияния на размеры нароста не оказывает.

Для уменьшения нароста рекомендуется уменьшать шероховатость передней поверхности режущего инструмента, по возможности, увеличивать передний угол лезвия γ (например, при γ= 45° нарост почти не образуется) и применять СОЖ. При черновой обработке образование нароста, напротив, благоприятно сказывается на процессе резания.

Продолжение следует…

Понятие о процессе образования стружки

Процесс резания - это процесс образо­вания стружки. Он сопровождается

Сложными физическими явлениями.

Пластическими деформациями, тепло­выделением, образованием нароста на режущей части инструмента и т. д., оказывающими непосредственное влия­ние на работу режущего инструмента, производительность труда и качество обработки.

Заготовка - необработанный кусок ме­таллического материала, по форме на­поминающий деталь, которую оконча­тельно можно получить, например, об­работкой резанием. Слой металла, ко­торый удаляют с заготовки, для того чтобы получить из нее деталь, называ­ют припуском. Следовательно, процесс резания характеризуется снятием при­пуска с заготовки.

Процесс резания на токарном стан­ке может происходить при условии, ес­ли будут осуществляться одновременно два его основных движения (рис. 4, а, б): главное движение / и движе­ние подачи //. Главным движени - е м является вращательное движение, совершаемое заготовкой, на него рас­

ходуется большая часть мощности станка. Если мы подведем к вра­щающейся заготовке резец, то он проточит кольцевую канавку, а чтобы обработать заготовку по всей цилинд­рической поверхности, необходимо пе­ремещение резца вдоль ее осн. Дви­жение подачи - это поступатель­ное движение резца, обеспечивающее непрерывное врезание его в новые слои металла.

На заготовке различают обрабатывае­мую поверхность, обработанную по­верхность и поверхность резания (см. рис. 4).

4 ДВИЖЕНИЯ И ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКЕ:

А - при наружном точении, б - при под­резании и отрезании; 1 - обрабатывае­мая поверхность, 2 - поверхность реза­ния, 3 - обработанная поверхность; I- главное движение, II-движение подачи

Обрабатываемой называют по­верхность 1, с которой должен быть удален слой металла; обработан­ной называют поверхность 3, получен­ную после снятия стружки (слоя ме­талла). Поверхность 2, образуемая на обрабатываемой заготовке непосредст­венно режущей кромкой инструмента, называют поверхностью реза - н и я. Поверхность резания может быть конической, цилиндрической, плоской (торцовой) и фасонной.

В машиностроении применяют разно­образные по форме и размерам режу­щие инструменты, но принцип работы всех их в основном сходен. Поэтому процесс образования стружки целесо­образно рассматривать на примере ра­боты резца - наиболее простого режу­щего инструмента.

Резец 3 (рис. 5) под действием силы Р, передаваемой рабочим механизмом станка, врезается в поверхностный слой заготовки /, сжимая его. Процесс сжатия сопровождается упругими и пластическими деформациями. При дальнейшем углублении резца возрас­тают и внутренние напряжения в по­верхностном слое. Когда они достигнут величины прочности обрабатываемого металла, сжатый элемент 2 его скалы­вается и сдвигается вверх по поверх­ности резца. Последующее движение резца сжимает, скалывает и сдвигает очередные элементы металла, образуя стружку.

В зависимости от условий обработки металлического материала образуется стружка различной формы. Элементная стружка (стружка скалывания) получается при обработке твердых и маловязких материалов с малой скоростью резания (например, твердая сталь). Отдельные элементы такой стружки слабо связаны между

5 ПРОЦЕСС ОБРАЗОВАНИЯ СТРУЖ­КИ:

I - заготовка, 2 - элементы стружки,

ВИДЫ СТРУЖКИ:

А - скалывания, б - ступенчатая, надлома, г, д - сливная

Собой или совсем не связаны (рис. 6,а). Ступенчатая стружка образуется при обработке стали средней твердос­ти, алюминия и его сплавов со средней скоростью резания. Она представляет собой ленту с гладкой поверхностью со стороны резца и зазубренную с внеш­ней стороны (рис. 6, б). Сливная стружка получается при обработке с высокой скоростью мягкой стали, меди, свинца, олова. Эта стружка имеет вид длинной без зазубрин ленты или плоской спирали (рис. 6, г, (?).

Стружка надлома образуется при резании малопластичных материа­лов (чугуна, бронзы) и имеет вид как бы отдельных вырванных кусочков (рис. 6, в).

Под действием силы, приложенной к резцу, срезаемый слой металла сжимается. Процесс сжатия, как и процесс растяжения, сопровождается упругими и пластическими деформациями.

По мере возрастания пластической деформации, повышаются напряжения в срезаемом слое, и когда последние достигают величины, превышающей предел прочности металла, происходит сдвиг (скалывание) и отделение частицы металла, или, как говорят, элемента стружки. Такое отделение происходит в направлении плоскости сдвига (скалывания) CD, расположенной под определенным углом к передней поверхности резца

После скалывания первого элемента стружки начинается сжатие и деформирование следующего, так же как и первого, пока напряжения в нем не достигнут виличины, превышающей предел прочности металла по второй плоскости сдвига (скалывания) параллельно первой, после этого произойдет отделение нового элемента стружки.

Таким образом, процесс резания металлов можно рассматривать как процесс последовательного сдвига (скалывания) частиц металла в виде следующих друг за другом элементов стружки - 1, 2, 3, 4 и т.д. (см. рис. 16).

Виды стружек. Разные металлы при обработке резцом образуют стружку различной формы. Если обрабатываемый металл хрупок (чугун, бронза), то стружка получается в виде отдельных мелких кусочков неправильной формы (рис. 17, г). Такая стружка называется стружкой надлома. Если обрабатывается пластичный металл (мягкая сталь, алюминий), то отдельные элементы не отделяются друг от друга и стружка сходит с резца в виде ленты, завивающейся в спираль (рис. 17, в). Такая стружка называется сливной. При обработке металлов средней твердости, например стали 45 со скоростью 5-15 м/мин, образуется стружка ступенчатая (рис. 17, б). Она состоит из отдельных элементов, слабо связанных между собой. Внутренняя поверхность такой стружки (обращенная к резцу) гладкая, а внешняя ступенчатая. При обработке металлов средней твердости с очень малой скростью (0.5-2 м/мин) резцом с малым передним углом (0-5°) образуется элементная стружка (рис. 17, а). Она состоит из отдельных сдеформированных элементов, не связанных между собой.

Виды и типы стружки

Существует 10 видов стружки:

Желтая стружка

Для создания пусковых установок С-класса.

Зеленая стружка

Для содания луков С-класса.

Красная стружка

Для создания огнестрельного оружия С-класса. Для Элитных маяков силы Огня.

Черная стружка

Для создания оружия ближнего боя (мечей, топоров, булав, копий, кинжалов) С-класса, а также для создания Элитных Маяков силы Тьмы.

Синяя стружка

Для создания посохов С-класса. Для Элитных маяков силы Ветра.

Бархатная стружка

Для Элитных маяков силы Земли.

Лиловая стружка

Для создания оружия и щитов А-класса. Для создания Брони С-класса.

Белая стружка

Для Элитных маяков Священной силы.

Оливковая стружка

Для создания Антигравитационных ускорителей

Морская стружка

Для Элитных маяков силы Воды.

И три типа стружки:

Стружка типа А - Для создания оружия 30~35 уровня

Стружка типа В - Для создания оружия 40 уровня

Стружка типа С - Для создания оружия 45 уровня

Дата публикования: 2014-12-11 ; Прочитано: 1085 | Нарушение авторского права страницы | Заказать написание работы

сайт - Студопедия.Орг - 2014-2019 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.003 с) ...

Отключите adBlock!
очень нужно

Парфеньева И.Е. ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ. М.: Учебное пособие, 2009

1. Общая характеристика обработки резанием

Общая характеристика обработки резанием. Сущность процесса резания. Виды стружек. Силы резания. Тепловые явления процесса резания. Наростообразование при резании. Вибрации при резании.

1.1. Общие сведения

Обработка металлов резанием – это процесс срезания режущим инструментом с поверхности заготовки слоя металла в виде стружки для получения необходимой геометрической формы, точности размеров, взаиморасположения и шероховатости поверхностей детали.

Заготовками для деталей служат отливки, поковки и штамповки, сортовой прокат. Используются как черные так и цветные металлы.

Слой металла, удаляемый с заготовки при резании, называется припуском .

В зависимости от применяемого инструмента различают следующие виды обработки материалов резанием:

1. Лезвийная обработка (резцы, фрезы, сверла и др.)

2. Абразивная обработка (круги, бруски, пасты и др.)

3. В физико-химических средах (электролиты, плазма, луч лазера и др.).

1.2.Сущность процесса резания

Резание металлов – сложный процесс взаимодействия режущего инструмента и заготовки, сопровождающийся определенными физическими явлениями. Упрощенно процесс резания можно представить в виде следующей схемы (рис.1.). В начальный момент процесса резания движущийся резец под действием силы Р вдавливается в металл, в срезаемом слое возникают упругие деформации. При дальнейшем движении резца упругие деформации, накапливаясь по абсолютной величине, переходят в пластические. В прирезцовом срезаемом слое материала заготовки возникает сложное упругонапряженное состояние. В плоскости, перпендикулярной траектории движения резца, возникают нормальные напряжения , а в плоскости, совпадающей с траекторией движения резца, - касательные напряжения . Наибольшие касательные напряжения действуют у вершины резца А , уменьшаясь до нуля по мере удаления от нее. Нормальные напряжения вначале действуют как растягивающие, а затем быстро уменьшаются и, переходя через нулевое значение, превращаются в напряжения сжатия.

Под действием нормальных и касательных напряжений срезаемый слой пластически деформируется. Рост пластической деформации приводит к сдвиговым деформациям, т.е. к смещению частей кристаллов относительно друг друга. Это происходит, когда возникающие напряжения превосходят предел прочности обрабатываемого материала. Сдвиговые деформации происходят в зоне стружкообразования АВС , причем они начинаются в плоскости АВ и заканчиваются в плоскости АС – скалыванием элементарного объема металла и образованием стружки. Далее процесс повторяется и образуется следующий элемент стружки и т.д.

Условно принято считать, что сдвиговые деформации происходят по плоскости ОО , которую называют плоскостью сдвига. Плоскость сдвига ОО располагается примерно под углом = 30? к направлению движения резца. Угол называют углом сдвига. Он не зависит от геометрических параметров режущего инструмента и свойств обрабатываемого материала.

Срезанный и превращенный в стружку слой металла дополнительно деформируется вследствие трения стружки о переднюю поверхность инструмента.

Рис.1. Схема упругонапряженного состояния металла при обработке резанием

Структура металла зоны АВС и стружки резко отличаются от структуры основного металла. Структура основного металла состоит из равноосных зерен. В зоне АВС зерна сильно измельчены и вытянуты в определенном направлении, совпадающем с направлением плоскости О1 О1 , которая с плоскостью сдвига составляет угол . Для хрупких материалов пластическая деформация практически отсутствует и угол близок к нулю, а при резании деталей из пластичных материалов значение угла доходит до 30 град. У передней поверхности резца слои стружки искривляются и располагаются почти параллельно ей.

Следовательно, резание может быть представлено как процесс последовательного упругого и пластического деформирования срезаемого слоя металла, а затем его разрушения.

1.3. Виды стружек

В зависимости от обрабатываемого материала, условий резания, геометрии режущего инструмента изменяется характер стружки. Стружка при резании может быть (рис.2):

сливная – сходит в виде ленты, закручивающейся в спираль. Поверхность ее, обращенная к резцу, чистая и гладкая. С обратной стороны она имеет небольшие зазубрины. Образуется при обработке пластичных материалов (мягкой стали, латуни, алюминия и др.) со значительными скоростями скольжения и небольшими подачами инструмента с оптимальными передними углами. Образованию сливной стружки способствует увеличение переднего угла , уменьшение толщины среза a , повышение скорости резания, а также увеличение пластичности обрабатываемого материала;

скалывания – состоит из отдельных связанных между собой элементов. Обращенная к резцу сторона ее гладкая, а противоположная имеет большие зазубрины. Образуется при обработке металлов средней твердости с невысокими скоростями резания и значительными подачами резцов, имеющих небольшие передние углы;

надлома – состоит из отдельных не связанных или слабо связанных между собой элементов стружки. Образуется при обработке хрупких материалов (чугуна, бронзы, некоторых сплавов алюминия). Обработанная поверхность имеет большие неровности.

Рис.2. Виды стружек:

a - сливная; б - скалывания; в - надлома

Стружка, образующаяся в процессе резания, подвергается значительной деформации, одним из проявлений которой является ее усадка .

Усадка состоит в том, что длина стружки становится меньше длины обработанной поверхности, а толщина – больше толщины срезанного с заготовки слоя металла. Ширина стружки при этом практически не изменяется. Величина усадки характеризуется коэффициентом усадки:

где Lo – длина обработанной поверхности; L – длина стружки; ho –толщина срезаемого с заготовки слоя; h – толщина стружки.

Величина усадки стружки зависит от свойств обрабатываемого материала, режима резания, геометрических параметров инструмента и др. Для хрупких материалов , для пластичных . Использование СОЖ усадку стружки меньшает.

1.4. Силы резания

При обработке резанием металл оказывает сопротивление режущему инструменту. Это сопротивление преодолевается силой резания, приложенной к передней поверхности инструмента. Сила резания направлена перпендикулярна передней поверхности резца. Сила резания затрачивается на отрыв элемента стружки от основной массы металла и его деформацию, а также на преодоление трения стружки о переднюю поверхность резца и задней поверхности резца о поверхность резания.

В результате сопротивления металла процессу деформирования возникают реактивные силы, действующие на режущий инструмент (рис.3а).

Рис.3. Схема сил, действующих на резец (а ), и разложение силы резания на составляющие (б )

Это силы упругого (Ру1 и Ру2 ) и пластического (Рп1 и Рп2 ) деформирования, векторы которых направлены перпендикулярно к передней и главной задней поверхностям инструмента. Наличие нормальных сил обуславливает возникновение сил трения Т1 и Т2 , направленных по передней и главной задней поверхностям инструмента. Всю указанную систему сил приводят к равнодействующей силе резания: .

Точка приложения силы R находится на рабочей части главной режущей кромки инструмента. Абсолютная величина, точка приложения и направление в пространстве силы R под влиянием ряда факторов (неоднородность структуры и твердости заготовки, непостоянство срезаемого слоя металла и др.) являются переменными. Поэтому для расчетов используют не равнодействующую силу резания R , а ее составляющие, действующие по трем взаимно перпендикулярным направлениям – Рх , Ру , Рz . Для токарной обработки

ось Х – линия центров станка; ось У – горизонтальная линия, перпендикулярная линии центров станка; ось Z – линия, перпендикулярная плоскости ХОУ (рис.3б).

Сила РZ –вертикальная составляющая силы резания или просто сила резания. Действует в плоскости резания в направлении главного движения. По силе Рz определяют крутящий момент на шпинделе станка, эффективную мощность резания, деформацию изгиба заготовки в плоскости ХОZ , изгибающий момент, действующий на стержень резца, а также ведут динамический расчет механизмов коробки скоростей станка.

Сила РУ – радиальная составляющая силы резания. Действует перпендикулярно оси обрабатываемой заготовки в плоскости ХОУ. По силе Ру определяют величину упругого отжатия резца от заготовки, ведут расчет технологической системы на жесткость. Сила Ру стремится оттолкнуть резец от заготовки и деформировать ее. Учитывается при расчете прочности станины и суппорта, способствует появлению вибраций.

Сила РХ – осевая составляющая силы резания. Действует вдоль оси заготовки параллельно направлению продольной подачи. По силе Рz рассчитывают механизм подачи станка, а также изгибающий момент, действующий на стержень резца.

Равнодействующая силы резания определяется как диагональ параллепипеда, построенного на составляющих сил:

Каждая из составляющих силы резания определяется по эмпирическим формулам вида: , Н

где – коэффициент, учитывающий физико-механические свойства материала обрабатываемой заготовки;

– коэффициент, учитывающий факторы, не вошедшие в формулу (величины углов резца, материал резца и др.)

– глубина резания, мм;

S – подача, мм/об;

V – скорость резания, м/мин;

Показатели степеней.

Величины коэффициентов и показателей степеней выбираются из справочников для конкретных условий обработки. Аналогичные формулы существуют и для определения сил Ру и Рz .

Между указанными силами имеется примерно следующее соотношение:

Крутящий момент на шпинделе станка: , н·м,

где D заг –диаметр заготовки, мм

Эффективной мощностью N е называют мощность, расходуемую на процесс деформирования и срезания с заготовки слоя металла. При точении цилиндрическойповерхности на токарно-винторезном станке эффективная мощность

, кВт

где n –частота вращения заготовки, об/мин.

Величина мощности от силы составляет 1-2% от всей мощности. Поэтому ею пренебрегают и мощность N е определяют по формуле:

Мощность, расходуемая электродвигателем ,

где - к.п.д. станка, равный 0,7 – 0,8.

1.5. Тепловые явления процесса резания

При резании вся механическая работа превращается в тепловую энергию. Количество теплоты Q , выделяющееся при резании в единицу времени (тепловая мощность), определяется по формуле: , Дж,

где РZ - сила резания, V - скорость резания.

Образующееся в зоне резания тепло распределяется между заготовкой, стружкой, режущим инструментом и окружающей средой.

Причинами образования теплоты являются упругопластическое деформирование в зоне стружкообразования, трение стружки о переднюю поверхность инструмента, трение задних поверхностей инструмента о заготовку. Тепловой баланс процесса резания можно представить следующим тождеством:

где: Q Д – количество теплоты, выделяющейся при упругопластическом деформировании обрабатываемого материала;

Q П.П – количество теплоты, выделяющейся при трении стружки о переднюю поверхность инструмента;

Q З.П . – количество теплоты, выделяющейся при трении задних поверхностей инструмента о заготовку;

Q С – количество теплоты, отводимое стружкой;

Q И – количество теплоты, отводимое режущим инструментом;

Q Л – количество теплоты, переходящее в окружающую среду (теплота лучеиспускания).

По данным многих исследований, количество теплоты, отводимое стружкой, составляет (25-85)% всей выделяющейся теплоты, заготовкой (10-50)%, режущим инструментом (2-8)%. Количественное распределение теплоты зависит главным образом от скорости резания (рис.4). С увеличением скорости резания отводимое стружкой тепло увеличивается, а заготовкой, инструментом, окружающей средой – уменьшается.

Рис.4. Распределение теплоты резания в зависимости от скорости резания

Соотношение членов в уравнении теплового баланса не постоянны и изменяются в зависимости от физико-механических свойств обрабатываемого материала, условий резания и материала инструмента, условий обработки и др.

Увеличение подачи S повышает температуру в зоне резания, но менее интенсивно, чем при увеличении скорости резания V . Еще меньшее влияние на температуру оказывает глубина резания t .

Влияние геометрии резца:

1.С увеличением угла резания и угла в плане температура в зоне резания возрастает.

2.С увеличением радиуса закругления при вершине температура в зоне резания уменьшается.

Теплообразование отрицательно влияет на процесс обработки. Обработка должна производится без перегрева режущего инструмента. Так для работы инструмента из углеродистой стали температура в зоне резания не должна превышать (200-250)град C, из быстрорежущей стали (550-600) град C, инструментом, оснащенным твердыми сплавами – (800-1000) град C, а минералокерамикой – (1000-1200) град C; абразивными материалами – (1800-2000) град C. Нагрев инструмента выше указанных температур вызывает структурные превращения в материале, из которого инструмент изготовлен, снижение его твердости и потерю его режущих способностей. Также происходит изменение геометрических размеров инструмента, что влияет на точность размеров и геометрическую форму обработанных поверхностей. Нагрев заготовки вызывает изменение ее геометрических размеров. Вследствие жесткого закрепления заготовки на станке она начинает деформироваться. А это приведет к снижению точности обработки.

Для уменьшения отрицательного влияния теплоты на процесс резания обработку следует вести в условиях применения смазочно-охлаждающих сред (СОЖ).

1.6. Наростообразование при резании

При резании пластичных материалов (сталь, латунь) происходит явление, получившее название наростообразования, когда на передней поверхности резца у режущей кромки образуется плотное скопление частиц металла, прочно укрепляющееся на передней поверхности инструмента. Образование нароста объясняется тем, что при некоторых условиях обработки (высокие давления, значительные температуры в зоне контакта стружки с резцом) силы трения между передней поверхностью инструмента и срезанным слоем металла становятся больше сил внутреннего сцепления, и при определенных температурных условиях металл прочно оседает на передней поверхности инструмента. Размеры и форма нароста постоянно меняются. Он периодически разрушается, уносится стружкой и образуется вновь.

Рис.5. Схема образования нароста

Металл нароста деформирован, и твердость его значительно (иногда в 2-3 раза) превосходит твердость обрабатываемого металла.

Угол резания на наросте меньше угла резания на резце , вследствие этого несколько уменьшаются затраты мощности на резание. Нарост защищает вершину резца и режущую кромку от преждевременного изнашивания. Точность и качество обработки поверхностей при наросте ухудшаются. Возрастает шероховатость поверхностей. Поэтому при черновой обработке, где качество поверхности не имеет особого значения, нарост благоприятно влияет на резание, а при чистовой обработке, когда качество обработанной поверхности важно, образование нароста вредно и его следует избегать.

Установлено, что интенсивность образования нароста в значительной степени зависит от скорости резания. Наибольшее наростообразование имеет место при скоростях резания 18-30 м/мин, а при скоростях резания до 10-12 м/мин и более 50-70 м/мин нарост на режущем инструменте практически не образуется. Поэтому чистовую обработку выполняют на повышенных скоростях резания.

С увеличением подачи S размеры нароста увеличиваются. Поэтому при чистовой токарной обработке рекомендуются подачи 0,1 - 0,2 мм/об.

Глубина резания t существенного влияния на размеры нароста не оказывает.

С увеличением угла резания нарост увеличивается. Применение СОЖ уменьшает нарост.

При прерывистом резании (строгание, фрезерование) нарост обычно не удерживается на режущей кромке.

1.7. Вибрации при резании

Вследствие нежесткости элементов технологической системы СПИД (станок–приспособление–инструмент–деталь) всегда возникают колебания инструмента относительно заготовки, которые называют вибрациями при резании.

Вибрации отрицательно влияют на процесс резания:

• снижают качество обработанной поверхности
• усиливается динамический характер силы резания, а нагрузки на движущиеся детали и сборочные единицы станка усиливаются в десятки раз – особенно в условиях резонанса, когда частота собственных колебаний системы СПИД совпадает с частотой колебаний при обработке резанием
• резко снижается стойкость инструмента, особенно с пластинками из твердых сплавов
• возникает шум, утомляюще действующий на окружающих людей, и производительность труда снижается.

Основные меры борьбы с вибрациями:

• повышение жесткости технологической системы
• уменьшение массы колебательных систем
• применение виброгасителей (динамических, гидравлических, упругих)
• подбор оптимальных режимов резания и геометрии режущего инструмента.

Однако при обработке труднообрабатываемых материалов вибрации играют положительную роль. Для обработки таких материалов применяют вибрационное резание. Сущность вибрационного резания состоит в том, что в процессе обработки создаются искусственные колебания инструмента с регулируемой частотой и заданной амплитудой в определенном направлении. Источники колебаний – механические вибраторы или высокочастотные генераторы. Частоту колебаний задают от 200 до 20000 Гц, амплитуду колебаний – от 0,02 до 0,002 мм. Колебания задают по направлению подачи или по направлению скорости резания.

Fireline

К атегория:

Токарное дело

Понятие о процессе образования стружки

Детали машин изготовляют из заготовок. Слой металла, который срезают с заготовки во время обработки, называют припуском. Заготовка - предмет производства, из которого изменением формы, размеров, шероховатости поверхности и свойств материала изготовляют деталь.

Процесс резания сопровождается сложными физическими явлениями (пластическими и упру-

гими деформациями заготовки, тепловыделением, образованием нароста на режущей части инструмента), которые оказывают большое влияние на работу режущего инструмента, производительность труда и качество обработки. Для осуществления процесса резания на токарном станке необходимы два движения: главное движение и движение подачи. Главным движением является вращательное движение заготовки; на него расходуется большая часть мощности станка. Если подвести к вращающейся заготовке резец, то он проточит кольцевую канавку, а чтобы обработать заготовку по всей цилиндрической поверхности, необходимо перемещение резца вдоль ее оси.

Движение подачи - это поступательное движение резца, обеспечивающее непрерывное врезание его в новые слои металла.

На обрабатываемой заготовке различают следующие поверхности:
— обрабатываемая - поверхность, с которой должен быть срезан слой металла;
— обработанная - поверхность, полученная на заготовке после срезания слоя металла (стружки);
— поверхность резания - образуемая на обрабатываемой заготовке непосредственно режущей крлмкой. Поверхность резания может быть конической, цилиндрической, плоской (торцовой) и фасонной, в зависимости от формы режущей кромки резца и расположения ее относительно детали.

В машиностроении применяют различные режущие инструменты, но принцип их работы в основном сходен. Наиболее простой режущий инструмент - резец. Его режущая часть представляет собой тело клиновидной формы, которое под действием силы Р, передаваемой рабочим механизмом станка, врезается в поверхностный слой заготовки, сжимая его (рис. 5). В этом сжатом слое возникают внутренние напряжения. Когда при дальнейшем углублении резца внутренние напряжения превысят силы сцепления между молекулами металла, сжатый элемент 2 скалывается и сдвигается вверх по рабочей поверхности резца. Последующее движение резца сжимает, скалывает и сдвигает очередные элементы металла, образуя стружку*.

1. ДВИЖЕНИЯ , ОСУЩЕСТВЛЯЕМЫЕ СТАНКОМ , И ПОВЕРХНОСТИ НА ОБРАБАТЫВАЕМОЙ ЗАГОТОВКЕ : а - при наружном точении, б - при подрезании и отрезании; 1 - обрабатываемая поверхность, 2 - поверхность резания, 3 -обработанная поверхность; I- главное движение, II - движение подачи

2. ПРОЦЕСС ОБРАЗОВАНИЯ СТРУЖКИ : 1 - заготовка, 2 - элементы стружки, 3 - резец

В зависимости от условий обработки и обрабатываемого материала образуется стружка различной формы.

Элементная стружка (стружка скалывания) образуется при обработке твердых и маловязких материалов с низкой скоростью резания (например, при обработке твердых сталей). Отдельные элементы такой стружки слабо связаны между собой или совсем не связаны.

Ступенчатая стружка образуется при обработке стали средней твердости, алюминия и его сплавов со средней скоростью резания. Она представляет собой ленту, гладкую со стороны резца и зазубренную с внешней стороны.

Сливная стружка получается при обработке мягкой стали, меди, свинца, олова, некоторых пластмасс при высокой скорости резания. Эта стружка имеет вид спирали или длинной (часто путанной) ленты. Стружка надлома образуется при резании малопластичных материалов (чугуна, бронзы) и состоит из отдельных кусочков.

Процесс резания (стружкообразования) - сложный физический процесс, сопровождающийся большим тепловыделением, деформацией металла, изнашиванием режущего инструмента и наростообразованием на резце. Знание закономерностей процесса резания и сопровождающих его явления позволяет рационально управлять этим процессом и обрабатывать детали более качественно, производительно и экономично.

При резании различных материалов могут образовываться следующие виды стружек: сливные (непрерывные), скалывания (элементные) и надлома.

Рисунок 5.8 Типы стружек: а - сливная, б - скалывания, в - надлома.

Сливная стружка образуется при резании вязких и мягких металлов (мягкая сталь, латунь) с высокой скоростью. Чем больше скорость резания и вязкость обрабатываемого материала, а также меньше угол резания и толщина среза и выше качество смазочно-охлаждающей жидкости, тем стружка ближе к сливной.

Стружка надлома образуется при резании хрупких металлов (бронзы, чугуны). Такая стружка состоит из отдельных, почти не связанных между собой элементов. Обработанная поверхность при образовании такой стружки получается шероховатой, с большими впадинами и выступами. В определенных условиях, например при обработке чугунов средней твердости, стружка надлома может получиться в виде колец. Сходство ее со сливной стружкой только внешнее, так как достаточно сжать такую стружку в руке, и она легко разрушится на отдельные элементы.

Стружка скалывания занимает промежуточное положение между сливной стружкой и стружкой надлома и образуется при обработке некоторых сортов латуни и твердых сталей с большими подачами и относительно малыми скоростями резания. С изменением условий резания стружка скалывания может перейти в сливную, и наоборот.

В целях создания наилучших условий для отвода стружки из зоны резания необходимо обеспечить ее дробление или завивание в спираль определенной длины.

Дробленую стружку в виде колец и полуколец диаметром 10-15 мм и более следует рассматривать как хорошую. Эта стружка, несмотря на то, что занимает меньший объем и легче транспортируется, снижает стойкость инструмента.

Мелкодробленая стружка должна рассматриваться как удовлетворительная. Помимо снижения стойкости резцов такая стружка, разлетаясь во все стороны, попадает на поверхности станка, нарушает нормальную работу его узлов.

Формирование стружки в виде непрерывной спирали, прямой ленты и путаного клубка не удовлетворяет требованиям обработки деталей на станках с ЧПУ и поэтому должно быть исключено.

При некоторых условиях резания на переднюю, поверхность режущей кромки налипает обрабатываемый материал, образуя нарост. Он имеет клиновидную форму, по твердости в 2-3 раза превышает твердость обрабатываемого металла. Являясь как бы продолжением резца, нарост изменяет его геометрические параметры: участвует в резании металла, влияет на результаты обработки, изнашивание резца и силы, действующие не резец. При обработке нарост периодически разрушается (скалывается) и вновь образуется. Часть его уходит со стружкой, а часть остается вдавленной в обработанную поверхность.