ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ, технологич. процессы обработки металлов путём снятия стружки, осуществляемые режущими инструментами на металлорежущих станках с целью придания деталям заданных форм, размеров и качества поверхностных слоев. Осн. виды О. м. р.: точение, строгание, сверление, развёртывание, протягивание, фрезерование и зубофрезерование, шлифование, хонингование и др. Закономерности О. м. р. рассматриваются как результат взаимодействия системы станок - приспособление - инструмент - деталь (СПИД). Любой вид О. м. р. характеризуется режимом резания, представляющим собой совокупность следующих осн. элементов: скорость резания V, глубина резания t и подача s. Скорость резания - скорость инструмента или заготовки в направлении гл. движения, в результате к-рого происходит отделение стружки от заготовки, п о-д а ч а - скорость в направлении дви-жения подачи. Напр., при точении (рис. 1) скоростью резания наз. скорость перемещения обрабатываемой заготовки относительно режущей кромки резца (окружная скорость) в м/мин, подачей - перемещение режущей кромки резца за один оборот заготовки в мм/об. Глубина резания - толщина (в мм) снимаемого слоя металла за один проход (расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное по нормали). В сечении срезаемого слоя металла (см. рис. 1) рассматриваются такие элементы резания (физ. параметры): толщина срезаемого слоя и ширина срезаемого слоя; их величина при постоянных t и s зависит от гл. угла в планеф (см. Геометрия резца).

Рис. 1. Элементы режима резания при точении: 1 - обрабатываемая поверхность; 2 - поверхность резания; 3 - обработанная поверхность; D - диаметр обрабатываемой заготовки; d - диаметр детали после обработки; а и б - толщина и ширина срезаемого слоя.

В разработку основ механики процесса резания большой вклад внесли рус. и сов. учёные: И. А. Тиме, К. А. Зворыкин, А. А. Брике, А. В. Гадолин, Я. Г. Усачёв, А. Н. Челюсткин, И. М. Беспрозванный, Г. И. Грановский, А. М. Даниелян, Н. Н. Зорев, А. И. Исаев, М. В. Касьян, А. И. Каширин, В. А. Кривоухов, В. Д. Кузнецов, М. Н. Ларин, Т. Н. Лоладзе, А. Я. Малкин, А. В. Панкин, Н. И. Резников, А. М. Розенберг и др., а также зарубежные учёные: Мерчент и Эрнст (США), В. Дегнер, Р. Рейнгольд, Н. Якобе (ГДР), X. Опиц (ФРГ), Окоси (Япония), К. Скршиван (ЧССР) и др. В области практики ряд ценных работ принадлежит сов. рабочим-новаторам: Г. С. Борткевичу, П. Б. Быкову, В. И. Жирову, В. А. Карасёву, В. А. Колесову, С. И. Бушуеву, Е. И. Лебедеву, В. К. Семинскому и др.

В зависимости от условий резания стружка, снимаемая режущим инструментом (резцом, сверлом, протяжкой, фрезой и др.) в процессе О. м. р., может быть элементной, скалывания, сливной и надлома. Характер стружкообразова-ния и деформации металла рассматривается обычно для конкретных случаев, в зависимости от условий резания; от хим. состава и физико-механич. свойств обрабатываемого металла, режима резания, геометрии режущей части инструмента, ориентации его режущих кромок относительно вектора скорости резания, смазывающе-охлаждающей жидкости и др. Деформация металла в разных зонах стружкообразования различна, причём она охватывает также и поверхностный слой обработанной детали, в результате чего он приобретает наклёп и возникают внутренние (остаточные) напряжения, что рказывает влияние на качество деталей в целом.

В результате превращения механйч. энергии, расходуемой при О. м. р., в тепловую возникают тепловые источники (в зонах деформации срезаемого слоя, а также в зонах трения контактов инструмент - стружка и инструмент - деталь), влияющие на стойкость режущего инструмента (время работы между переточками до установленного критерия затупления) и качество поверхностного слоя обработанной детали. Описание температурного слоя в зоне резания (рис. 2) может быть получено экспериментально, расчётным путём или моделированием процесса резания на ЭВМ. Тепловые явления при О. м. р. вызывают изменение структуры и физико-механич. свойств как срезаемого слоя металла, так и поверхностного слоя детали, а также структуры и твёрдости поверхностных слоев режущего инструмента. Процесс теплообразования зависит также от условий резания. Скорость резания и свойства обрабатываемого металла существенно влияют на темп-ру резания в зоне контакта стружки с передней поверхностью резца (рис. 3).

Рис. 2. Температурное поле на поверхностях сверла (деталь - сталь 45; сверло из быстрорежущей стали; v = 25 м/мин‘, s = 0,11 .мм/об, без охлаждения).

Рис. 3. Влияние свойств обрабатываемого металла на температуру резания: 1 - сталь Ст. 3; 2 - сталь 4ОХ; 3 - чугун; 4 - латунь; 5 - алюминий.

Рис. 4. Характер изнашивания задней поверхности режущего инструмента: ОЛ - период приработки; АВ - период рабочего изнашивания; ВС - период катастрофического изнашивания.

Система сил, действующих при О. м. р., может быть приведена к единой равнодействующей силе. Однако для решения практич. задач не обязательно знать величину этой силы, важное значение имеют её составляющие: Р_г - сила резания, действующая в плоскости резания в направлении гл. движения; Р_у- радиальная составляющая, действующая перпендикулярно к оси заготовки (при точении) или оси инструмента (при сверлении и фрезеровании); Р_х - сила подачи, действующая в направлении подачи. Силы Р_z, Р_х, Р_у влияют на условия работы станка, инструмента и приспособления, точность обработки, шероховатость обработанной поверхности детали и т. д. На величину этих сил влияют свойства и структура обрабатываемого материала, режим резания, геометрия и материал режущей части инструмента, метод охлаждения и др. Сила Р_z обычно является наибольшей-на её преодоление расходуется наибольшая мощность. Способы определения Р_z, Р_у, Р_х могут быть теоретическими и экспериментальными, определяемыми с помощью спец. динамометров. На практике часто используют полученные на основе экспериментов эмпирич. формулы. Затрачиваемая мощность (в кет) для большинства процессов О. м. р.:

N_э = Р_z-v/60*102, где Р_z - составляющая силы резания в направлении подачи в н(кгс), v - скорость резания в м/мин, потребная мощность электродвигателя станка N_CT = = N_э/n, где n - кпд станка.

Рис. 5. Зависимость стойкости резца от скорости резания

Скорость резания, допускаемая режущим инструментом, зависит от тех же факторов, что и силы резания, и находится в сложной зависимости от его стойкости (рис. 5).

Значит, влияние на О. м. р. оказывают активные смазочно-охлаждающие жидкости, при правильном подборе, а также при оптимальном способе подачи к-рых увеличивается стойкость режущего инструмента, повышается допускаемая скорость резания, улучшается качество поверхностного слоя и снижается шероховатость обработанных поверхностей, в особенности деталей из вязких жаропрочных и тугоплавких труднообрабатываемых сталей и сплавов. Вынужденные колебания (вибрации) системы СПИД, а также автоколебания элементов этой системы ухудшают результаты О. м. р. Колебания обоих видов можно снизить, воздействуя на вызывающие их факторы - прерывистость процесса резания, дисбаланс вращающихся частей, дефекты в передачах станка, недостаточную жёсткость и деформации заготовки и др.

Эффективность О. м. р. определяется установлением рациональных режимов резания, учитывающих все влияющие факторы. Для ускорения расчёта часто применяют ЭВМ. Расчёт режимов резания на ЭВМ сводится к предварит, отбору исходной информации, разработке и конкретизации алгоритмов, заполнению операц. карт исходной информацией, её кодированию и программированию алгоритмов.

Повышение производительности труда и уменьшение потерь металла (стружки) при О. м. р. связано с расширением применения методов получения заготовок, форма и размеры к-рых максимально приближаются к готовым деталям. Это обеспечивает резкое сокращение (или исключение полностью) обдирочных (черновых) операций и приводит к преобладанию доли чистовых и отделочных операций в общем объёме О. м. р.

Дальнейшее направление развития О. м. р.: интенсификация процессов резания, освоение обработки новых материалов, повышение точности и качества обработки, применение упрочняющих процессов, автоматизации и механизации обработки.

Лит.: Беспрозванный И.М., Основы теории резания металлов, М., 1948; Русские учёные - основоположники науки о резании металлов: И. А. Тиме, К. А. Зворыкин, Я. Г. Усачёв, А.Н. Челюсткин. Жизнь, деятельность и избранные труды, М., 1952; Резание металлов, М.,1954; А в а к о в А. А., Физические основы теории стойкости режущих инструментов, М., 1960; Панкин А. В., Обработка металлов резанием, М., 1961; Развитие науки о резании металлов, М., 1967; Электрические явления при трении и резании металлов, М., 1969; Брюхов В. А., П а в л о в Э. Н., Расчет режимов резания и нормирование с помощью ЭВМ, М., 1969; Роман О. В.,ЛевенцовА. А., Шелковский И. Ф., Обработка металлов резанием и станки, Минск, 1970. Д.Л.Юдин.