Шпоры резание

1,Резание материалов – это наука, имеющая свою сложную теорию и широкое практическое применение в промышленности. Процессом резания материалов называется процесс срезания с заготовки заданного припуска материала в виде стружки с целью получения из заготовки детали необходимых формы, размеров и требуемого качества. За прошедшее столетие в области науки о резании металлов выполнено огромное количество научных исследований, установлены основные закономерности процесса резания, разработаны высокоэффективные инструментальные материалы, создано современное высокопроизводительное компьютеризированное оборудование. В процессе механической обработки деталей помимо видоизменения формы и размеров заготовки происходит формирование особых свойств поверхностного слоя, его макро- и микроструктуры, что непосредственным образом влияет на усталостную прочность, долговечность деталей и, в конечном счете, на надежность и ресурс работы изготавливаемого изделия. Окончательное формирование основных параметров качества поверхностного слоя и усталостной прочности деталей машин происходит на чистовых финишных операциях механической обработки	2, 1769г. – появление паровой машины. 1861г. – отмена крепостного права. Тэйлор Фредерик – искусство резания. 1870г. – Иван Августович Тиме – профессор СПб горного института, основоположник науки по резанию. Написал книгу «сопротивление резания металлов и дерева» Он рассматривал теорию стружкообразования, дал классификацию клинов, объяснил движение и скалывание стружки. 1893г. – Константин Афанасьевич Зворыкин расширил теорию 1914-1915 Яков Григорьевич Усачев объяснил процесс стружкообразования , причины появления тепла, наклёпа, экспериментальные методы пластической деформации. За прошедшие полвека существенно изменилось научно-теоретическое содержание учебного курса. В течение первого десятилетия своего становления содержание курса по резанию материалов формировалось в основном на использовании наследия основоположников резания материалов – русских ученых И.А. Тиме, К.А. Зворыкина, Я.Г. Усачева и А.Н. Челюсткина, чьи научные труды сохраняют свою теоретическую значимость и в настоящее время. Большое влияние на содержание курса оказали иностранные литературные источники, в частности труды Тейлора и статьи немецких ученых. По мере	развития научных исследований советских ученых, накопления и обобщения полученных ими результатов экспериментов и теоретических разработок происходило их использование в учебном курсе. Этот процесс был настолько плодотворным, что изданный в 1954 г. Учебник по резанию материалов был написан полностью на основе отечественных достижений науки и практики. За годы, прошедшие со времени издания этого учебника, в машиностроении произошли существенные изменения. Широко стали применяться автоматизация технологических процессов, созданы и внедрены в практику новые конструкционные и инструментальные металлы, а также синтетические материалы. Широко ведутся научные исследования новых методов обработки металлов резанием, в том числе и на автоматизированных и высокопроизводительных станках с числовым программным управлением (ЧПУ). 3, Процесс резания – система взаимосвязанных физических процессов, происходящих в зоне резания. Физические процессы: трение, теплообразование, сила резания, вибрации, деформации. Нужно обеспечить: 1) выс производительность (выс кол-во дет в единицу времени) 2) снизить себестоимость (затраты на	обработку: инструмент, трудоёмкость, станок, охлаждение) 3)обеспечить качество обработки при резании (обеспечение геометрических параметров и физико-механических св-в поверхностного слоя). 4, Чтобы снять стружку, в станке предусмотрены различные движения: прямолинейные и вращательные. Складываясь, эти движ образуют движ формообразования детали. По данным проф. Грановского все кинематические схемы можно разбить на 8 видов. прямолинейное (протягивание, строгание) 2 прямолинейных (ленточное пиление) 1 вращательное, 1 поступательное (токарная обработка) 1 вращательное (круговая протяжка) 2 вращательных (накатка резьбы) 2 прямолинейных, 1 вращательное (фасонное врезерование) 2 вращательных, 1 прямолинейное (круглое шлифование) 3 вращательных (бесцентровое шлифование) Кинематические схемы: 1)токарная обработка: S [мм/об] 2) фрезерная обработка: Sz [мм/зуб] Sм = Sz * n [мм/мин]
Vp = п*Dф*n/1000 3) шлифование: Vшл = п*Dкр*n/1000*60 [м/с] Sпродольн [мм/мин] Sпоперечн [мм/двойн ход] 5, Все движения на станке можно разбить на главные и вспомогательные. Главное движ рез – движ, которое осуществляется с наибольшей скоростью и при котором снимается стружка только в данном сечении (точке заготовки) Главное движ подачи – движ, при котором стружка снимается по всей длине заготовки. Главн – для снятия стружки, остальн – вспомогат. Dr – вращат движ – главное движ резания, при токарн – теталь, при фрезеровании – фреза. S – главн движ подачи – движ резца. Скорость главного движ рез – скорость резания. Vp – скорость резания – окружная скорость точения заготовки, совпадает с Dr t – глубина резания – величина врезания инструмента в заготовки при снятии стружки за 1 проход t = (D-d)/2 6, В процессе срезания припуска на заготовке различают характерные поверхности: обрабатываемую, обработанную и поверхность резания. Обрабатываемой поверхностью 1 называют такую поверхность заготовки детали, с которой срезают стружку.	Она исчезает в результате снятия припуска. Обработанной поверхностью 2 называют поверхность, образовавшуюся на детали после снятия стружки. Поверхностью резания 3 называют поверхность, непосредственно образуемую лезвиями инструмента в процессе резания. Эта поверхность является переходной между обрабатываемой и обработанной поверхностями, она существует только во время резания и исчезает после окончания обработки. Поверхность резания с геометрической точки зрения образована совокупностью траекторий относительного рабочего движения инструмента. Поэтому ее форма определяется формой лезвий инструмента и сочетанием движений детали и инструмента в процессе резания. При строгании поверхность резания является плоскостью, а при продольном точении – конволютной винтовой поверхностью. Реальная форма обработанной поверхности всегда отличается от той идеальной формы, которая задается чертежом детали. Если формообразование детали рассматривать только с геометрической точки	зрения, то форма обработанной поверхности будет зависеть от формы поверхности резания, так как обработанная поверхность детали образована несрезанными участками поверхности резания. 7, Резец состоит из рабочей части и тела резца. Передняя поверхность – по которой сходит стружка. Главная задняя поверхность – обращенная к заготовке в сторону подачи резца. Она контактирует с поверхностью резания и предназначена для уменьшения трения между резцом поверхностью трения. Вспомогательная задняя поверхность – обращенная к заготовке в противоположную от подачи сторону она контактирует с обработанной поверхностью. Предназначена для уменьшения трения. Главная режущая кромка – линия пересечения передней и главной задней Вспомогательная режущая кромка – линия пересечения между передней и вспомогательной задней поверхностями. Вершина резца – пересечение режущих кромок. Формы передней поверхности: плоская, радиусная (для завивки), с фаской (противоударная)	8, Статическая система координат – система, при зафиксированном положении резца, предназначена для изучения геометрии резца. Инструментальная система координат – привязывается к заточному станку, предназначена для изготовления и заточки инструмента. Кинематическая система координат – учитывает динамику движ заготовки и инструмента. (ОП) Основная плоскость – параллельна продольной и поперечной подаче резца. (ПР) Плоскость резания – перпендикулярна ОП, касательная к поверхности резания и проходящая через главную режущую кромку (РП) Рабочая плоскость – плоскость, проходящая по касательной к обработанной поверхности заготовки, параллельна продольной подаче. (ГСП) Главная секущая плоскость – плоскость, рассекающая главную режущую кромку, перпендикулярна основной плоскости и режущей кромке. (ВСП) Вспомогательная секущая плоскость – плоскость, рассекающая вспомогательную режущую кромку, перпендикулярна основной плоскости и режущей кромке.
9, 1) Точение. 2) фрезерование. 3) сверление. 4) протягивание. 5) шлифование. 1. основной инструмент – токарный резец (проходной, отрезной, подрезной, расточной, фасонный) 2.1 Фрезерование плоскостей (цилиндрические и торцовые фрезы) 2.2 Фрезерование пазов и уступов (концевые и дисковые фрезы) 3. Сверление (сверление в сплошном материале и рассверливание в готовом отверстии) 4. Протягивание (исп-ют протяжки – многозубый инструмент, каждый последующий зуб выше предыдущего) 4.1 Наружное 4.2 Внутреннее 5. Шлифовангие (круги, ленты) 10, 1. Свободное – резец с одной режущей кромкой Несвободное – 2мя и более кромками	2. Прямоугольное (λ=0) и косоугольное (λ<>0) 3. Однолезвийное (точение, строгание, долбение) и многолезвийное (фрезерование, протягивание) 4. Непрерывное (точение на проход) и прерывистое (протяжка, фрезерование) 11, 1 Передний угол («гамма») - это угол между передней поверхностью резца и плоскостью, проведенной через главную режущую кромку перпендикулярно к плоскости резания. Назначение переднего угла - уменьшить деформацию срезаемого слоя и облегчить сход стружки. Увеличение угла облегчает процесс резания и позволяет снизить усилие подачи резца, но прочность режущего клина снижается. Отклонение величины переднего угла всего на 5 градусов от рекомендуемых оптимальных значений может вызвать снижение стойкости резцов почти в три раза. Уменьшение переднего угла повышает стойкость резцов. При увелич γ процесс резания улучшается, уменьш деф-ция стружки 2 Главным задним углом «альфа» называется угол между главной задней поверхностью резца и плоскостью резания. Его назначение — уменьшение трения задней поверхности резца	о заготовку. Увеличение заднего угла вызывает уменьшение угла заострения, что влечет за собой снижение прочности лезвия и увеличение шероховатости обрабатываемой поверхности, меньше износ. Уменьшение заднего угла, в свою очередь, повышает трение, что ускоряет износ резца и снижает качество обработки. 3 Угол заострения (угол клина) «бетта» - Угол между передней и главной задней поверхностями резца 4 угол резания («дельта») - угол между передней поверхностью резца и плоскостью резания. 5 Вспомогательным задним углом «альфа1». называется угол между вспомогательной задней поверхностью и плоскостью, проходящей через вспомогательную режущую кромку перпендикулярно к основной плоскости. Этот угол измеряется на вспомогательной секущей плоскости, перпендикулярной к вспомогательной режущей кромке и основной плоскости. Служит для уменьш трения между вспомогат задней пов-стью и обработанной пов-стью заготовки. 6 главный угол в плане «фи» - угол между главной режущей кромкой и направлением подачи. Его назначение – изменять соотношение между шириной и толщиной среза при постоянных глубине резания и	подаче. При уменьшении угла повышается прочность вершины резца, но силу приложения приходится увеличивать. При этом повышается трение об обрабатываемую поверхность и возникают вибрации. 7 Вспомогательным углом в плане «фи1» называется угол между вспомогательной режущей кромкой и направлением подачи. Уменьшение угла снижает шероховатость обработанной поверхности. 8 угол при вершине. «эпсилон». Угол, образованный пересечением главной и вспомогательной режущих кромок. 9 Угол наклона режущей кромки «ламбда». Изменение этого угла позволяет управлять направлением схода стружки и условиями контакта резца с заготовкой. Значения 12-15 градусов следует применять при черновой обработке и прерывистом резании с ударами. При точении закаленной стали значение «ламбды» следует принять от 25 до 35 градусов. При чистовой обработке детали используются резцы, угол наклона режущей кромки которых меньше или равен нулю. Отриц – для чистового точения. Положит для чернового.

Влияние установки: 1. Стандартное положение по центру (лев рис) 2. Резец выше оси. Уменьш задн угла => ув трения => резец может сгореть или сломаться. Это явление не желательно, но допустимое при черновой обработке, когда за счёт деформации вершина резца сместится к центру. 3. Резец ниже центра. Передн угол уменьш до отрицательных значений. Задний угол увеличивается. При такой установке прочность режущей кромки резко уменьш. Если резец установлен не перпендикулярно, то это приводит к изменению углов в плане φ и φ1. => увелич силы сопротивления резанию, увелич вибрация и отжим заготовки, появляется бочкообразность вместо циллиндричности.	12, Скорость главного движения является скоростью резания. Скорость резания может сообщаться как инструменту, так и обрабатываемой заготовке. Принято обозначать скорость резания буквой v и при лезвийной обработке выражать в м/мм. Если главное движения является вращательным, скорость резания количественно равна линейной скорости точек заготовки или инструмента, находящихся во взаимодействии, и может быть определена из уравнения v = пDn/1000, где D – диаметр обрабатываемой поверхности инструмента, мм; n- частота вращения заготовки или инструмента, об/мин. При количественной оценке движения подачи используется отношение расстояний, пройденных точками режущего лезвия направлении движения подачи к соответствующему числу циклов (или их долей) главного движения, выражаемого подачей. В зависимости от соотносимой единицы главного движения подача может выражаться: а) в (мм/об), если устанавливается перемещение в направлении движения подачи, соответствующее одному обороту во	вращательном главном движении; б) в (мм/зуб), если устанавливается перемещение в направлении движения подачи, соответствующее повороту инструмента, на один угловой шаг его режущих зубьев; в) в (мм/дв. ход), если перемещение соответствует одному двойному входу заготовки инструмента. При выполнении отдельных операций удобно задавать подачу в (мм/мин), как значение перемещения инструмента или заготовки в направлении движения подачи, совершаемого в течение одной минуты. Подачу принято обозначать буквой S с индикацией, соответствующей единицам: S0. Sz. S2x. Sмин.. Величину проникновения лезвий инструмента в металл заготовки во время каждого прохода принято называть глубиной резания. Глубина резания обозначается буквой t и выражается в (мм). В большинстве случаев обработке металлов резанием глубина резания определяется как расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеряемое в направлении, перпендикулярном обработанной поверхности. При сплошном сверлении отверстий глубина резания равна радиусу сверла. При торцовом фрезеровании глубина фрезерования равна ширине обрабатываемой заготовки, если она меньше	диаметра фрезы. При точении, расточке, рассверливании, развертывании отверстий, глубина резания выражается уравнением t=(D-d)/2, где D и d при наружно обточке – соответственно диаметр обрабатываемой и обработанной поверхностей, а при внутренней обработке наоборот. Формула машинного времени: основное (машинное) время определяем по формуле: T=Li/ns [мин] Где L общая длина перемещения резца за один проход. L = Δ1 +l+ Δ2 l – длина обрабатываемой поверхности, Δ1 – величина врезания инструмента, Δ2 – величина перебега инструмента на рабочей подаче за пределы обрабатываемой поверхности, i- количество проходов инструмента при обработке данной поверхности, S – величина подачи инструмента, мм/об; n – частота вращения шпинделя станка, об/мин.
13 Площадь поперечного сечения срезаемого слоя, имеющего форму, близкую к параллелограмму является функцией подачи S (основание параллелограмма сечения) и глубины резания t (высота параллелограмма сечения). Обе эти величины являются производственными параметрами, посредством которых удобно рассчитывать и назначать режимы резания. Сопротивление металла срезаемого слоя пластическому деформированию и образованию стружки определяется также физическими размерными параметрами – толщиной и шириной срезаемого слоя. Толщина срезаемого слоя обозначается буквой а и определяется в каждой точке режущего лезвия как расстояние между двумя последующими положениями главной режущей кромки, занимаемыми через один цикл главного движения, в направлении, перпендикулярном главной режущей кромке в рассматриваемой точке. Если главная режущая кромка прямолинейна, то толщина срезаемого слоя представляет собой высоту параллелогр.	Ширина срезаемого слоя обозначается буквой b и определяется как длина стороны сечения срезаемого слоя, образованной главной режущей кромкой (основания параллелограмма). Из схемы следует, что толщина срезаемого слоя a=S*sinφ, а ширина срезаемого слоя b=t/sinφ, где φ – главный угол в плане. В обычных условиях резания S<t,а согласно определению a<b. Однако иногда, когда главный угол в плане φ=90˚, имеют месо равенство a=S, b=t. В практике обработка металлов резанием могут быть случаи, когда в целях одновременного повышения производительности труда и уменьшения шероховатости обработанной поверхности чистовая обточка ведется широкими резцами с большими подачами, превышающими глубину резания. В этих условиях устанавливается следующая закономерность: толщина срезаемого слоя численно равна глубине резания (a=t), а ширина срезаемого слоя равна подаче (b=S). Во всех рассмотренных случаях площадь номинального поперечного сечения срезаемо слоя А=ab=St принимается для технических расчетов. 14, 1)упругая деф-ция мат-ла 2)Пластическая деф-ция 3) появляется трещина => сдвиг Эл-та стружки по плоскости сдвига АС	Угол скалывания. β1 = 10-50˚ (от режимов и мат-ла) Деф-ции в процессе резания Ψ – угол действия передней пов-сти на обрабатыв мат-л. δ угол резания (не отмечен на рис) β1 + δ + Ψ = 180˚ β2 угол поворота зерен внутри стружки. β2 - β1 =18-20˚ Особенность процесса резания состоит в том, что лезвия режущего инструмента срезают припуск слоями, толщина поперечного сечения которых обычно меньше 1 мм; физико-механические свойства поверхностных слоев, которые подвергаются пластическому деформированию и превращению в стружку, отличаются от свойств материала в глубине заготовки; в результате деформирования и разрушения материала срезаемого слоя происходит возникновение из монолитной массы 2-х новых поверхностей – одной на	обрабатываемой заготовке, другой – на срезанной стружке. Плоскость скалывания. Существование прямолинейной границы распространения пластической деформации, визуально наблюдаемой на полированной боковой стороне бруска, представляет собой не только поверхностное явление. Деформация материала срезаемого слоя происходит и в глубине металла. Таким образом, объем металла, подвергающийся пластической дефорамции, ограничен с одной стороны передней поверхностью лезвия резца, а с другой стороны (в материале бруска) совокупностью параллельных граничных прямых, образующих граничную плоскость. Эту граничную плоскость, представляющую перемещающийся впереди лезвия фронт распространения пластической деформации, по которой периодически сдвигаются или скалываются сформировавшиеся элементы стружки, И.А. Тиме назвал плоскостью скалывания. Угол действия. Положение плоскости скалывания в процессе резания, И.А. Тиме определял углом действия ψ между плоскостью скалывания и передней поверхностью резца.
Положение передней поверхности на резце было принято определять углом резания δ=90˚-γ=α+β, где β угол заострения. Углы действия ψ, измеренные И.А. Тиме, при строгании стали резцами с различными по значению передними углами γ. Оценивая полученные результаты, И.А. Тиме отмечал, что каждому углу δ соответствует определенный угол действия ψ, при этом их сумма изменяется в весьма малых пределах. Угол скалывания. β1 =10-50˚ (от режимов и мат-ла) Положение плоскости скалывания относительно направления скорости резания v может быть определено углом θ=180˚-(δ+ψ), значение которого в экспериментах И.А. Тиме колебалось в пределах 30-35˚, А.А. Брикс предложил назвать углом скалывания. 15, 1) визуальный метод наблюдения за обработанной поверхностью 2) спектральный метод 3) метод травления 4) поляризационно-оптический метод 5) метод измерения микротвердости 6) метод математического моделирования	(законы физики, деформации, учитываются мех-ие св-ва обрабатываемого мат-ла, учитываются режимы резания и создается математическая виртуальная модель резания, где определяется твердость, прочность,.. в каждой точке обрабатываемой поверхности, здесь определяется метод конечных элементов). Первые исследования закономерностей деформирования металла в процессе стружкообразования были проведены профессором И.А. Тиме. И.А. Тиме экспериментально установил, что: 1) пластическая деформация стружкообразования распространяется со скоростью перемещения инструмента вдоль срезаемого слоя и протекает в объеме металла между передней поверхностью резца и граничной линией, отделяющей визуально видимые следы деформации на боковой стороне бруска от металла, сохраняющего первоначальное состояние; 2) внутренне напряжение в деформируемом объеме метала периодически возрастают и достигают значений, при которых очередной сформировавшийся элемент стружки сдвигается по граничной области. 16, Срезаемые стружки имеют различные вид и форму, зависящие от химического состава, структурного состояния и механических	свойств обрабатываемых металлов, толщины срезаемого слоя, значения переднего угла инструмента, скорости резания и прочих менее влияющих факторов. Выделяют 4 типа стружек: 1)элементная стружка или стружка скалывания (образуется при обработке твердых сталей и сплавов ни низких скоростях резания, высокая подача и глубина резания. Чаще всего при черновом точении, поверхность не ровная); 2) ступенчатая или суставчатая (более прочна связана между собой. Одна сторона гладкая с выраженными суставами, другая – острая. Данная стружка получается при обработке сталей средней твердости со средней скоростью резания, подачей и глубиной резания, получистовое резание); 3) сливная ( стали нежаропрочные, большие скорости резания, малая глубина резания и малая подача. С одной стороны гладкая, с другой стороны зазубренная. Обеспечивается высокую производительность при чистовом резании. Свидетельствует о хорошо подобранных режимах резания. Это стружка весьма опасна для рабочего, может привести к порезам, необходимо принимать определенные меры безопасности); 4) стружка надлома;	а) стружка скалывания (элементная) б) сливная стружка в) стружка надлома 17, При внимательном рассмотрение корня сливной стружки можно увидеть, что отдельные ее элементы деформированы (вытянуты) в направлении, не совпадающем с положением плоскости скалывания, расположенной под углом. Разрушение срезаемого слоя происходит по плоскости скалывания, а наибольшая пластическая деформация происходит в другом направлении, под углом к этой плоскости. Первое направление под углом принято называть направлением наибольших напряжений, второе направление под углом называют направлением наибольших деформаций. На фотографиях корней стружек можно видеть также, что в прирезцовой части стружек деформация не имеет строго выраженного направления, прирезцовые слои металла вытянуты в направлении, параллельном передней поверхности инструмента. Такая вторичная деформация срезаемого слоя происходит из-за сильного трения на передней поверхности, в зоне контакта ее с прирезцовой поверхностью уже образовавшейся стружки. Сливная стружка представляет собой сплошную