3 Физическая сущность процесса резания

Резание материалов можно рассматривать как процесс местного сжатия и сдвига обрабатываемого материала режущим клином (резцом) с последующим образованием стружки. При этом срезаемый слой материал и слои, расположенные впереди резца и под резцом, подвергаются упругим и пластическим деформациям.

От характера и степени деформации материала заготовки зависит количество тепла, выделяемого при резании, износ инструмента, наклеп, нарост, шероховатость поверхности и другие явления.

Резание материалов сопровождается выделением тепла в зоне резания, происходящим вследствие пластического деформирования металла, трения стружки о переднюю поверхность резца и трения задних поверхностей инструмента о заготовку. Тепловой баланс обработки резанием распределяется следующим образом: в стружку отводится 25—85% выделяемого тепла, в заготовку 10—50%, в инструмент 2— 8% и на излучение ~1%. Таким образом, основное количество тепла, выделяемого при резании, переходит в стружку и заготовку. Однако при низкой теплопроводности режущих инструментов (твердые сплавы, например) температура режущей кромки резца также значительна (до 800—1000°С). Температура нагрева инструмента существенно зависит от скорости резания и подачи. Увеличение глубины резания незначительно повышает температуру ввиду увеличивающейся площади контакта инструмента и детали, что облегчает отвод тепла из зоны резания.

Для охлаждения инструмента и снижения трения контактирующих поверхностей инструмента и детали применяют смазочно-охлаждающие жидкости (рисунок 67). В качестве смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) при черновой обработке применяют водные растворы кальцинированной соды, нитрита натрия и водные эмульсии с антикоррозионными добавками. При чистовой (окончательной) обработке применяют жидкости, обладающие высокой маслянистостью — минеральные, растительные масла, масла с добавками серы (сульфофрезол) и др. Применение смазочно-охлаждающих жидкостей способствует снижению потребной мощности резания на 10—15%, повышает стойкость режущего инструмента и чистоту обработки поверхности.

а) б)

а) при фрезеровании; б) при точении

Рисунок 67- Подача СОЖ в зону резания:

При резании пластичных материалов в условиях высоких давлений на поверхности резца частицы материалта затормаживаются, налипая на резец. В процессе резания спресованный слой заторможенного материала возрастает, образуя нарост на резце (рисунок 68). Нарост появляется и срывается примерно 200 раз в секунду, при этом отделившиеся частицы покрывают обработанную поверхность, ухудшая чистоту обработки, вызывая вибрацию технологической системы и волнистость обработанной поверхности. При образовании нароста происходит увеличение переднего угла резца (рисунок 69), что снижает силу резания и износ резца, улучшает теплоотвод от режущей кромки инструмента. Величина нароста при резании пластичных материалов зависит главным образом от скорости резания. При скоростях резания до 10—12 и более 50—70 м/мин величина нароста незначительна. Однако при скоростях резания 18—30 м/мин нарост достигает наибольшего значения и существенно влияет на качество обработки и процесс резания. Величину нароста снижают правильным выбором скорости резания, применением смазочно-охлаждающей жидкости, тщательной доводкой передней поверхности режущего инструмента.

I-нароста нет; II- появление нароста; III- наибольший нарост; IV-разрушение нароста

Рисунок 68- Схема наростообразования:

Рисунок 69- Схема изменения геометрии резца: