Лекция 17. Общие сведения и физическая сущность обработки металлов резанием.

План лекции: Методы обработки резанием, стружкообразование, уравнение теплового баланса, нарост, геометрия режущей части инструмента и элементы режима резания, инструментальные материалы.

Обработкой резанием называется процесс отделения с заготовки режущим инструментом слоя материала для получения деталей нужной формы, заданных размеров и шероховатости поверхности. В настоящее время большинство деталей машин получает окончательную форму и размеры обработкой резанием на металлорежущих станках. Только эта обработка удовлетворяет возрастающим требованиям к качеству обработанной поверхности и точности размеров.

Трудоемкость обработки резанием составляет до 40% трудоемкости изготовления машин в целом. Она еще больше увеличивается в связи с повышением требований к точности и качеству рабочих поверхностей из-за увеличения объема финишной обработки. Такое положение сохранится и в ближайшее время, несмотря на тенденцию к замене предварительных операций обработки резанием на обработку давлением, литье и т.п.

На металлорежущих станках из заготовок (поковок, отливок, сортового проката, штамповок и пр.) получают окончательные готовые детали путем снятия слоя металла, называемого припуском. При этом заготовка и режущий инструмент должны совершать определенные движения. Эти движения подразделяются на основные (для снятия стружки) и вспомогательные или подготовительные (подвод и отвод инструмента, переключение скоростей и пр.). Основные движения в свою очередь подразделяются на главные и движения подачи. С помощью главного движения осуществляется снятие стружки, а движение подачи позволяет осуществить его со всей поверхности заготовки. В металлорежущих станках главным движением чаще всего бывает вращательным или прямолинейным и может сообщаться как инструменту, так и заготовке.

В зависимости от рода выполняемой работы и вида инструмента различают следующие основные методы обработки резанием: точение, сверление, фрезерование, строгание, протягивание, круглое и плоское шлифование и др.

Физическая сущность обработки резанием состоит в механическом разрушении поверхностного слоя материала заготовки, в основе которого лежит деформация этого слоя под воздействие внешних сил - сил резания.

Процесс резания сопровождается выделением тепла и другими явлениями, оказывающими влияние на качество обработанной поверхности и слоев материала, прилегающих к ней.

Формообразование деталей резанием производится на металлорежущих станках режущим инструментом, твердость и прочность которого значительно больше, чем у обрабатываемого материала. Кинематика процесса резания состоит в сочетании оптимальных относительных скоростей перемещения контактных поверхностей и обрабатываемой детали.

Для преодоления внутренних сил сцепления отделяемого слоя металла в процессе резания (рис. 17.1) к режущему инструменту 2, представленного в виде клина с углом заострения , прикладывается внешняя сила - сила резания Р. Под действием этой силы инструмент 2, установленный относительно детали 1 под передним и задним углами  и , своей передней поверхностью 3 вдавливается в верхний слой металла детали 1 и подвергает его упругой и пластической деформации. В момент, когда возникающие напряжения превосходят прочность обрабатываемого материала, происходит сдвиг (скалывание) элемента стружки по плоскости сдвига N-N под углом  или , равным 180⁰-, названным углом сдвига. Этот угол сдвига не зависит ни от геометрических параметров инструмента, ни от свойств обрабатываемого материала и равен обычно около 30⁰. Процесс сдвига совершается непрерывно и с обрабатываемой поверхности удаляется слой металла толщиной z в виде стружки 4.

Стружка 4, в зависимости от свойств обрабатываемого материала, углов инструмента  и , скорости относительного перемещения инструмента и детали (элементов режима резания) и других условий обра-ботки, может образовываться трех типов: сливная, скалывания и надлома.

Сливная стружка, представляющая собой сплошную завивающуюся ленту, образуется при обработке пластичных металлов со значительными скоростями резания, небольшими толщинами среза и большими передними углами инструмента. Обработанная поверхность имеет минимальную шероховатость.

Стружка скалывания, представляющая собой отдельно связанные между собой элементы, образуется при обработке металлов средней твердости с невысокими скоростями резания, значительными толщинами среза и небольшими передними углами инструмента.

Стружка надлома, представляющая собой отдельные не связанные или слабо связанные между собой кусочки металла неправильной формы, образуется при обработке хрупких металлов. Обработанная поверхность имеет значительные неровности.

В процессе резания, вследствие упруго-пластической деформации и трения, выделяется значительное количество тепла. Схема распростра-нения тепловых потоков в зоне резания представлена на рис. 17.3.

Уравнение теплового баланса в этом случае можно представить в виде:

Q₁ + Q₂ + Q₃ = q₁ + q₂ + q₃ + q₄,

где Q₁, Q₂ и Q₃ - тепло, выделяющееся соответственно вследствие деформации и трения обрабатываемого материала о переднюю и заднюю

поверхности инструмента, а q₁, q₂, q₃ и q₄ - тепло, уходящее соответственно в стружку, инструмент, деталь и окружающую среду.

Значения Q₁...Q₃ и q₁...q₄ зависят от физико-механических свойств обрабатываемого материала, режима резания, геометрических параметров и материала инструмента, других условий обработки. С увеличением скорости резания количество тепла, образующееся в результате упруго-пластических деформаций увеличивается, а отводимое тепло: стружкой - увеличивается, а инструментом и деталью - уменьшается. При нормальных условиях работы температура резания составляет, при обработке металлокерамическими сплавами 800-1000⁰С, а минералокерамикой - 1000-1200⁰С.

Тепловые процессы при резании оказывают большое влияние на качество обработанной поверхности и изнашивание инструмента. Они могут вызвать снижение точности и нарушение правильности геометри-ческой формы и размеров обработанной поверхности, интенсивный износ режущего инструмента. При напряженных режимах резания нагрев поверхностного слоя обработанной поверхности может достигать температур фазовых превращений, существенно изменяя ее свойства.

Физические процессы, протекающие при изнашивании инстру-мента, аналогичны трению и изнашиванию трущихся пар, но они проис-ходят обычно при больших давлениях и температурах, высоком коэффи-циенте трения, постоянном обновлении поверхностей. В зависимости от скорости резания и других условий обработки возникают следующие виды износа: абразивный, адгезионный, диффузионный и окислительный. Форма износа инструмента также может быть различной. Предельно допустимый износ, при котором инструмент теряет нормальную работоспособность, называется критерием затупления. При черновой обработке в качестве критерия затупления принимается износ по задней или передней поверхностям, а при чистовой - технологический, т.е. такой износ, при котором точность и шероховатость обработанной поверхности перестают удовлетворять техническим условиям.

Металл, уходящий в стружку, и слой металла, прилегающий к обработанной поверхности, упрочняются, в них изменяется макро- и микроструктура, повышается твердость и возникают внутренние напряжения. Вместе с тем в поверхностном слое образуются макро- и микротрещины, ухудшающие его физико-механические свойства. Толщина этого дефектного слоя, в зависимости от условий резания, может изменяться от десятых долей миллиметра до десятых долей микрометра. Схемы упруго-напряженного состояния (а) и деформаций (б) металла в зоне резания приведе-ны на рис. 17.4:

кружками (А) показа-ны недеформирован-ные зерна, -_у и +_у-нормальные напряже-ния сжатия и растяжения соответственно. Экспериментально установлено, что стружка пластиче-ски деформируется по всему сечению, а распространение пластической деформации вглубь обработанной поверхности детали зависит от свойств обрабатываемого материала, геометрии инструмента, элементов режима резания и других условий обработки. Максимальная пластическая деформация происходит в зоне стружкообразования АВС и следствием ее являются сдвиговые деформации в срезаемом слое.

В процессе резания происходит так называемое явление наростообразования, которое происходит из-за торможения нижних слоев стружки при ее скольжении по передней поверхности инструмента, высоком давлении и значительной температуре на контакте стружки с инструментом. Действительно, большой коэффициент трения (до 0,8-0,9), удаление оксидных пленок, молекулярное (межатомное) взаимодействие между поверхностями стружки и инструмента, а также другие явления способствуют схватыванию, затормаживанию нижнего слоя стружки. По мере удаления от поверхности инструмента прочность сцепления слоев стружки будет уменьшаться из-за уменьшения степени пластической деформации (упрочнения) и других явлений. При мгновенном отводе инструмента из зоны резания, на его передней поверхности, у режущей кромки, обнаруживается (при определенных условиях резания) плотное скопление частиц металла, получившее название нароста. Этот нарост сильно деформирован, твердость его в 2-3 раза превосходит твердость основного металла. На основании исследований состояния стружки и обработанной поверхности, можно предположить, что он периодически разрушается и уносится стружкой и деталью, затем вновь образуется. При этом точность и качество обработанной поверхности ухудшаются, возникают вибрации инструмента и детали. Установлено, что нарост образуется в определенном диапазоне скоростей резания для различных материалов. Так, для углеродистой конструкционной стали при скорости резания до 10 м/мин нарост весьма незначителен, при 15-40 м/мин он достигает максимума. Дальнейшее увеличение скорости резания приводит к уменьшению нароста и его исчезновению и, как следствие, уменьшению шероховатости и снижению вибраций. Применение смазочно-охлаждающих жидкостей и увеличение переднего угла также уменьшает наростообразование.

Геометрия инструмента представляет собой совокупность всех конструктивных элементов (углов, величины и формы режущих кромок, формы передней и задней поверхностей, радиуса сопряжения режущих лезвий и пр.), позволяющих обеспечить процесс обработки металлов резанием.

Геометрию инструмента рассмотрим на примере токарного проходного резца как наиболее простого и широко распространенного по сравнению с другими инструментами. К тому же все основные положения (определения), приведенные для резца, по существу справедливы и для других инструментов (сверл, фрез,метчиков и др.), поскольку для них, в сечении перпендикулярном режущему лезвию, будет также режущий клин, с той лишь разницей, что форма его поверхностей может быть другой (вог-нутой, выпуклой и пр.)

Основные геометрические параметры резца приведены на рис. 17.5. Каждый из углов резца измеряется в соответствущей координатной плоскости, которые определяются следующим образом (на рис. 17.5 пред-ставлены следы соответствующих плоскостей): плоскость резания 4 - плоскость, проходящая через главное лезвие и вектор скорости и касательная к поверхности резания 2; основная плоскость 5 - плоскость, параллельная продольной и поперечной подачам и нормальная к вектору скорости резания, а следовательно и к плоскости резания; главная секущая плоскость 6 - плоскость, нормальная к проекции главного лезвия на основную плоскость. Различают также вспо- могательную секущую плоскость - плоскость, нормальную к проекции вспомогательного лез-вия на основную плос-кость.

Определения углов, обозначаемых буквами греческого алфавита, можно сформулировать следующим образом (рис. 17.5):

-передний угол, опре-деляемый в главной се-кущей плоскости и зак-люченный между передней поверхностью резца и нормалью к плоскости резания;  - задний угол,определяемый в главной секущей плоскости и заключен-ный между главной задней поверхностью резца и плоскостью резания; - угол заострения, определяемый в главной секущей плоскости и заключенный между передней и главной задней поверхностями резца;  - угол резания, определяемый в главной секущей плоскости и заключенный между передней поверхностью резца и плоскостью резания; - главный угол в плане, определяемый в основной плоскости и заключенный между проекцией главного лезвия на основную плоскость и направлением продольной подачи; _{ -} вспомогательный угол в плане, определяемый в основной плоскости и заключенный между проекцией вспомогательного лезвия на основную плоскость и направлением продольной подачи; - угол при вершине, определяемый в основной плоскости и заключенный между проекциями главного и вспомогательного лезвий на основную плоскость.  - угол наклона главного лезвия, определяемый в плоскости резания и заключенный между главным лезвием и нормалью к вектору скорости.

Углы и  называются главными, поскольку они характе-ризуют рабочий клин инструмента. Они связаны между собой следую-щими зависимостями:

= 90⁰  = 90⁰

Принято различать угол  положительным, отрицательным и равным нулю. Если  > 90⁰, то угол  условно называют отрицательным и наоборот. При  = 90⁰, угол  =0.

Углы в плане _ и  связаны между собой зависимостью:

_+=180⁰.

Угол  принято различать положительным, отрицательным и равным нулю.

Элементами режима резания являются скорость резания, подача и глубина резания. Иногда к ним относят элементы сечения среза: ширину, толщину и площадь.

При этом глубину резания, подачу и число оборотов заготовки называют технологическими элементами режима резания при точении (они непосредственно устанавливаются на станке), а скорость резания, ширину, толщину и площадь среза - физическими,

Элементы режима резания рассмотрим при продольном точении цилиндрической поверхности токарным проходным резцом (рис.17.6). Они подразделяются на физические и технологические.

К технологическим элементам режима резания при точении относятся: число оборотов п, подача s и глубина резания t. Эти элементы непосредственно устанавливаются на станке с помощью соответствующих рукояток. К физическим - скорость резания V, толщина и ширина срезаемого слоя а и b соответственно. Физические элементы режима резания служат для обоснования выбора технологических элементов, исходя из физической сущности процесса резания при точении: скорости, подачи и глубины резания; силы и мощности резания; выбора оптимального режима резания. Между технологическими и физическими элементами режима резания существуют соответствующие зависимости.

Физические и технологические элементы режима резания связаны между собой следующими зависимостями:

V = Dn/1000, м/мин; b = t/sin, мм; а = s sin, мм,

где V - скорость резания (с определенным допущением), представляющая собой путь точки поверхности заготовки относительно режущей кромки резца в единицу времени; D – диаметр заготовки, мм; n - частота вращения заготовки(число оборотов), об/мин; b - расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное по поверхности резания, мм; s - путь резца пройденный за один оборот детали, мм/об; t – толщина слоя металла, снимаемого за один проход, определяемая по фоммуле

t = (D-d)/2, мм,

d – диаметр обработанной поверхности заготовки, мм; а - расстояние между двумя положениями поверхности резания или главной режущей кромки за один оборот детали, мм/об

Сила резания при точении R представляет собой равнодействующую всех сил, действующих на резец и может быть определена из выражения

_{_____________________}

R =  P_z,P_y P_x ,

где P_z , P_y , P_x - соответственно тангенциальная, радиальная и осевая составляющие силы резания.

По составляющей силы Р_z определяют мощность резания. Поэтому ее называют главной составляющей силы резания или просто силой резания. Составляющие P_z , P_y и P_x так относятся друг к другу, как 1 : 0,4 : 0,2.

Силу Р_z при точении определяют по следующей эмпирической формуле

P_Z=Cp_Z t^Xp S^Yp K_Pz , H

где Ср_z - коэффициент, зависящий от свойств обрабатываемого материала; Кр_z - обобщенный поправочный коэффициент на измененные условия обработки в сравнении с теми, для которых дано значение Ср_z.

Значение Ср_z,Кр_z,x_p,y_p,z_p для различных материалов и конкретных условий обработки приведены в справочниках.

Тогда мощность резания определяется по формуле

N_e = P_zV/6010³ кВт.

Мощность электродвигателя станка должна быть на менее N_э, определяемой по формуле

N_э = N_e / h,

h - к.п.д. станка, равный 0,7-0,8.

Выбор оптимального режима резания производят в следующей последовательности. Вначале выбирают глубину резания t, стремясь весь припуск снять за один проход. Затем выбирают подачу S исходя из требований к точности и шероховатости обработанной поверхности. При этом необходимо учитывать режущие свойства материала инструмента, мощность станка, жесткость детали и всей системы СПИД (станок- приспособление- инструмент- деталь).

После этого определяют скорость резания, допускаемую заданной стойкостью резца, по формуле

где К - общий поправочный коэффициент, учитывающий измененные условия резания в сравнении с теми, для которых даны значения Сv, Xv, Yv, приведенных в справочниках.

Определив скорость резания, находят частоту вращения шпинделя станка, соответствующую этой скорости резания, об/мин:

n = 1000V/pD.

Если станок такой частоты не имеет, то берут ближайшую меньшую. Такой порядок определения оптимального режима резания объясняется потому, что глубина резания оказывает наименьшее влияние на процесс резания, а скорость резания, наоборот, оказывает наибольшее влияние. Поэтому, если мощность резания оказалась больше мощности станка, то уменьшение режима резания начинают с элемента, оказывающего наибольшее значение, т.е. со скорости резания.

В качестве материала режущей части резца используются в основном инструментальные стали, металло- и минералокерамические твердые сплавы.

Углеродистые и легированные инструментальные стали (У10, У12А, ХВГ, 9ХС и др.) применяются для резцов только при обработке неметаллических материалов, поскольку их теплостойкость является невысокой.

Быстрорежущие стали (Р9К5, Р18, Р6М3 и др.) применяются для резцов, работающих в тяжелых условиях, при обработке по корке и труднообрабатываемых материалов (жаропрочных, нержавеющих и и т.п.).

Металлокерамические твердые сплавы подразделяют на три группы: вольфрамовые (ВК), титановольфрамовые (ТК) и титанотанталовольфрамовые (ТТК).

Сплавы группы ВК состоят из зерен карбида вольфрама, сцементированных кобальтом (ВК2, ВК6, ВК6В, ВК6М и т.д.). Цифра указывает на процентное содержание кобальта, остальное - карбид вольфрама, а буквы В и М в конце марки - на величину карбидных зерен, соответственно крупно- и мелкозернистых. Эти сплавы применяются для обработки чугуна, цветных сплавов, пластмасс.

Сплавы группы ТК состоят из зерен карбида вольфрама и титана, сцементированных кобальтом (Т5К10, Т15К12В и др.). Цифра после буквы Т указывает на процентное содержание карбидов титана, а после К - кобальта, остальное - карбид вольфрама. Эти сплавы применяются для обработки сталей и других вязких материалов.

Сплавы группы ТТК состоят из карбидов титана, тантала и вольфрама. Цифра после второй буквы Т обозначает процентное содержание карбидов вольфрама и тантала в сумме. Стойкость резцов из этого сплава в 3,5 раза выше, чем из Р18. Они особенно хороши для обработки труднообрабатываемых жаропрочных сплавов.

Минералокерамические твердые сплавы обладают высокой теплостойкостью (1200⁰С), но низким пределом прочности при изгибе. Они позволяют обрабатывать материалы со значительно большими скоростями резания при небольших сечениях срез и отсутствии вибраций. Лучшей маркой отечественной минералокерамики является сплав ЦМ-332. Для повышения его прочности в сплав добавляют тугоплавкие металлы. Такие сплавы называют керметами, они используются при обработке труднообрабатываемых материалов.

Износ резца зависит от условий обработки и по своей физической природе может быть абразивным, адгезионным и диффузионным. Абразивный износ обусловлен наличием в обрабатываемом материале достаточно твердых составляющих (карбидов, оксидов и пр.), сохраняющих значительную твердость и при нагревании. Они действуют как абразивы, царапая поверхности трения.

Адгезионный износ проявляется при более высоких скоростях резания и больших давлениях и сопровождается схватыванием материала инструмента с материалом заготовки под действием атомарных сил. При этом частички инструментального материала беспрерывно вырываются и уносятся сходящей стружкой и обрабатываемой заготовкой.

Диффузионный износ проявляется при высоких скоростях резания, когда развивается высокая температура, инструментальный материал интенсивно изнашивается под действием диффузии. Происходит взаимное проникновение и растворение структурных составляющих инструментального и обрабатываемого материалов. Интенсивной диффузии благоприятствует то, что в контакт с инструментом беспрерывно вступают все новые участки обрабатываемого материала и стружки. При определенных условиях обработки возникает так называемый окислительный износ, когда постоянно образующаяся на поверхностях инструмента окисная пленка периодически отрывается и уносится стружкой и обрабатываемой заготовкой.

Критерии затупления резца: при черновой обработке принимается износ по задней поверхности резца, равный 0,8-1,0 мм

- для стали и 1,4-1,7 мм - для чугуна; при чистовой обработке принимается технологический, когда превышение износа приводит к тому, что точность и шероховатость обработанной поверхности перестают удовлетворять техническим условиям на изготовление детали.

Стойкостью резца называют время его работы между переточками при определенном режиме резания. Значения стойкости приведены в справочниках. Так, для резцов из быстрорежущей части она составляет 30-60 мин, а из твердых сплавов - 45-90 мин.

Эффективность процесса резания зависит от многих факторов и в первую очередь от геометрии режущей части инструмента и элементов режима резания.

Геометрия резца оказывает большое влияние на процесс резания. Так, увеличение переднего угла позволяет уменьшить силы резания и мощность, затрачиваемые на обработку материала. Слишком большое увеличение переднего угла приводит к поломке режущего инструмента. Без наличия заднего угла процесс резания вообще невозможен, а чрезмерное его увеличение приводит к снижению стойкости инструмента. При изучении геометрии резца необходимо обратить внимание на назначение каждого конструктивного элемента, на ту роль, которую выполняет он при резании.



_,  и  опре-деляемые следующим образом (рис. 16.2):

Угол  измеряется в плоскости резания и выбирается в зависимости от условий обработки: необходимости обеспечения заданного направления схода стружки, наличия на поверхности заготовки литейной корки и пр. Принято различать угол  положительным, отрицательным и равным нулю.

ЛЕКЦИЯ 18. Геометрия инструмента и элементы режима резания при точении.

План лекции: Резец и его геометрия, износ, критерии затупления и стойкость; элементы режима резания: скорость, подача и глубина резания; силы и мощность резания; выбор оптимального режима резания.

Геометрией инструмента называется совокупность всех конструктивных элементов (углов, величины и формы режущих кромок, формы передней и задних поверхностей, радиуса сопряжения режущих лезвий и пр.), позволяющих обеспечить процесс обработки металлов резанием. Геометрия инструмента оказывает большое влияние на процесс резания. Так, увеличение переднего угла позволяет уменьшить силы резания и мощность, затрачиваемые на обработку материала. Слишком большое увеличение переднего угла приводит к поломке режущего инструмента. Без наличия заднего угла процесс резания вообще невозможен, а чрезмерное его увеличение приводит к снижению стойкости инструмента. При изучении геометрии инструмента необходимо обратить внимание на назначение каждого конструктивного элемента, на ту роль, которую выполняет он при резании.

Поскольку большинство деталей машин имеют форму тел вращения, то и наиболее распространенным методом их механической обработки является точение – механическая обработка на токарных станках. Инструментом при точении является резец – самый простой инструмент из всех методов обработки резанием. Поэтому геометрию инструмента целесообразно изучать на примере токарного резца. К тому же все основные положения (определения), приведенные для резца, по существу будут справедливы и для других инструментов, поскольку для них, также как и для резца, в сечении перпендикулярном режущему лезвию, будет режущий клин с той лишь разницей, что форма его поверхностей может быть другой (вогнутой, выпуклой и пр.)

Основные геометрические параметры резца приведены на рис. 16.1. Углы резца, обозначаемые буквами_,  и изме-ряются в следующих исходных координатных плоскостиях: плоскость резания 4 - плоскость, проходящая через главное лезвие и вектор скорости и касательная к поверхности резания 2; основная плоскость 5 - плоскость, параллельная продольной и поперечной подачам и нормальная к вектору скорости резания, а следовательно и к плоскости резания; главная секущая поверхность 6 - плоскость, нормальная к проекции главного лезвия на основную плоскость. Различают также вспомогательную секущую плоскость - плоскость, нормальную к проекции вспомогательного лез-вия на основную плоскость.

Углы резца при-нято обозначать следу-ющими буквами грече-ского алфавита

_,  и  опре-деляемые следующим образом (рис. 16.2):  - задний угол, заключен-ный между главной задней поверхностью и плоскостью резания;

- передний угол, заключенный между передней поверхностью и плоскостью, перпендикулярной к плоскости резания и проходящей через режущую кромку;

- угол заострения, заключенный между передней и главной задней поверхностями;

 - угол резания, заключенный между передней поверхностью и плоскостью резания;

- главный угол в плане, заключенный между проекцией главного лезвия на основную плоскость и направлением продольной подачи;

_{ -} вспомогательный угол в плане, заключенный между проекцией вспомогательного лезвия на основную плоскость и направлением продольной подачи;

- угол при вершине, заключенный между проекциями главного и вспомогательного лезвий на основную плоскость.

 - угол наклона главного лезвия, заключенный между главным лезвием и нормалью к вектору скорости.

Углы и  называются главными, поскольку они характеризуют рабочий клин инструмента; они измеряются в главной секущей плоскости и связаны между собой следующими зависимостями:

a + b + g = 90^0	(1)
d = a + b	(2)
d +g = 90^0	(3)

Если  > 90⁰, то угол  условно называют отрицательным. Углы в плане _ и  измеряются в основной плоскости и связаны между собой зависимостью:

f + f1 + e = 180^0

(4)

Угол  измеряется в плоскости резания и выбирается в зависимости от условий обработки: необходимости обеспечения заданного направления схода стружки, наличия на поверхности заготовки литейной корки и пр. Принято различать угол  положительным, отрицательным и равным нулю (см. [5, рис. 8.4 на с. 62]).

Резец и его геометрические параметры подробно рассмотрены также в основных теоретических положениях к лабораторной работе N 8 [5, с. 59-63].

Стойкостью резца называют время его работы между переточками при определенном режиме резания. Значения стойкости приведены в справочниках. Так, для резцов из быстрорежущей части она составляет 30-60 мин, а из твердых сплавов - 45-90 мин.

Элементами режима резания при точении являются глубина и скорость резания и подача. Иногда к ним относят элементы сечения среза: ширину, толщину и площадь. При этом глубину резания, подачу и число оборотов заготовки называют технологическими элементами режима резания при точении (они непосредственно устанавливаются на станке), а скорость резания, ширину, толщину и площадь среза - физическими, поскольку они служат для обоснования выбора технологических элементов исходя из физической сущности процесса резания. при точении: скорость, подача и глубина резания; силы и мощность резания; выбор оптимального режима резания. Между технологическими и физическими элементами режима резания существуют соответствующие зависимости.

Рассмотрим элементы режима резания и сечение срезаемого слоя при продольном точении цилиндрической поверхности (рис.16.3).

Глубиной резания t называют толщину слоя металла, снимаемого за один проход

t = (D-d)/2, мм,

где D и d – диа-метры заготов-ки и обработа-нной поверхно-сти соответст-венно, мм.

Скоростью резания V упро-щенно называ-ют скорость главного движения, представляющую собой путь точки поверхности заготовки относительно режущей кромки резца в единицу времени:

V = pDn/1000, м/мин,

где n - частота вращения заготовки, об/мин. Подача s - путь резца пройденный за один оборот детали, мм/об. Шириной срезаемого слоя b называют расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное по поверхности резания

b = t/sin, мм.

Толщиной срезаемого слоя а называют расстояние между двумя положениями поверхности резания или главной режущей кромки за один оборот детали

а = s sin, мм.

Сила резания при точении R представляет собой равнодействующую всех сил, действующих на резец и может быть определена из выражения

,Н

где P_z, P_y, P_x - соответственно тангенциальная, радиальная и осевая составляющие силы резания.

По составляющей силы Р_z определяют мощность резания. Поэтому ее называют главной составляющей силы резания или просто силой резания. Составляющие P_z, P_y и P_x так относятся друг к другу, как 1 : 0,4 : 0,2.

Силу Р_z при точении определяют по следующей эмпирической формуле

P_Z=Cp_Z t^Xp S^Yp K_Pz , H

где Ср_z - коэффициент, зависящий от свойств обрабатываемого материала; Кр_z - обобщенный поправочный коэффициент на измененные условия обработки в сравнении с теми, для которых дано значение Ср_z.

Значение Ср_z,Кр_z,x_p,y_p,z_p для различных материалов и конкретных условий обработки приведены в справочниках. Тогда мощность резания определяется по формуле

N_e = P_zV/60^.10³ кВт.

Мощность электродвигателя станка должна быть на менее N_э, определяемой по формуле

N_э = N_e/h,

h- к.п.д. станка, равный 0,7-0,8.

Выбор оптимального режима резания производят в следующей последовательности. Вначале выбирают глубину резания t, стремясь весь припуск снять за один проход. Затем выбирают подачу S исходя из требований к точности и шероховатости обработанной поверхности. При этом необходимо учитывать режущие свойства материала инструмента, мощность станка, жесткость детали и всей системы СПИД (станок- приспособление- инструмент- деталь).

После этого определяют скорость резания, допускаемую заданной стойкостью резца, по формуле

где К - общий поправочный коэффициент, учитывающий измененные условия резания в сравнении с теми, для которых даны значения Сv, Xv, Yv, приведенных в справочниках.

Определив скорость резания, находят частоту вращения шпинделя станка, соответствующую этой скорости резания, об/мин:

n = 1000V/pD.

Если станок такой частоты не имеет, то берут ближайшую мень­шую. Такой порядок определения оптимального режима резания объясняется потому, что глубина резания оказывает наименьшее влияние на процесс резания, а скорость резания, наоборот, оказывает наибольшее влияние. Поэтому, если мощность резания оказалась больше мощности станка, то уменьшение режима резания начинают с элемента, оказывающего наибольшее значение, т.е. со скорости резания.