Тепловые явления при обработке резанием.

Обработка резанием сопровождается активно протекающими энергетиче­скими явлениями, связанными как с образованием теплоты в зоне удаления припуска, так и его последующим отводом. Источниками тепла являются:

• – упругопластическое деформирование в зоне образования струж­ки и разрыва межатомных связей по поверхности резания;

• – трение стружки о переднюю поверхность инструмента;

• – трение задней поверхности инструмента об обработанную по­верхность заготовки.

Потребители тепла отводят его из зоны стружкообразования:

• – выводится со стружкой;

• - идет на нагрев детали (заготовки);

• – нагревает режущий инструмент;

• - отводится в окружающую среду.

Вполне очевидно, что между источниками и потребителями тепла устанавливается энергетический баланс:

Теплообразование отрицательно влияет на процесс резания. Чрезмерный нагрев инструмента вызывает структурные превращения в его металле, сни­жение твердости и потерю режущих свойств, а также изменение геометриче­ских размеров инструмента и снижение, вследствие этого, точности обрабо­танных деталей. Нагрев заготовки также вызывает потерю основного пре­имущества обработки резанием — точности.

Как показывает анализ уравнения, наибольшее количество тепла сосредо­тачивается в стружке - на нее "работают" два источника: и . Поэто­му, для уменьшения отрицательного влияния теплоты стараются вести обра­ботку при больших скоростях резания - обладая конечной скоростью распро­странения, тепло из зоны стружки не успевает распространиться и нагреть деталь и инструмент. В этом случае стружкой отводится до 85 % всей выде­лившейся энергии.

Дополнительный положительный эффект дает и применения смазочно-охлаждающих сред (эмульсии, растворы мыл; минеральные, животные и рас­тительные масла; сульфофрезолы, керосин и др.). Во-первых, обладая смазы­вающими свойствами, они снижают работу трения и уменьшают, таким обра­зом общее количество теплоты, выделяющейся при резании. Во-вторых, смазочно-охлаждающие среды отводят теплоту во внешнюю среду от мест ее образования, охлаждая режущий инструмент, деформируемый слой и обра­ботанную поверхность заготовки. Их выбирают исходя из метода обработки, свойств материала обрабатываемой заготовки, а также элементов режима ре­зания.

Смазочно-охлаждающие среды по-разному подаются в зону резания. Наиболее распространена подача жидкости на переднюю поверхность инст­румента в зону резания через узкое сопло под давлением 0,05... 0,2 МПа, раз­виваемым специальным насосом системы охлаждения станка.

Изнашивание режущего инструмента

Несмотря на значительно большую твердость материала режущего инст­румента в сравнении с материалом заготовки, в результате трения стружки о переднюю поверхность инструмента и его главной задней поверхности об обработанную поверхность заготовки происходит изнашивание режущего инструмента. При этом его механизм может быть различным (абразивное, ад­гезионное, окислительное и др.).

В зависимости от условий обработки все виды изнашивания могут протекать од­новременно или может доминировать ка­кой-либо из них. Однако в любом случае размеры и форма режущей части инстру­мента будут изменяться (рис. 3.18). На пе­редней поверхности в результате большого давления стружки образуется лунка износа шириной Ъ. Хотя особого влияния на про­цесс резания она не оказывает, для снижения этого давления и вида износа при заточке инструмента часто делают ка­навку.

Износ по задней поверхности является лимитирующим, так как влияет на точность обработки. Так, нежелательное увеличение диаметра об­работанной поверхности детали составит = 25. Поэтому при черновой обработке, когда удаляется основной объем припуска, для токарных резцов допустимое значение износа составляет 0,8... 1,4 мм. При чистовой же, когда реализуется главное преимущество обработки резанием - высокая точность - эта величина намного меньше: 0,6 мм.

Как показывают многочисленные опыты и практика, в принципе, законо­мерности изнашивания режущего инструмента и подвижных сопряжений де­талей СТС совпадают (рис. 3.19). В период приработки сравнительно быстро происходит удаление с рабочих поверхностей режущего инструмента значи­тельных микронеровностей. На втором этапе скорость износа остается посто­янной и достигается предельно допустимое значение износа h_доп, после чего инструмент нужно пе­ретачивать. Под стой­костью инструмента Т понимают суммарное время его работы на определенном режиме резания между пере­точками.

Стойкость инстру­мента определяется как свойствами материала заготовки, так и эле­ментами режима реза­ния, среди которых наибольшее влияние на нее оказывает v_рез.

При малых скоростях резания она велика, однако производительность обработки слишком низкая. При высоких скоростях стойкость инструмента значительно снижается и много времени требуется на его переточку. Поэтому обработку нужно вести на рекомендуемых справочниками режимах, обеспечивающих наиболее высокую эффективность обработки и соответствующую ей норма­тивную стойкость инструмента.

Нормативная стойкость учитывает сложность переточки. Для токарных резцов и сверл, имеющих 1-2 режущих лезвия и легко перетачиваемых даже в условиях судовой механической мастерской, она составляет 30...90 мин. Для фрез, разверток и т.п., требующих наличия специальных заточных стан­ков, она достигает десятков и сотен часов.