Сущность процесса резания материалов, сила резания. Мощность и скорость резания. Понятие обрабатываемости.

Обработка материалов резанием – это процесс срезания режущим инструментом с поверхности заготовки слоя в виде стружки для получения необходимой геометрической формы, точности размеров, взаиморасположения и шероховатости поверхностей детали

Резание металлов – сложный процесс взаимодействия режущего инструмента и заготовки, сопровождающийся определенными физическими явлениями. Упрощенно процесс резания можно представить в виде следующей схемы. В начальный момент процесса резания движущийся резец под действием силы Р вдавливается в металл, в срезаемом слое возникают упругие деформации. При дальнейшем движении резца упругие деформации, накапливаясь по абсолютной величине, переходят в пластические. В прирезцовом срезаемом слое материала заготовки возникает сложное упругонапряженное состояние. В плоскости, перпендикулярной траектории движения резца, возникают нормальные напряжения, а в плоскости, совпадающей с траекторией движения резца, - касательные напряжения. Наибольшие касательные напряжения действуют у вершины резца, уменьшаясь до нуля по мере удаления от нее. Нормальные напряжения вначале действуют как растягивающие, а затем быстро уменьшаются и, переходя через нулевое значение, превращаются в напряжения сжатия.

Под действием нормальных и касательных напряжений срезаемый слой пластически деформируется. Рост пластической деформации приводит к сдвиговым деформациям, т.е. к смещению частей кристаллов относительно друг друга. Это происходит, когда возникающие напряжения превосходят предел прочности обрабатываемого материала. Далее процесс повторяется и образуется следующий элемент стружки и т.д. Срезанный и превращенный в стружку слой материала дополнительно деформируется вследствие трения стружки о переднюю поверхность инструмента. Для хрупких материалов пластическая деформация практически отсутствует и угол близок к нулю, а при резании деталей из пластичных материалов значение угла доходит до 30 град. У передней поверхности резца слои стружки искривляются и располагаются почти параллельно ей. Следовательно, резание может быть представлено как процесс последовательного упругого и пластического деформирования срезаемого слоя металла, а затем его разрушения.

При обработке резанием металл оказывает сопротивление режущему инструменту. Это сопротивление преодолевается силой резания, приложенной к передней поверхности инструмента. Сила резания направлена перпендикулярна передней поверхности резца. Сила резания затрачивается на отрыв элемента стружки от основной массы металла и его деформацию, а также на преодоление трения стружки о переднюю поверхность резца и задней поверхности резца о поверхность резания.

Силу резания R принято раскладывать на составляющие силы - тангенциальную Pz , радиальную Py и осевую Px.

При точении, растачивании, отрезании, прорезании пазов и фасонном точении тангенциальную составляющую, H, рассчитывают по формуле

где:

Сp; xp; yp; np - эмпирические коэффициент и показатели степени;

t - глубина резания (при отрезании, прорезании и фасонном точении - длина лезвия резца), мм;

Kp = KMp·Kjp·Kgp·Klp·Krp - поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия резания.

Мощность резания. Работа резания, совершаемая в одну секунду, называется мощностью резания.

В технике мощность выражается в киловаттах

Мощность резания, кВт, рассчитывают по формуле

С учётом потерь, мощность привода, кВт, определится

где h - к.п.д. станка, (принимается равным 0,85).

Скорость резания V – это расстояние, пройденное точкой режущей кромки инструмента относительно заготовки в направлении главного движения в единицу времени. Скорость резания имеет размерность м/мин или м/сек.

При точении скорость резания равна:

м/мин

где Dзаг – наибольший диаметр обрабатываемой поверхности заготовки, мм; n – частота вращения заготовки в минуту.

Под обрабатываемостью материалов в широком смысле этого слова понимают способность материалов подвергаться резанию по ряду технологических показателей. К ним относятся допускаемая скорость, возникающие в процессе резания силы, шероховатость обработанной поверхности, тип стружки и условия ее отвода из зоны резания и т.п. Таким образом, обрабатываемость является важнейшим технологическим свойством всех конструкционных материалов.

Поскольку производительность и себестоимость обработки зависят главным образом от допускаемой скорости резания, то для любого вида и характера обработки основным показателем обрабатываемости является скорость резания, величина которой определяется изнашивающим действием, оказываемым обрабатываемым материалом на контактные поверхности инструмента.

Существуют различные методы определения обрабатываемости. В основе «классического» метода лежит нахождение зависимости V = f(Т).Если сравнивают обрабатываемость двух материалов А и Б, то для них при одинаковых условиях обработки экспериментально находят связь между периодом стойкости и скоростью резания. При немонотонной зависимости V = f(Т) находят отношение скоростей резания VA и VБ, допускаемых материалами А и Б при определенном значении периода стойкости инструмента, являющееся коэффициентом обрабатываемости при выбранном периоде стойкости. Если зависимость V = f(Т) монотонна и ее можно аппроксимировать степенной функцией, то находят две зависимости                                      V = CA / T m А и V = CБ/ Tm Б.

Задавшись периодом стойкости Т= 60 мин, определяют соответствующие ему скорости резания V60A и V60Б .Коэффициент обрабатываемости                      Kо = V60А / V60Б.

Классический метод является наиболее точным и объективно отражающим влияние обрабатываемого материала на изнашивание инструмента. Но он очень трудоемок и связан с большим расходом обрабатываемого материала и инструмента. Поэтому разработан ряд ускоренных методов.

 В зависимости от обрабатываемого материала, условий резания, геометрии режущего инструмента изменяется характер стружки. Стружка при резании может быть (рис.2):

сливная - сходит в виде ленты,  закручивающейся в спираль. Поверхность ее, обращенная к резцу, чистая и гладкая. С обратной стороны она имеет небольшие зазубрины. Образуется при обработке пластичных материалов (мягкой стали, латуни, алюминия и др.) со значительными скоростями скольжения и небольшими подачами инструмента с оптимальными передними углами. Образованию сливной стружки способствует увеличение переднего угла , уменьшение толщины среза a, повышение скорости резания, а также увеличение пластичности обрабатываемого материала;

скалывания – состоит из отдельных связанных между собой элементов. Обращенная к резцу сторона ее гладкая, а противоположная имеет большие зазубрины. Образуется при обработке металлов средней твердости с невысокими скоростями резания и значительными подачами резцов, имеющих небольшие передние углы;

надлома – состоит из отдельных не связанных или слабо связанных между собой элементов стружки. Образуется при обработке хрупких материалов (чугуна, бронзы, некоторых сплавов алюминия). Обработанная поверхность имеет большие неровности.

Рис.2. Виды стружек:

a - сливная; б - скалывания; в - надлома

Вопрос 9.