ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ технологич.
процессы обработки металлов путём снятия стружки, осуществляемые режущими
инструментами на металлорежущих станках с целью придания деталям
заданных форм, размеров и качества поверхностных слоев. Осн. виды О. м.
р.: точение, строгание, сверление, развёртывание, протягивание, фрезерование
и
зубофрезерование, шлифование, хонингование и др. Закономерности
О. м. р. рассматриваются как результат взаимодействия системы станок -
приспособление - инструмент - деталь (СПИД). Любой вид О. м. р. характеризуется
режимом резания, представляющим собой совокупность следующих осн. элементов:
скорость резания V, глубина резания t и подача s. Скорость
резания - скорость инструмента или заготовки в направлении гл. движения,
в результате к-рого происходит отделение стружки от заготовки, п о-д а
ч а - скорость в направлении дви-жения подачи. Напр., при точении (рис.
1) скоростью резания наз. скорость перемещения обрабатываемой заготовки
относительно режущей кромки резца (окружная скорость) в м/мин, подачей
- перемещение режущей кромки резца за один оборот заготовки в мм/об.
Глубина
резания - толщина (в мм) снимаемого слоя металла за один проход
(расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное
по нормали). В сечении срезаемого слоя металла (см. рис. 1) рассматриваются
такие элементы резания (физ. параметры): толщина срезаемого слоя и ширина
срезаемого слоя; их величина при постоянных t и s зависит от гл. угла в
планеф (см. Геометрия резца).
Рис. 1. Элементы режима резания при
точении: 1 - обрабатываемая поверхность; 2 - поверхность резания; 3 - обработанная
поверхность; D - диаметр обрабатываемой заготовки; d - диаметр детали после
обработки; а и б - толщина и ширина срезаемого слоя.

В разработку основ механики процесса резания
большой вклад внесли рус. и сов. учёные: И. А. Тиме, К. А. Зворыкин, А.
А. Брике, А. В. Гадолин, Я. Г. Усачёв, А. Н. Челюсткин, И. М. Беспрозванный,
Г. И. Грановский, А. М. Даниелян, Н. Н. Зорев, А. И. Исаев, М. В. Касьян,
А. И. Каширин, В. А. Кривоухов, В. Д. Кузнецов, М. Н. Ларин, Т. Н. Лоладзе,
А. Я. Малкин, А. В. Панкин, Н. И. Резников, А. М. Розенберг и др., а также
зарубежные учёные: Мерчент и Эрнст (США), В. Дегнер, Р. Рейнгольд, Н. Якобе
(ГДР), X. Опиц (ФРГ), Окоси (Япония), К. Скршиван (ЧССР) и др. В области
практики ряд ценных работ принадлежит сов. рабочим-новаторам: Г. С. Борткевичу,
П. Б. Быкову, В. И. Жирову, В. А. Карасёву, В. А. Колесову, С. И. Бушуеву,
Е. И. Лебедеву, В. К. Семинскому и др.

В зависимости от условий резания стружка,
снимаемая режущим инструментом (резцом, сверлом, протяжкой, фрезой и
др.) в процессе О. м. р., может быть элементной, скалывания, сливной и
надлома. Характер стружкообразова-ния и деформации металла рассматривается
обычно для конкретных случаев, в зависимости от условий резания; от хим.
состава и физико-механич. свойств обрабатываемого металла, режима резания,
геометрии режущей части инструмента, ориентации его режущих кромок относительно
вектора скорости резания, смазывающе-охлаждающей жидкости и др. Деформация
металла в разных зонах стружкообразования различна, причём она охватывает
также и поверхностный слой обработанной детали, в результате чего он приобретает
наклёп
и
возникают внутренние (остаточные) напряжения, что рказывает влияние на
качество деталей в целом.

В результате превращения механйч. энергии,
расходуемой при О. м. р., в тепловую возникают тепловые источники (в зонах
деформации срезаемого слоя, а также в зонах трения контактов инструмент
- стружка и инструмент - деталь), влияющие на стойкость режущего инструмента
(время работы между переточками до установленного критерия затупления)
и качество поверхностного слоя обработанной детали. Описание температурного
слоя в зоне резания (рис. 2) может быть получено экспериментально, расчётным
путём или моделированием процесса резания на ЭВМ. Тепловые явления при
О. м. р. вызывают изменение структуры и физико-механич. свойств как срезаемого
слоя металла, так и поверхностного слоя детали, а также структуры и твёрдости
поверхностных слоев режущего инструмента. Процесс теплообразования зависит
также от условий резания. Скорость резания и свойства обрабатываемого металла
существенно влияют на темп-ру резания в зоне контакта стружки с передней
поверхностью резца (рис. 3).
Рис. 2. Температурное поле на поверхностях
сверла (деталь - сталь 45; сверло из быстрорежущей стали; v = 25 м/мин',
s = 0,11 .мм/об, без охлаждения).
Рис. 3. Влияние свойств обрабатываемого
металла на температуру резания: 1 - сталь Ст. 3; 2 - сталь 4ОХ; 3 - чугун;
4 - латунь; 5 - алюминий.
Рис. 4. Характер изнашивания задней
поверхности режущего инструмента: ОЛ - период приработки; АВ - период рабочего
изнашивания; ВС - период катастрофического изнашивания.

Система сил, действующих при О. м. р.,
может быть приведена к единой равнодействующей силе. Однако для решения
практич. задач не обязательно знать величину этой силы, важное значение
имеют её составляющие: Рсила резания, действующая
в плоскости резания в направлении гл. движения; Ррадиальная
составляющая, действующая перпендикулярно к оси заготовки (при точении)
или оси инструмента (при сверлении и фрезеровании); Рподачи, действующая в направлении подачи. Силы РРвлияют на условия работы станка, инструмента и приспособления,
точность обработки, шероховатость обработанной поверхности детали и т.
д. На величину этих сил влияют свойства и структура обрабатываемого материала,
режим резания, геометрия и материал режущей части инструмента, метод охлаждения
и др. Сила Робычно является наибольшей-на её преодоление
расходуется наибольшая мощность. Способы определения РРмогут быть теоретическими и экспериментальными,
определяемыми с помощью спец. динамометров. На практике часто используют
полученные на основе экспериментов эмпирич. формулы. Затрачиваемая мощность
(в кет) для большинства процессов О. м. р.:

Nгде Р - составляющая силы резания в направлении подачи
в н(кгс), v - скорость резания в м/мин, потребная мощность
электродвигателя станка Nстанка.
Рис. 5. Зависимость стойкости резца
от скорости резания

Скорость резания, допускаемая режущим инструментом,
зависит от тех же факторов, что и силы резания, и находится в сложной зависимости
от его стойкости (рис. 5).

Значит, влияние на О. м. р. оказывают активные
смазочно-охлаждающие жидкости, при правильном подборе, а также при оптимальном
способе подачи к-рых увеличивается стойкость режущего инструмента, повышается
допускаемая скорость резания, улучшается качество поверхностного слоя и
снижается шероховатость обработанных поверхностей, в особенности деталей
из вязких жаропрочных и тугоплавких труднообрабатываемых сталей и сплавов.
Вынужденные колебания (вибрации) системы СПИД, а также автоколебания элементов
этой системы ухудшают результаты О. м. р. Колебания обоих видов можно снизить,
воздействуя на вызывающие их факторы - прерывистость процесса резания,
дисбаланс вращающихся частей, дефекты в передачах станка, недостаточную
жёсткость и деформации заготовки и др.

Эффективность О. м. р. определяется установлением
рациональных режимов резания, учитывающих все влияющие факторы. Для ускорения
расчёта часто применяют ЭВМ. Расчёт режимов резания на ЭВМ сводится к предварит,
отбору исходной информации, разработке и конкретизации алгоритмов, заполнению
операц. карт исходной информацией, её кодированию и программированию алгоритмов.

Повышение производительности труда и уменьшение
потерь металла (стружки) при О. м. р. связано с расширением применения
методов получения заготовок, форма и размеры к-рых максимально приближаются
к готовым деталям. Это обеспечивает резкое сокращение (или исключение полностью)
обдирочных (черновых) операций и приводит к преобладанию доли чистовых
и отделочных операций в общем объёме О. м. р.

Дальнейшее направление развития О. м. р.:
интенсификация процессов резания, освоение обработки новых материалов,
повышение точности и качества обработки, применение упрочняющих процессов,
автоматизации и механизации обработки.

Лит.: Беспрозванный И.М., Основы
теории резания металлов, М., 1948; Русские учёные - основоположники науки
о резании металлов: И. А. Тиме, К. А. Зворыкин, Я. Г. Усачёв, А.Н. Челюсткин.
Жизнь, деятельность и избранные труды, М., 1952; Резание металлов, М.,1954;
А в а к о в А. А., Физические основы теории стойкости режущих инструментов,
М., 1960; Панкин А. В., Обработка металлов резанием, М., 1961; Развитие
науки о резании металлов, М., 1967; Электрические явления при трении и
резании металлов, М., 1969; Брюхов В. А., П а в л о в Э. Н., Расчет режимов
резания и нормирование с помощью ЭВМ, М., 1969; Роман О. В.,ЛевенцовА.
А., Шелковский И. Ф., Обработка металлов резанием и станки, Минск, 1970.
Д.Л.Юдин.