Понятие о резании металлов

Обновлено: 17.05.2024

При рубке инструмент срезает стружку или разрезает металл на части. Прежде чем рассмотреть операции рубки, необходимо кратко ознакомиться с некоторыми сведениями о процессе резания металлов. Знание основных законов резания металлов поможет слесарю эффективно использовать слесарные металлорежущие инструменты.

На обрабатываемой заготовке различают следующие поверхности: обрабатываемую, обработанную и поверхность резания.

Обрабатываемой поверхностью называется поверхность, с которой будет сниматься слой материала (стружка).

Обработанной поверхностью называется поверхность, с которой снят слой металла (стружка).

Поверхностью резания называется поверхность, образуемая на обрабатываемой заготовке непосредственно режущей кромкой. Поверхность резания является переходной между обрабатываемой и обработанной поверхностями.

Плоскостью резания называется плоскость, касательная к поверхности резания и проходящая через режущую кромку инструмента.

Форма режущей части (лезвия) любого металлорежущего инструмента представляет собой клин, заточенный с определенными углами (зубило, резец), или несколько клиньев (ножовочное полотно, метчик, плашка, фреза, напильник).

Если посмотреть на острие ножа (рис. 88, а), которым строгают деревянный колышек (рис. 88, б), то будет видна клинообразная форма, которая образуется боковыми поверхностями ножа. Угол между двумя поверхностями ножа составляет примерно 5°.

Рис. 88. Клин:
а — нож, б — работа ножа, в — зубило

Зубило представляет собой простейший режущий инструмент, в котором форма клина особенно четко выражена (см. рис. 88, в).

В зависимости от того, как будет заострен режущий клин, как он будет установлен по отношению к плоскости (поверхности) детали и как будет направлена сила, двигающая 70° клин в слое металла, можно получить наибольший или наименьший выигрыш в затрате труда, в качестве обработки, а также в количестве израсходованных инструментов.

Чем острее клин, т. е. чем меньше угол, образованный его сторонами, тем меньшее усилие потребуется для его углубления в материал.

Теорией и практикой резания установлены определенные углы заострения режущих инструментов для различных металлов. Элементы и геометрическая форма режущей части зубила изображены на рис. 89.

Рис. 89. Углы клина:
а — задний угол, |3 — угол заострения, у — передний угол, § — угол резания

Поверхность, по которой сходит стружка, называется передней поверхностью (гранью).

Поверхность зубила, обращенная к обработанной заготовке, называется задней поверхностью.

Линия, находящаяся на пересечении передней и задней поверхностей, называется режущей кромкой (лезвием).

Угол α, заключенный между обработанной поверхностью и задней поверхностью инструмента, называется задним углом.

Этот угол уменьшает трение задней поверхности инструмента об обработанную поверхность.

Угол β между передней и задней поверхностями инструмента называется углом заострения. Величину угла заострения выбирают в зависимости от твердости обрабатываемого материала и инструмента.

Если инструмент будет иметь угол заострения, не соответствующий твердости обрабатываемого металла, то он будет ломаться (крошиться) или мять, а не резать металл.

Угол γ, заключенный между перпендикуляром к обрабатываемой поверхности и передней поверхностью инструмента, называется передним углом. Чем больше передний угол у инструмента, тем меньше угол заострения и тем, следовательно, меньше будет усилие резания, но менее прочной будет режущая его часть. Таким образом, при резании основное значение имеет угол между передней поверхностью и обработанной поверхностью, называемый углом резания δ, он равен сумме угла заострения и заднего угла. Для обработки твердых металлов угол резания должен быть больше, чем для обработки мягких металлов.

Задний угол инструмента должен быть очень небольшим, чтобы не ослабить его режущую часть. Для зубил он равен примерно 5°. Если зубило наклонить под большим углом, оно врежется в обрабатываемую поверхность, при меньших углах — зубило скользит, не производя резания.

Действие клинообразного инструмента на обрабатываемый металл изменяется в зависимости от положения клина и от направления действия силы Р.

Ось клина и направление действия силы Р перпендикулярны к поверхности заготовки. В этом случае заготовка разрубается.
Ось клина и направление действия силы Р образуют с поверхностью заготовки угол меньше 90°, в этом случае с заготовки снимается стружка.

При работе клина его передняя поверхность сжимает находящийся перед нею слой металла, отдельные его частицы смещаются относительно друг друга; когда напряжение в металле превысит прочность металла, происходит сдвиг, скалывание его частиц, в результате чего образуется стружка.

Основные понятия теории резания

Сущность технологии изготовления деталей машин состоит в последовательном использовании различных технологических способов воздействия на обрабатываемую заготовку для придания ей необходимой формы и размеров с указанной точностью. Одним из таких способов является механическая обработка заготовок резанием на металлорежущих станках.

Обработка резанием (рис. 2.1) заключается в проникновении лезвия инструмента с режущей кромкой 3 в материал заготовки 2 с последующим отделением определенного слоя материала в виде стружки 4. Лезвие инструмента 1 представляет собой клинообразный элемент.

На рабочей части инструмента может располагаться одно или несколько лезвий (клиньев) определенной формы. Режущий инструмент с заданным числом (одно, два, три и т.д.) лезвий установленной формы называют лезвийным инструментом, а обработку таким инструментом — лезвийной обработкой (рис. 2.2).

Слой материала заготовки, деформированный и отделенный в результате обработки резанием, называется стружкой. Обработка резанием заключается в срезании с обрабатываемой заготовки некоторой массы металла, специально оставленной на обработку и называемой припуском. Припуск может удаляться одновременно с нескольких поверхностей заготовки или последовательно с каждой обрабатываемой поверхности. После срезания с заготовки всего припуска, оставленного на обработку, исходная заготовка прекращает свое существование и превращается в готовую деталь.

Срезанная с заготовки стружка является побочным продуктом (отходом) обработки материалов резанием. Пластическое деформирование и разрушение материала припуска с превращением его в стружку протекает при резании в специфических условиях, характерных только для обработки материалов резанием. Таким образом, типичным признаком обработки резанием является стружка.

Рис. 2.1. Схема обработки резанием:

1 — лезвие инструмента; 2 — заготовка; 3 — режущая кромка; 4 — стружка; А_γ — передняя поверхность лезвия инструмента; А_α — задняя поверхность лезвия инструмента; υ — скорость резания

Рис. 2.2. Процессы обработки резанием:

а — точение; б — фрезерование; 1 — обрабатываемая поверхность; 2 — поверхность резания; 3 — обработанная поверхность; Dr. — направление движения резания; Ds — направление движения подачи; υ — скорость резания; t — глубина резания; α — задний угол; γ — передний угол

Все способы и виды обработки, основанные на срезании припуска и превращении материала в стружку и подчиняющиеся общим закономерностям, можно объединить термином «резание материалов». Способы разделения материалов на части, при которых стружка не образуется (например, разрезка ножницами), к обработке резанием не относятся. Условия деформирования обрабатываемого материала и образования новых поверхностей при разрезке ножницами не подчиняются закономерностям теории резания материалов.

Элементы резания

Поверхности заготовок, срезаемые за каждый проход инструмента, называют обрабатываемыми поверхностями 1 (см. рис. 2.2), а поверхности заготовок, вновь образуемые во время очередного прохода инструмента, — обработанными поверхностями 3. Промежуточную поверхность, временно существующую в процессе резания между обрабатываемой и обработанной поверхностями, принято называть поверхностью резания 2.

Глубина резания. Чтобы срезать слой материала, оставленный на заготовке как припуск на обработку, глубина проникновения лезвий инструмента в материал должна быть равна припуску. В этом случае припуск срезается за один проход инструмента. Если припуск большой, то его срезают за два прохода и более. Глубину проникновения лезвий инструмента в материал заготовки во время каждого прохода называют глубиной резания. Эту величину обозначают буквой t и измеряют в миллиметрах.

В большинстве случаев при обработке материалов резанием глубина резания t определяется как расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеряемое в направлении, перпендикулярном обработанной поверхности (см. рис. 2.2). Например, при точении глубина резания t=(D-d)/2, где при наружной обточке D и d — соответственно диаметры обрабатываемой и обработанной поверхностей, а при внутренней обработке, наоборот, D и d — соответственно диаметры обработанной и обрабатываемой поверхностей.

Главное движение резания и движение подачи. Процесс резания возможен только при непрерывном относительном перемещении заготовки и режущего инструмента. Эти движения выполняют и сообщают заготовке и инструменту исполнительные механизмы станков. При этом движения могут быть сообщены одновременно, последовательно, а также только одному из элементов — инструменту или заготовке.

Механизмы сообщают исполнительным органам станков только два простейших движения — вращательное и прямолинейное поступательное. Различные сочетания и количественные соотношения этих движений лежат в основе всех видов обработки материалов резанием.

Поступательное или вращательное движение, передаваемое заготовке или инструменту в процессе резания и имеющее наибольшую скорость по сравнению со всеми другими движениями исполнительных органов, называют главным движением резания или главным движением.

Поступательные или вращательные движения остальных органов станка, также передаваемые заготовке или инструменту, определяют движение подачи, необходимое для обеспечения отделения срезаемого с заготовки слоя по всей обрабатываемой поверхности.

Скорость резания и скорость подачи. Главное движение, скорость которого больше скорости подачи, определяет направление и скорость деформаций в материале срезаемого слоя, а следовательно, направление схода стружки и ее форму. Скорость главного движения называют скоростью резания. Эту величину обозначают буквой υ и при лезвийной обработке измеряют в м/мин. Если главное движение является вращательным (точение, фрезерование, сверление), то скорость резания равна линейной скорости точек заготовки или инструмента, находящихся во взаимодействии. Ее можно определить по формуле:

υ = 10 -3 πDn,

где D — диаметр обрабатываемой поверхности заготовки или рабочей поверхности инструмента, мм; п — частота вращения заготовки или инструмента, об/мин.

Для количественной оценки движения подачи используется отношение расстояний, пройденных точками режущего лезвия в направлении движения подачи, к соответствующему числу циклов (или их долей) главного движения, выражаемое численно подачей. Главное движение подачи может выражаться:

• мм/об, если перемещение при подаче соответствует одному обороту инструмента (заготовки), совершающему главное движение резания;

• мм/зуб, если перемещение при подаче соответствует повороту инструмента (например, фрезы) на один угловой шаг его режущих зубьев;

• мм/дв. ход, если перемещение при подаче соответствует одному двойному ходу заготовки или инструмента, или υ мм/ход, если ход ординарный.

При выполнении некоторых операций (например, точения) удобно задавать скорость подачи υ в мм/мин (перемещение инструмента или заготовки в направлении движения подачи, совершаемое в течение одной минуты). Подачу инструмента или заготовки принято обозначать буквой S с индексом, соответствующим используемым единицам измерения: S₀ — подача на один оборот; S_z - подача на зуб; S_2x — подача на двойной ход; S_x -подача на один ход.

§ 2. Сущность процесса резания металлов

§ 1. Понятие о процессе резания металлов

Процесс резания металлов заключается в срезании с заготовки лишнего слоя в виде стружки с целью получения детали требуемой формы, размеров и классов шероховатости обработанных поверхностей.

Основными видами механической обработки являются: точение, строгание, сверление, фрезерование, шлифование и др. Все эти виды обработки осуществляют на металлорежущих станках с помощью различных режущих инструментов — резцов, сверл, фрез и др. Основой всех разновидностей процесса резания является точение, а основой всех видов режущего инструмента — токарный резец.

Для осуществления процесса резания необходимо иметь два движения — главное (рабочее) и движение подачи. Главное движение при точении — это вращательное движение обрабатываемой заготовки (рис. 1, а). При фрезеровании главным движением является вращение фрезы (рис. 1, б). Скорость главного движения определяет скорость резания.

Поступательное перемещение резца в продольном или поперечном направлении является движением подачи при точении. При фрезеровании движением подачи является поступательное перемещение обрабатываемой заготовки в продольном, поперечном или вертикальном направлениях. Скорость главного движения всегда больше скорости движения подачи. В процессе резания образуется стружка.

На рис. 2 показана схема образования стружки при резании материалов. Заготовка и резец закреплены на станке. Резец, установленный на некоторую глубину резания, перемещается под действием силы, передаваемой станком.

Рис. 2. Схема образования стружки

При резании пластичных материалов различают следующие фазы образования элемента стружки (по И. А. Тиме). В начале резания происходит соприкосновение резца с обрабатываемой заготовкой (рис. 2, а). Затем резец своей вершиной вдавливается в материал (рис. 2, б), который претерпевает деформацию сдвига. Дальнейшее внедрение резца преодолевает силы сцепления между отделяемым слоем и основным материалом и приводит к скалыванию (или сдвигу) первого элемента стружки (рис. 2, в). Затем резец, продолжая движение, отделяет от основной массы материала последующие элементы стружки (второй, третий и т. д.).

Цифрами 7, 2, 5. 10 (рис. 2, в, г,) показаны последовательно образуемые элементы стружки.

Срезанный в виде стружки слой металла может иметь различный вид в зависимости от условий обработки, обрабатываемого материала и других факторов.

Рис. 3. Виды стружек

Различают следующие виды стружек (рис. 3). Стружка надлома (рис. 3, а) получается при обработке хрупких материалов (чугуна, бронзы и др.). Частицы стружки не связаны между собой. Даже при обработке стали с большими подачами и очень малыми скоростями резания образуется стружка надлома. Стружка скалывания (рис. 3, б) образуется при обработке стали со средними скоростями резания. Сторона стружки, которая касалась передней поверхности инструмента (при-резцовая сторона), гладкая, блестящая, а внешняя сторона — с зазубринами. Сливная стружка (рис. 3, в) получается при резании пластичных материалов (медь, алюминий, сталь и др.) с большими скоростями резания. Стружка имеет вид ленты, завивающейся в плоскостную или винтовую спираль (при точении), или отдельных стружек (при фрезеровании) без зазубрин, свойственных стружке скалывания.

Читайте также: