17. Способы обработки металлов резанием. Физические основы процесса обработки резанием.

Обработка резанием является одним из самых универсальных видов обработки. Этим методом можно получать детали любой формы при любых требованиях к чистоте и точности обрабатываемых поверхностей. Однако универсальность обработки резанием (универсальные методы, универсальное оборудование,) способствует увеличению стоимости изготовления, т.к. многие операции требуют ручного труда высокой квалификации.

Формообразование деталей резанием производится на металлорежущих станках режущим инструментом, механическая прочность и твердость которого значительно больше, чем у обрабатываемого материала. При обработке резанием детали получают необходимую форму удалением с заготовки режущим инструментом материала в виде стружки, поэтому при обработке резанием неизбежны отходы, часто составляющие значительную часть заготовки. Технологические операции обработки деталей резанием по точности и чистоте делятся на предварительные и финишные. Операции предварительной обработки обусловлены невысокой точностью формы и размеров заготовок, поставляемых в цехи механической обработки. К предварительным операциям относятся токарная обработка, сверление, фрезерование, строгание и шлифование. Эти операции применяются в производстве любой серийности, поскольку выполняются обычно на универсальных станках. К финишным операциям относятся операции, завершающие технологический процесс механической обработки деталей. Финишные операции – это специальные, сравнительно высокие дорогостоящие виды обработки, обеспечивающие высокие параметры обрабатываемых деталей – большую точность размеров и высокую чистоту поверхности. К финишным операциям относятся тонкое шлифование, притирка, полирование и другие. Процесс резания металлов заключается в снятии с заготовки определенного слоя металла (припуска) для получения из нее детали требуемой формы и размеров с соответствующим качеством обработанной поверхности. Метод обработки резанием совершается с применением режущих инструментов (резца, фрез, шлифовальных кругов, сверл, разверток и т.д.), которые в процессе обработки материалов участвуют в двух основных движениях: движение резания и движение подачи. Движение резания – это движение заготовки или режущего инструмента, происходящее с наибольшей скоростью v в процессе резания. Движение подачи – это движение заготовки или режущего инструмента, скорость которого v_s меньше скорости движения резания, предназначенное для того, чтобы распространить отделение слоя материала на всю обрабатываемую поверхность. Наиболее распространенными способами обработки металлов резанием являются точение, сверление, фрезерование, строгание, шлифование.

Рис. 3.1. Способы обработки металлов резанием

При точении (а) заготовке сообщается главное движение резания, а инструменты – движение подачи. При сверлении оба движения, как правило, сообщаются сверлу. При фрезеровании главное движение резания осуществляет фреза, а движение подачи заготовка и т.д. В общем случае процесс резания характеризуется глубиной, скоростью и площадью резания, подачей и основным технологическим временем. Глубиной резания t называют расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное по нормали к обработанной поверхности. При точении это толщина слоя металла, срезаемого за один проход резца. . (3.1)Подачей S называют величину элемент главного движения перемещения инструмента или детали. М.б. подача на оборот S₀ , на зуб S_z, на ход и т.д. Скорость резания – скорость рассматриваемой точки режущей кромки или заготовки в главном движении резания. Для токарной обработки:

, (3.2)

где D – диаметр обрабатываемой заготовки; n – частота вращения заготовки.

Площадь резания – произведение глубины резания на подачу. Время, затраченное непосредственно на процесс отделения стружки, называют основным технологическим:

, (3.3)

где L – путь проходимый резцом в направлении подачи; i – число проходов резца на данной операции; h – припуск на обработку; S₀ – подача на оборот; n – частота вращения заготовки. По основному технологическому времени рассчитывают норму выработки на данном виде оборудования. Сущность процесса заключается в механическом разрушении наружного слоя материала на обрабатываемой поверхности заготовки под воздействием внешней силы – силы резания.

Рис. 3.2. Обработка резанием

Под действием силы резания резец, выполненный в виде клина, вдавливается передней плоскостью в верхний слой металла заготовки, подвергая его упругой и пластической деформации. Резец преодолевает внутренние силы связи материала и отрывает от его мысы частицы путем сдвига по плоскости SS. Процесс сдвига совершается непрерывно, поэтому с обрабатываемой поверхности удаляется слой металла t в виде стружки. В процессе резания слой металла на обрабатываемой поверхности упрочняется вследствие упруго-пластической деформации. Процесс упрочнения связан с изменением макро- и микроструктуры металла, повышением его твердости и возникновением внутренних напряжений. Этот верхний слой металла получил название дефектного. При различных способах обработки резанием толщина дефектного слоя меняется (от десятых долей микрометра до долей миллиметра). Технико-экономические показатели процесса резания резцом зависят при прочих равных условиях как от физико-механических свойств материала резца, так и от формы его режущей части. Как правило твердость и механическая прочность режущего инструмента значительно больше, чем у обрабатываемого материала. Он должен быть также теплостойким. Этим требованиям удовлетворяют углеродистые инструментальные стали, легированные и быстрорежущие стали и сплавы, металлокерамические твердые сплавы. Рациональная форма режущей части резца определяются в основном его углами α и γ. Угол γ – определят условия отвода стружки и уменьшения потерь не трение стружки о плоскость резца (может быть как (+) так и (–)) (-10;+30)°. Угол α – определяет потери на трение между задней плоскостью резца и обрабатываемой поверхностью. Угол β – называется углом заострения. Изменяя геометрические параметры лезвия, можно управлять процессом резания, т.е. внедрением режущей части инструмента в обрабатываемый материал, при котором образуется упруго- и пластически деформированный его объем – зона опережающей деформации или зона стружкообразования.