Процессы резания (ТКМ в электронном виде), страница 3

Угол влияет на шероховатость обработанной поверхности заготовки: с уменьшением шероховатость обработанной поверхности уменьшается. Одновременно уменьшается толщина и увеличивается ширина срезаемого слоя материала. Это приводит к тому, что увеличивается активная длина главного режущего лезвия. Сила и температура резания, приходящиеся на единицу длины режущего лезвия, уменьшаются, что снижает износ инструмента. С уменьшением угла резко возрастает составляющая силы резания, направленная перпендикулярно к оси заготовки, что вызывает повышенную ее деформацию. С уменьшением угла возможно возникновение вибраций в процессе резания, что снижает качество обработанной поверхности.

Вспомогательный угол в плане - угол между проекцией вспомогательного режущего лезвия на основную плоскость и направлением, обратным движению подачи. С уменьшением угла шероховатость обработанной поверхности уменьшается, одновременно увеличивается прочность вершины резца и снижается его износ.

Если ось резца не будет перпендикулярна линии центров станка, то это вызовет изменение углов и .

Угол наклона главного режущего лезвия измеряют в плоскости, проходящей через главное режущее лезвие резца перпендикулярно основной плоскости, между главным режущим лезвием и линией. Проведенной через вершину резца параллельно основной плоскости.

Угол может быть положительным, отрицательным и равным нулю (рис. 9), что влияет на направление схода стружки.

Если вершина резца является высшей точкой главного режущего лезвия, то угол отрицателен и стружка сходит в направлении подачи. Если главное режущее лезвие параллельно основной плоскости, то =0 и стружка сходит по оси резца. Если вершина резца является низшей точкой главного режущего лезвия, то угол положителен и стружка сходит в направлении, обратном направлению подачи.

Направление схода стружки важно учитывать при обработке заготовок на токарных автоматах. При обработке заготовок стружку необходимо отводить так, чтобы она не мешала работе инструментов в соседних позициях автомата.

С увеличением угла качество обработанной поверхности ухудшается, осевая составляющая силы резания уменьшается. А радиальная и вертикальная составляющие увеличиваются.

Глава II. Физические основы процесса резания металлов

Резание представляет собой сложный процесс пластической деформации наружного слоя обрабатываемого металла. Оно сопровождается сложными физическими явлениями, непосредственно влияющими на работу инструмента, производительность труда и качество продукции.

Не случайно наука о резании металлов возникла и ведет свое развитие с изучения процесса образования стружки. На протяжении столетия ученые, исследуя этот процесс, проникают все глубже в сущность явлений при резании металлов, раскрывают все новые и новые “тайны” процесса резания и, таким образом способствуют прогрессу машиностроения и развитию науки о резании металлов.

Все научные исследования процесса образования стружки провел русский ученый – профессор Иван Августович Тиме в период 1865-1870 г. В результате этих исследований он впервые определил правильный научный взгляд на сущность процесса резания и заложил основы науки о резании металлов.

1. Процесс образования стружки

Металлорежущие инструменты имеют различную форму. Но процесс образования стружки при работе любым из них протекает по существу одинаково. Конечно, в работе многих инструментов имеются свои особенности, которые отражаются на характере образования стружки, но они не изменяют общей картины процесса резания и его основных закономерностей. Поэтому процесс образования стружки обычно изучают на примере работы самого простого инструмента – резца.

При работе любым инструментом стружка является результатом пластической деформации наружного слоя металла обрабатываемой детали. Следовательно, для понимания сущности процесса резания металлов необходимы правильные представления о механизме пластической деформации металлов.

Механизм пластической деформации. Известно, что все металлы и их сплавы состоят из множества отдельных зерен кристаллов, прочно соединенных между собой.

При механическом воздействии на металл в его зернах возникают напряжения, под влиянием которых они деформируются, т.е. вытягиваются в одном направлении и суживаются в другом. Деформация металлических зерен протекает путем сдвигов, проходящих по плоскостям скольжения, расположенным параллельно определенной кристаллографической плоскости.

Механические свойства кристаллов неодинаковы в различных плоскостях. Имеются плоскости, по которым они во много раз ниже. По этим плоскостям происходят сдвиги.

Из курса сопротивления материалов известно, что максимальные тангенциальные напряжения наблюдаются в тот момент, когда разрывающая сила направлена под углом к плоскости скольжения. Поэтому сначала образуются сдвиги в зернах, у которых плоскости скольжения расположены под углом к направлению этой силы. Потом движущиеся части зерен давят на соседние зерна и поворачивают их до тех пор, пока плоскости скольжения их не совпадут с направлением плоскостей скольжения первых зерен. Таким образом, пластическая деформация отдельных зерен, являющаяся следствием внутрикристаллических сдвигов, неизбежно сопровождается сдвигами кристаллов относительно друг друга, т.е. межкристаллической деформацией.

Совокупность линий сдвигов, происходящих при пластической деформации, легко обнаруживается, например, на отполированной поверхности разрывного образца в виде сетки так называемых линий Чернова, расположенных под углом к направляющей силе.

При резании пластическая деформация в наружном слое обрабатываемой заготовки возникает под влиянием не растягивающей, а сжимающей силы. Но описанный механизм пластической деформации от этого по существу не изменяется, и его закономерности справедливы и для процесса образования стружки.

Схема образования и виды стружки. Резец, перемещаясь относительно заготовки, с силой Р вдавливается в ее поверхностный слой. Таким образом, резание металла можно рассматривать как процесс последовательных сдвигов отдельных частиц деформированного металла, называемых элементами стружки. Однако стружка не обязательно должна получаться в виде отдельных не связанных друг с другом элементов. Чаще всего встречается стружка, в которой отдельные ее элементы сравнительно прочно связаны между собой. Вид стружки зависит от режима резания, свойств обрабатываемого металла, переднего угла, толщины среза и некоторых других факторов.

Если скорость резания мала, и толщина среза больше, то при обработке пластического металла, получается так называемая элементная стружка, состоящая из отдельных, друг с другом не связанных элементов. Такая стружка, например, получалась в опытах проф. В.А. Кривоухова, при которых толщина среза была 4мм., а скорость резания только 0,625 м/мин. (Рис. 11,а)

С повышением скорости резания связь между элементами стружки становится более прочной, так как сдвиги в зёрнах металла, не успевают завершиться так полно, как при низкой скорости резания. Поэтому уже при средних скоростях резания получается стружка, состоящая из отчётливо различимых, но достаточно прочно связанных элементов. Такая стружка называется стружкой скалывания, или суставчатой. Внутренняя сторона такой стружки, примыкающая к передней поверхности резца, гладкая, а внешняя сторона имеет ярко выражённые зазубрины, образуемые её элементами. (Рис.11,б)

При высоких скоростях резания стружка сходит сплошной лентой, зазубрин на внешней стороне её нет, элементы стружки не видны. Такая стружка называется сливной. (Рис. 11,в)

При обработке хрупких металлов, например чугуна, стружка получается в виде чешуйчатообразных кусочков, так как при обработке таких металлов происходит не сдвиг элементов стружки, а вырывание частиц обрабатываемого металла из поверхности детали. Такую стружку называют стружкой надлома. (Рис. 11,г)

1. Силы резания

В результате сопротивление металла деформированию возникают реактивные силы, действующие на резец. Эти силы обычно приводят к одной силе R - равнодействующей силе резания.

Условно считают, что точка приложения силы R находится на рабочей части главного режущего лезвия резца. (Рис. 12)

Абсолютная величина, точка приложения и направление в пространстве равнодействующей силы резания R в процессе обработки являются переменными.

Это объясняется неоднородностью структуры и переменной поверхностной твёрдостью материала заготовки, непостоянством сечения срезаемого слоя (наличие штамповочных и литейных уклонов, галтелей и т. д.), изменением углов и в процессе резания и т.д. Поэтому для практических расчётов используют не равнодействующую силу резания, а её составляющие, действующие по трём взаимно перпендикулярным направлениям: координатным осям металлорежущего станка. Такими осями для токарно-винторезного станка являются: ось X - линия центров станка, ось Y - линия, перпендикулярная к линии центров станка, ось Z - линия, перпендикулярная к плоскости X – Y (Рис.12)

Вертикальная составляющая силы резания P_z действуют в плоскости резания в направлении главного движения (по оси Z). По оси P_z определяют крутящий момент на шпинделе станка (заготовке), эффективную мощность резания, деформацию изгиба заготовки в плоскости X - Z, изгибающий момент, действующий на стержень резца; по силе P_z ведут динамический расчет механизмов коробки скоростей станка.

Радиальная составляющая силы резания P_y действует в плоскости X –Y перпендикулярно оси заготовки. По силе P_y определяют упругое отжатие резца от заготовки и деформацию изгиба заготовки в плоскости X – Y.

Осевая составляющая силы резания P_x действует в плоскости X –Y вдоль оси заготовки. По силе P_x рассчитывают механизмы подач станка и изгибающий момент, действующий на стержень резца.