Процессы резания (ТКМ в электронном виде), страница 5

Наклеп – следствие пластической деформации обрабатываемого металла: чем больше деформация, тем больше наклеп. Следовательно, на образование наклепа, как и на усадку стружки, должна влиять величина переднего угла. Так с увеличением переднего угла деформации срезаемого слоя и наружного слоя обработанной поверхности уменьшаются, следовательно, степень и глубина наклепа резко снижаются. Например, при угле =5 глубина наклепанного слоя примерно в 2-3 раза больше, чем при угле =45 .

1. Тепловые явления при резании

Цвет стружки, как правило, отличается от цвета металла, от которого она получена. Это получается вследствие того, что в процессе резания выделяется много тепла, причем большую часть его поглощает стружка. Под влиянием нагрева на чистой металлической поверхности стружки образуются тонкие пленки окислов, приобретающие различный цвет, в зависимости от степени нагрева стружки.

Так, например, стальная стружка принимает светло-желтый цвет, нагреваясь до температуры 220 С, темно-синий – при 290 С, и при температуре 400 С она имеет светло-серый цвет.

Основные источники тепла, выделяющегося при резании. Когда в лабораториях, желая узнать прочность металла, разрывают образец на специальных машинах, он нагревается. В процессе разрыва мельчайшие частицы металла перемещаются относительно друг друга. Между ними возникает трение, в результате которого выделяется тепло и образец нагревается.

Такое же явление наблюдается и при резании металла. Правда, здесь срезаемый слой не растягивается, а сжимается. Мельчайшие частицы металла в этом слое тоже перемещаются относительно друг друга. Между ними также возникает трение, в результате которого выделяется тепло, причем в значительно больших количествах, чем при разрыве образца. Кроме того, теплота при резании образуется еще в результате трения стружки о переднюю, поверхность резца, по которой она движется с большой скоростью. Наконец, тепло возникает и от трения задней поверхности инструмента о поверхность резания.

Вся механическая энергия, израсходованная на снятие стружки, превращается в тепло (согласно закону сохранения энергии). Следовательно, количество тепла, выделяющегося при резании, должно быть эквивалентно затраченной работе резания.

Поскольку работа А, затраченная на резание в 1 мин, может быть определена как произведение силы резания P_z на скорость резания V, то, следовательно, общее количество тепла, выделяющегося при резании в 1 мин.

Q = ккал/мин (А),

где Е – механический эквивалент теплоты, равный 427 кгс.м/ккал. Тепло Q, выделяющееся при резании, не остается в местах его появления, а распространяется от точек с высокой температурой и точкам с более низкой температурой, т.е. Q = Q + Q + Q

где Q - количество тепла, уносимого стружкой;

Q - Количество тепла, нагревающего обрабатываемую деталь;

Q - Количество тепла, нагревающего резец.

Проф. А. М. Даниелян, исследуя распределение тепла между стружкой, резцом и деталью, получил данные, приведенные в табл.

Из данных табл. видно, распределение тепла, выделяемого при резании, между стружкой, инструментом и деталью, зависит от скорости резания. При высокой скорости резания тепло не успевает перейти от стружки в резец, поэтому доля тепла Q уменьшается.

Таблица

Распределение тепла между стружкой, деталью и резцом в %

Сплав ЭИ867 имеет меньшую теплопроводность, поэтому при обработке деталей из этого сплава доля тепла Q в 7-12 раз больше.

Влияние элементов режима резания на температуру резания. Температура резания зависит, с одной стороны, от количества тепла, выделяющегося в единицу времени, и, с другой стороны, от интенсивности отвода тепла в инструмент, деталь и окружающую среду. Чем больше тепла выделяется при резании, тем выше будет температура резания. Наоборот, с усилением интенсивности отвода тепла в инструмент и обрабатываемую деталь температура резания будет ниже, даже при одном и том же количестве выделяющегося тепла.

С повышением режима резания общее количество тепла, выделяющегося в 1 мин, увеличивается, и температура резания при этом повышается. В зависимости от режима резания температура резания изменяется в интервале от 20 С, когда скорость резания составляет примерно 0,1-0,2 м/мин, до 1000 С, когда скорость резания высока. При скоростном точении стальных деталей температура на передней поверхности резца иногда приближается к точке плавления материала обрабатываемой детали.

С ростом толщины или ширины среза увеличивается объем деформируемого металла, поэтому возникает большая сила резания, следовательно, согласно формуле (А), должно увеличиваться и общее количество тепла, выделяющегося при резании. Это приводит к повышению температуры инструмента.

Однако, элементы режима резания (скорость резания, толщина и ширина среза) по-разному влияют на температуру резания. Больше всего повышает температуру резания скорость резания, меньше – толщина среза и еще меньше – его ширина. Так, с увеличением скорости резания в 2 раза температура резца повышалась на 32%; с увеличением толщины среза в 2 раза она возрастала только на 12%, а с ростом ширины среза в 2 раза – всего на 5%

Ширина среза в меньшей степени влияет на температуру резания, чем толщина среза и скорость резания, ввиду того, что температура резания зависит не только от количества выделяющегося тепла, но и от того, насколько быстро оно отводится в резец, деталь и окружающую среду. Чем интенсивнее отводится тепло, тем ниже и температура в зоне резания. С увеличением ширины среза пропорционально ее размеру увеличивается и периметр соприкосновения режущей кромки со стружкой, создавая условия для более интенсивного отвода тепла. В этих условиях температура резания повышается незначительно.

При увеличении же скорости резания или толщины среза приток тепла, приходящегося на единицу длины работающей части режущей кромки, становится больше. Поэтому температура резания повышается намного больше, чем при увеличении ширины среза.

Влияние других факторов на температуру резания. При одинаковых режимах резания резец малого сечения затупляется быстрее, чем резец большого сечения. Чем массивнее тело инструмента, тем больше тепла отводится в тело резца и тем меньше, температура резания.

Различные материалы обладают различной способностью отводить тепло от точек, имеющих высокую температуру. Эта способность материалов называемая теплопроводностью, имеет очень существенное значение для работы инструмента. Если стержень резца изготовить не из стали, а из меди, то стойкость резца будет намного выше. Это объясняется тем, что в медный стержень тепло будет отводиться значительно быстрее, так как теплопроводность меди в 15 раз выше теплопроводности стали.

В подтверждение этого предположения сошлемся на следующий опыт. Испытывались резцы, поверхность которых была покрыта слоем меди толщиной 0,1-0,3 мм, и эти же резцы испытывались до их омеднения. Вследствие сильной теплопроводности меди выделяющееся тепло очень быстро отводилось по медному покрытию от режущей кромки в стержень резца. В результате температура омедненных резцов оказалась значительно ниже температуры неомедненных, и омедненные резцы показали стойкость в 2-3 раза выше.

Еще большее влияние на температуру резания оказывает теплопроводность металла обрабатываемой детали. Чем она меньше, тем большая доля тепла уходит в инструмент, и тем больше повышается его температура. Так, например, теплопроводность нержавеющей стали XI8HIOT в 3 раза, а титанового сплава ВТ2 – в 10 раз меньше теплопроводности стали 45. Поэтому при обработке деталей из стали XI8HIOT и сплава ВТ2 температура инструмента повышается в 1,5-2,5 раза.

1. Износ инструмента

В процессе резания передняя поверхность инструмента трется о стружку, главная задняя поверхность – о поверхность резания, а задняя вспомогательная поверхность – об обработанную поверхность детали. Под влиянием трения поверхности режущей части инструмента изнашиваются, инструмент теряет свои режущие свойства и для восстановления их, его перетачивают. Время непрерывной работы инструмента от заточки до заточки называется его стойкостью.

Физическая сущность износа металлорежущего инструмента. В точках контакта инструмента с обрабатываемым металлом соприкасаются металлические чистые поверхности. Соприкосновение же металлических чистых поверхностей, прижимающихся друг к другу под большим давлением и при высокой температуре, приводит к появлению в точках их контакта больших сил молекулярного сцепления. Кое-где эти силы становятся больше сил сцепления частиц внутри материала инструмента, и тогда мельчайшие частицы его материала отрываются от поверхности инструмента и уносятся стружкой или поверхностью детали.