>>> Перейти на полный размер сайта >>>

Учебное пособие

Металлорежущие станки

2.3. Обрабатываемость материалов резанием и режущие свойства инструментов

Процесс обработки материалов резанием заключается во взаимодействии двух тел — обрабатываемой заготовки и режущего инструмента. При этом поверхностный слой материала, срезаемый с обрабатываемой заготовки, подвергается сильному пластическому деформированию, в результате чего срезаемый слой в частично или полностью разрушенном состоянии удаляется с заготовки в виде срезанной стружки. На заготовке и на срезаемой стружке в процессе резания непрерывно возникают новые поверхности.

К резанию материалов как к технологическому способу обработки заготовок деталей машин предъявляются следующие основные требования:

• высокое качество и точность обработанных поверхностей;
• высокая производительность труда;
• экономичность.

Выполнение этих требований зависит от комплекса одновременно действующих факторов, которые можно разделить на три основные группы.

К первой группе относятся факторы, связанные с физической природой и структурным состоянием материала обрабатываемой заготовки.

Вторая группа факторов определяется свойствами материала режущей части инструмента, его конструкцией и качеством изготовления.

В третью группу входят факторы, отражающие реальные условия протекания процесса резания.

При изучении процесса резания был установлен ряд взаимосвязанных параметров и характеристик, отражающих различные физические явления, происходящие в процессе взаимодействия режущего инструмента с обрабатываемой заготовкой, и на протекание которых влияют свойства материала, подвергаемого обработке резанием.

Эти параметры и характеристики объединены общим термином обрабатываемость материала резанием, под которым понимается свойство материалов подвергаться обработке резанием. Основные показатели обрабатываемости могут иметь как сравнительный, так и абсолютный характер.

К числу показателей, определяющих сущность обрабатываемости материала резанием, относятся:

• сила резания (момент вращения) обрабатываемого материала, определяемая по сравнению с силой резания эталонного материала (для металлов — это обычно сталь 45) и измеренная при равных режимах резания;
• эффективная мощность, затрачиваемая на резание, по сравнению с эффективной мощностью резания эталонного материала;
• усадка стружки (продольная и поперечная) как мера пластической деформации, необходимой для ее срезания и образования новых поверхностей на заготовке;
• наличие или отсутствие склонности к образованию нароста на поверхности инструмента при равных условиях резания, а также форма нароста;
• качество поверхностей, обработанных резанием при равных и оптимальных режимах, оцениваемое шероховатостью¹ и остаточным напряжением² в поверхностных слоях изготовленной детали;
• скорость изнашивания инструментального материала по сравнению со скоростью его изнашивания при резании эталонного материала;
• теплота, выделяющаяся при деформации материала срезаемого слоя и при взаимодействии трущихся поверхностей инструмента и заготовки, а также распределение этой теплоты между стружкой, обрабатываемым материалом и инструментом;
• вид, форма и размеры срезанной стружки, определяющие удобство ее отвода, хранения и транспортировки, возможность принудительной завивки и ломания стружки, а также безопасность труда рабочего-станочника;
• энергозатраты на срезание единицы массы стружки.

Количественные оценки перечисленных показателей обрабатываемости конструкционного материала данного химического состава и структурного состояния определяются в зависимости от его твердости, предела прочности и относительного удлинения, коэффициента трения в паре с инструментальным материалом, свойства изнашивать лезвия инструмента, теплопроводности и т.д. В реальных производственных условиях перечисленные свойства материалов из-за отклонений в химическом составе и неоднородности структуры не являются постоянными.

Кроме того, характеристики процесса резания, отражающие взаимосвязанные физические явления в зоне стружкообразования, изменяются в зависимости от режимов резания, прогрессирующего износа инструмента и т.п. На основании этого сопоставление количественных оценок обрабатываемости, например по стойкости инструмента³, допустимо лишь при соблюдении равных условий резания, типичных для сравниваемых групп обрабатываемых и инструментальных материалов.

Под режущими свойствами инструментов понимается их способность обрабатывать различные материалы резанием. При оценке режущих свойств инструментов используются следующие показатели:

• количество однотипных обработанных ими заготовок;
• длина относительного рабочего пути инструмента и заготовки;
• площадь обработанной поверхности;
• объем материала, срезанного с обработанных заготовок;
• период стойкости инструмента и число его переточек;
• суммарная длина всех обработанных заготовок.

Режущие свойства инструмента являются функцией комплекса факторов, к числу которых относятся:

• свойства инструментального материала, включающие в себя химический состав (марка материала), структурное состояние, твердость, пределы прочности на растяжение, изгиб и сжатие, температуростойкость (красностойкость), износостойкость;
• конструкция инструментов — оптимальная форма режущей части, жесткость, точность изготовления;
• режимы резания — скорость резания, подача и глубина резания (см. подразд. 2.2), СОЖ, принятый критерий износа;
• состояние металлорежущего станка — жесткость станка (см. гл. 1) и технологической оснастки, виброустойчивость⁴.

Все перечисленные факторы влияют на результат работы режущего инструмента, и поэтому его режущие свойства могут иметь постоянную количественную оценку лишь при постоянстве всего комплекса факторов, что выполнимо только в лабораторных условиях. В реальных производственных условиях перечисленные факторы неодинаковы.

Контрольные вопросы

1. Какие требования предъявляются к технологическому процессу резания материалов?
2. Что понимается под термином «обрабатываемость материала резанием»?
3. Что такое режущие свойства инструментов, чем они оцениваются?

¹ Шероховатость поверхности — это совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами, образующих ее рельеф.

² Остаточные напряжения — это сохраняющиеся во времени внутренние напряжения, основной причиной возникновения которых является неоднородность деформации в разных точках тела вследствие неравномерности температур или пластических деформаций.

³ Под стойкостью режущих инструментов понимается продолжительность (в минутах) непосредственного резания от переточки до переточки при установленном допустимом износе.

⁴ Виброустойчивостью станка называется способность противостоять вибрациям, стремящимся вывести его из состояния динамического равновесия.