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;

• 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 шероховатостью 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;

• усадка стружки (продольная и поперечная) как мера пластической деформации, необходимой для ее срезания и образования новых поверхностей на заготовке;

• 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.

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, СОЖ, принятый критерий износа;

• состояние металлорежущего станка — жесткость станка и технологической оснастки, виброустойчивость.

Материалы, обрабатываемые резанием

Материалы, применяемые в машиностроении для изготовления деталей машин и механизмов, приборов, аппаратов, воспринимающих силовую нагрузку, называют конструкционными материалами. Они подразделяются на три класса:

• металлы (сплавы на основе железа, никеля, меди, алюминия, магния, титана и других металлов);

• неметаллы (пластические массы, керамика, стекло, резина и т.д.);

• композиционные материалы.

В машиностроении самыми распространенными и традиционно обрабатываемыми резанием являются металлические конструкционные материалы, поэтому в книге будут рассмотрены только процессы обработки металлов резанием на металлорежущих станках. Обработке резанием подвергают следующие металлы: чугуны, стали, цветные металлы и их сплавы.