Влияние температуры резания на характер стружкообразования

где С – постоянная, зависящая от свойств обрабатываемого материала и условий резания; m –показатель относительной стойкости, при точении колеблется в пределах 0,3-0,4.

Так как m – дробное число, намного меньшее единицы, то небольшое изменение скорости резания обуславливает значительное изменение стойкости, поэтому обработку следует вести на расчетной скорости. Это условие легко выполнимо на станках с бесступенчатым регулированием частоты вращения шпинделя.  

 

2.3. Охлаждение  и смазка при обработке резанием

Смазочно-охлаждающие  вещества оказывают благоприятное  влияние на резание и качество обработанной поверхности:

·        попадая в зону резания, смазывают трущиеся поверхности и уменьшают трение;

·        проникая в микротрещины деформируемого слоя материала, снижают работу деформации;

·        охлаждают режущий инструмент, деформируемый слой и обработанную поверхность заготовки;

·        препятствуют образованию наростов, что влечет за собой уменьшение шероховатости обработанной поверхности. 

 

Из смазочно-охлаждающих  веществ используют, главным образом, жидкости – СОЖ, в которые иногда добавляют твердые вещества (порошки мыла и парафина, воск, соду и пр.).

СОЖ делятся на две  группы.

К первой группе относятся жидкости, которые выполняют главным образом охлаждающее действие. Лучшую охлаждающую способность имеют жидкости на водной основе – эмульсии, водные растворы соды, солей. Эмульсии получают растворением в воде эмульсолов – растворов мыла и органических кислот в минеральных маслах. Охлаждающие СОЖ используют при черновой обработке вязких металлов.

Ко второй группе относятся жидкости, выполняющие главным образом смазывающее действие, т.е. обладающие большой смазывающей способностью. Широко используют минеральные масла и их смеси, сульфофрезол – минеральные масла, содержащие добавки серы и др. Эти СОЖ применяются при работе на станках-автоматах, при чистовой обработке, при нарезании резьб и зубьев зубчатых колес.

При обработке заготовок из хрупких  материалов, когда образуется стружка  надлома, в качестве охлаждающей  среды применяют сжатый воздух, углекислоту. В отдельных случаях обработку  ведут без охлаждения.

Эффективность охлаждения зависит не только от состава СОЖ, но и от способа ее подвода к охлаждаемым поверхностям. Используется подвод жидкости через узкое сопло на переднюю поверхность инструмента; высоконапорное охлаждение, когда жидкость подается с большой скоростью со стороны задних поверхностей инструмента. В случаях, когда подвод СОЖ затруднен, используют подвод непосредственно в зону резания через полый режущий инструмент (например, при сверлении глубоких отверстий). 

2.4. Качество  поверхностного слоя детали

Результатом упругой  и пластической деформации материала  обрабатываемой заготовки является упрочнение (наклеп) поверхностного слоя обработанной заготовки. Наклеп происходит потому, что резец не бывает абсолютно  острым, а имеет радиус закругления  режущей кромки , величина которого при обычных методах заточки составляет примерно 0,02 мм.

 

 

 

 

Рис.3. Схема образования  поверхностного слоя заготовки 

 

В момент врезания соприкосновение  вершины инструмента и детали происходит в точке S. По мере врезания инструмента точка наибольших напряжений понижается и при установившемся процессе переходит в точку соприкосновения линии сдвига ОО с дугой окружности в точке С. Инструмент может срезать с заготовки стружку при условии, что глубина резания t больше радиуса . В стружку переходит часть срезаемого слоя металла, лежащая выше линии DC. Слой металла, лежащий между линиями DC и АВ сдавливается, упругопластически деформируется, вследствие чего и возникает наклеп.

Наклеп проявляется  в повышении поверхностной твердости  обработанной поверхности (она может  в 2 раза превышать твердость металла  заготовки). Глубина наклепанного слоя зависит от режима резания, состояния  режущей кромки, геометрии инструмента  и обрабатываемого материала. При точении толщина наклепанного слоя составляет 0,4 мм, при сверлении 0,2-0,3 мм.

Чем больше глубина резания, подача, угол резания, радиус закругления  лезвия, тем больше наклеп.

Чем мягче металл, тем  большему упрочнению он подвергается – чугуны упрочняются меньше стали.

С увеличением скорости резания наклеп уменьшается.

Следствием деформирования металла является также то, что после перемещения резца относительно обработанной поверхности происходит упругое восстановление поверхностного деформированного слоя на величину h_у –упругое последействие. В результате этого образуется контактная площадка шириной H между обработанной поверхностью и вспомогательной задней поверхностью резца. Со стороны обработанной поверхности возникают силы нормального давления N и трения F. Для уменьшения силы трения у режущего инструмента делают задние углы.

Упругопластическое деформирование металла приводит к возникновению в поверхностном слое заготовки остаточных напряжений, которые могут быть растягивающими или сжимающими. Напряжения растяжения снижают предел выносливости материала заготовки, так как приводят к появлению микротрещин в поверхностном слое. Напряжения сжатия, напротив, повышают предел выносливости деталей. Остаточные напряжения искажают геометрическую форму обработанных поверхностей, снижают точность их взаимного расположения и размеров.

Следовательно, окончательную обработку поверхностей заготовок следует вести такими методами, чтобы остаточные напряжения отсутствовали или были минимальными по величине. Целесообразно, чтобы в поверхностном слое возникали напряжения сжатия (обработка тонким пластическим деформированием, например, обкатка поверхностей заготовок стальным закаленным роликом или шариком).

Условно поверхностный  слой обработанной заготовки можно  разделить на три зоны (рис.4):

Рис.4.Эпюра распределения  напряжения по толщине заготовки 

 

I-зона разрушенной структуры с измельченными зернами, резкими искажениями кристаллической решетки и большим количеством микротрещин; Этот слой называют дефектным и его следует обязательно удалять при последующей обработке поверхности заготовки.

II-зона наклепанного металла. В этой зоне твердость металла резко изменяется по толщине заготовки. Наибольшую твердость имеет обработанная поверхность. Твердость постепенно уменьшается по мере удаления от этой поверхности.

III-основной металл.  

 

2.5. Методы формообразования  поверхностей деталей в процессе  резания

Любую поверхность рассматривают  как совокупность последовательных положений (следов) одной производящей линии, называемой образующей, движущейся по другой производящей линии, называемой направляющей.

В реальных условиях образования  поверхностей деталей на металлорежущих станках образующие и направляющие линии в большинстве случаев  являются воображаемыми. При обработке  они воспроизводятся комбинацией согласованных между собой движений заготовки и инструмента. Движения резания и являются формообразующими движениями, так как они воспроизводят во времени образующие и направляющие линии.

Существует четыре способа  формообразования поверхностей.

1. Метод копирования основан на том, что режущая кромка инструмента по форме совпадает с производящей линией 1. Направляющая линия 2 воспроизводится вращением заготовки или поступательным движением инструмента, которые и являются формообразующими. Второе движение (движение подачи), направленное перпендикулярно обрабатываемой поверхности, необходимо для получения определенного размера поверхности. Этот метод используют при обработке фасонных поверхностей на станках.

Рис.5. Формообразование поверхностей при резании по методу копирования

2. Метод следов. Образующая линия 1 является траекторией движения точки (вершины) режущего лезвия инструмента, а направляющая линия 2 – траекторией движения точек заготовки. В этом случае оба движения (V и S) являются формообразующими. Имеет место при обтачивании, растачивании, нарезании резьб и др.

Рис.6. Формообразование поверхностей при резании по методу следов

3. Метод касания. Образование поверхностей по методу касания заключается в том, что направляющей линией 2 служит касательная к ряду геометрических вспомогательных линий, являющихся траекториями движения точек режущего инструмента. Образующей линией 1 служит режущее лезвие инструмента, а формообразующим движением является только движение подачи S.

Имеет место при фрезеровании, шлифовании, полировании и др.

Рис.7. Формообразование поверхностей при резании по методу касания

4. Метод обкатки. Образование поверхностей по методу обкатки (огибания) заключается в том, что направляющая линия 2 воспроизводится вращением заготовки. Образующая линия 1 получается как огибающая кривая к ряду последовательных положений режущей кромки инструмента относительно заготовки вследствие согласования между собой движения резания с движением подачи. Скорости этих движений согласуются так, что за время прохождения круглым резцом расстояния l резец должен сделать один полный оборот относительно своей оси вращения. Здесь все три движения являются формообразующими (V, S_пр, S_кр). Пример: нарезание зубъев зубчатых колес по методу обкатки.

Рис.8. Формообразование поверхностей при резании по методу обкатки

Далее

Парфеньева И.Е. ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ. М.: Учебное пособие, 2009

Виды обработки  точением. Основные типы токарных резцов. Элементы и геометрические параметры  токарного резца.

4.1. Виды обработки  точением

На токарных станках, и в частности на токарно-винторезных, можно выполнить следующие виды работ: точение в центрах, в патроне и на планшайбе; растачивание; торцовое точение; отрезку и подрезку; нарезание резьбы; точение конусов, фасонных поверхностей и другие виды работ с применением соответствующих инструментов и приспособлений.

Обработка поверхностей осуществляется либо с продольной, либо с поперечной подачей. Формообразование поверхностей при обработке с продольной подачей осуществляется по методу следов, при обработке с поперечной подачей – в основном по методу копирования.

Точение в центрах

Прутковые детали (валы, оси) с отношением длины к диаметру  обычно подвергают продольному точению в центрах с использованием проходных резцов. Деталь с просверленными осевыми отверстиями на торцах зажимают между центрами передней и задней бабок. Центр передней бабки устанавливают в шпинделе, а задний – в пиноли задней бабки. На одном из концов детали закрепляют хомутик при помощи винта так, чтобы палец входил в прорезь поводковой планшайбы. Планшайбу навинчивают на передний конец шпинделя.

При обработке длинных  деталей   для предохранения их от прогиба применяют направляющие приспособления – люнеты. Люнет может быть неподвижным (крепится на направляющих станины) и подвижным (устанавливается на каретке суппорта и двигается вместе с ней).

При обработке тяжелых  и длинных деталей (из проката) один конец закрепляется в патроне, а  другой поддерживается центром задней бабки. Это обеспечивает необходимую жесткость крепления детали и уменьшает износ центров.      

Точение в патроне

Обработка деталей с  соотношением проводится при закреплении их в патроне. Патроны бывают трех- и четырехкулачковые.

Трехкулачковый самоцентрирующий патрон используют обычно для закрепления  симметричных деталей. В этом патроне  захватывающие кулачки могут  одновременно радиально перемещаться к центру или от него.

В четырехкулачковых  патронах имеется независимое перемещение  каждого из кулачков. Эти патроны  используют для установки и закрепления  деталей сложной и несимметричной формы.

Точение на планшайбе

Планшайба, навинчиваемая  на шпиндель, используется при обработке несимметричных деталей и деталей сложной формы. Планшайба представляет собой диск с радиально прорезанными пазами. Обрабатываемая деталь укрепляется на планшайбе болтами. Иногда сначала ставят угольник и к нему прикрепляют обрабатываемую деталь. Закрепленная деталь уравновешивается противовесом.

Точение разделяется  на черновое и чистовое. При черновом обтачивании снимается припуск 2-5 мм. Обтачивание производят проходными резцами (рис.1). Радиус закругления  вершины черновых резцов R=0,5-1 мм, получистовых R=1,5-2 мм, для чистового точения R=3-5 мм.

Рис.1. Схемы обтачивания

1 – продольное точение  прямым проходным левым резцом

2 – продольное точение прямым проходным правым резцом

3 – продольное точение  отогнутым правым резцом

4 – продольное точение  упорно-проходным правым резцом

Припуски на чистовое обтачивание колеблются в пределах 1-2 мм и менее на сторону. Обтачивание  ведут резцами с закругленной режущей кромкой и широкими резцами.

Для обтачивания торцовых поверхностей применяют подрезные резцы (рис.2). При обработке торцовых поверхностей заготовки закрепляют теми же способами, что и при обработке наружных цилиндрических поверхностей. При закреплении в патроне вылет заготовки должен быть минимальным. Для подрезки торца заготовки при закреплении ее с поджимом задним центром используют специальный срезанный опорный неподвижный центр.