Вольфрам. раздел 6(1). Заготовок деталей машин

• Название: Заготовок деталей машин
• Анкор: Вольфрам
• Дата: 11.11.2021
• Размер: 0.55 Mb.
• Имя файла: раздел 6(1).docx
• Тип: Документы; #268926
• страница: 1 из 15

РАЗДЕЛД МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА U ЗАГОТОВОК ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Глава I Физико-механические основы обработки конструкционных материалов резанием

Базой научно-технического прогресса всех отраслей народного хозяйства служит машиностроение.

Развитие и совершенствование маши­ностроения связаны с его автоматизацией, созданием робототехнических комплек­сов, обработки заготовок, построенных на основе гибких производственных систем (ГПС). Гибкие производственные системы оснащаются современными станками с числовым программным управлением (ЧПУ) или управляемыми от ЭВМ, обес­печивающих функционирование ГПС в целом.

Одна из актуальных задач машино­строения - дальнейшее развитие, совер­шенствование и разработка новых техно­логических методов обработки заготовок деталей машин, применение новых конст­рукционных материалов и повышение качества обработки деталей. Особое вни­мание уделяется чистовым и отделочным технологическим методам обработки, объ­ем которых в общей трудоемкости обра­ботки деталей постоянно возрастает. На­ряду с обработкой резанием применяют методы обработки пластическим дефор­мированием с использованием химиче­ской, электрической, световой, лучевой и других видов энергии (рис. 6.1).

1. КЛАССИФИКАЦИЯ ДВИЖЕНИЙ В МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКАХ. СХЕМЫ ОБРАБОТКИ РЕЗАНИЕМ

Обработка металлов резанием -процесс срезания режущим инструментом с поверхности заготовки слоя металла в виде стружки для получения необходимых геометрической формы, точности разме­ров, взаиморасположения и шероховато­сти поверхностей детали. Чтобы срезать с заготовки слой металла, необходимо ре­жущему инструменту и заготовке сооб­щать относительные движения. Инстру­мент и заготовку устанавливают и закреп­ляют в рабочих органах станков, обеспе­чивающих эти относительные движения: в шпинделе, на столе, в револьверной го­ловке. Движения рабочих органов станков подразделяют на движения резания, уста­новочные и вспомогательные. Движения, которые обеспечивают срезание с заготов­ки слоя металла или вызывают изменение состояния обработанной поверхности за­готовки, называют движениями резания. К ним относят главное движение резания и движение подачи.

За главное (Д.) движение резания при­нимают движение, определяющее ско­рость деформирования материала и отде­ления стружки, за движение подачи (D_s) -движение, обеспечивающее врезание ре­жущей кромки инструмента в материал заготовки. Эти движения могут быть не­прерывными или прерывистыми, а по своему

X

.Механическая

Технологические методы обработки ааготовок

I

Комбинированная

|Элек



[Обкатывание |

| Анод

Хими

Формоизме-

— НЯЮ1



I Слесарная I

I

f" "tPi! кивание]
1—'Разрезание]
Ц^Руока "]

1 ——

"

(—[шабрение J] '-^Пр'итйркГгГ "J

Резанием

Пластическим
деформированием
>

Н Раскатывание

Без иэме-—| нения формы

-\ Калибровка

ащая

Ц Выглаживание

Накатывание


_]А
Дробеструйная

Упрочняю­щая

Ротационная

[Элек

Электроабра­зивная

. Электроалмаэ- jЭлек

| Элек

iское хонинго-вание

Другие

| Хими

IУльт | Элек

[Свет

| Элек

Строгание

ЦДолбление
I- Точение

-| Обтачивание | |Растачивание | [Подрезание |

L- Разрезание

- Сверление

—\ Рассверливание

—| Зенкерование

IЗенкование

| Развертывание

Цекоеание

Фрезерование Протягивание

I—| Проши

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОБРАБОТКИ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ РЕЗАНИЕМ 297

I г з
&

е-

_s®

я)

б)

» *пр

_^№Г

й)
_е

О

_£

Рис. 6.2. Схемы обработки заготовок: а - точением; б - растачиванием; в - свер­лением; г - фрезерованием; д - шлифовани­ем на круглошлифовальном станке; е - шлифованием на плоскошлифовальном станке

характеру вращательными, поступатель­ными, возвратно-поступательными. Ско­рость главного движения резания обозна­чают v, скорость движения подачи - \_s.

Движения, обеспечивающие взаимное положение инструмента и заготовки для срезания с нее определенного слоя мате­риала, называют установочными. К вспо­могательным движениям относят транс­портирование заготовки, закрепление за­готовок и инструмента, быстрые переме­щения рабочих органов станка.

Для любого процесса резания можно составить схему обработки. На схеме ус­ловно изображают обрабатываемую заго­товку, ее установку и закрепление на станке, закрепление и положение инстру­мента относительно заготовки, а также движения резания (рис. 6.2). Инструмент показывают в положении, соответствую­щем окончанию обработки поверхности заготовки. Обработанную поверхность на схеме выделяют другим цветом или утол­щенными линиями. На схемах обработки показывают характер движений резания и их технологическое назначение, используя условные обозначения.

Существуют движения подачи: про­дольное (пр), поперечное (п), вертикаль­ное (в), круговое (кр), окружное (о), тан­генциальное (т). В процессе резания на заготовке различают обрабатываемую по­верхность /, обработанную поверхность 3

и поверхность резания 2 (рис. 6.2, а). На схемах обработки закрепление заготовки и инструмента показывают полуконструк­тивно или условными обозначениями в соответствии с ГОСТ 3.1107-81.

При обработке заготовок на станках с ЧПУ абсолютные значения скоростей главного движения резания и движения подачи вносятся в программу специаль­ными кодами.

При использовании в ГПС многоцеле­вых металлорежущих станков на одном станке можно осуществить несколько тех­нологических способов обработки, напри­мер сверление, развертывание, растачива­ние, фрезерование, что расширяет но­менклатуру деталей, обрабатываемых на одном станке, и повышает их производи­тельность.

2. МЕТОДЫ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Пространственную форму детали оп­ределяет сочетание различных поверхно­стей. Для облегчения обработки конструк­тор стремится использовать простые гео­метрические поверхности: плоские, круго­вые цилиндрические и конические, шаро­вые, торовые, геликоидные. Геометриче­ская поверхность представляет собой со­вокупность последовательных положений следов одной производящей линии, назы-

298

МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК ДЕТАЛЕЙ МАШИН

ваемой образующей, движущейся по другой производящей линии, называемой направляющей. Например, для обра­зования круговой цилиндрической по­верхности прямую линию (образующую) перемещают по окружности (направляю­щей). При обработке поверхностей на ме­таллорежущих станках образующие и на­правляющие линии в большинстве случа­ев отсутствуют. Они воспроизводятся комбинацией движений заготовки и инст­румента, скорости которых согласованы между собой. Движения резания являются формообразующими. Механическая обра­ботка заготовок деталей машин реализует четыре метода формообразования поверх­ностей.

Образование поверхностей по методу копирования состоит в том, что режущая кромка инструмента соответствует форме образующей / обрабатываемой поверхно­сти детали (рис. 6.3, а). Направляющая линия 2 воспроизводится вращением заго­товки. Главное движение здесь является формообразующим. Движение подачи не­обходимо для того, чтобы получить гео­метрическую поверхность определенного размера. Метод копирования широко ис­пользуют при обработке фасонных по­верхностей деталей на различных метал­лорежущих станках.

Образование поверхностей по методу следов состоит в том, что образующая линия / является траекторией движения

точки вершины режущей кромки инстру­мента, а направляющая линия 2 - траекто­рией движения точки заготовки (рис. 6.3, б). Движения резания являются формообра­зующими.

Образование поверхностей по методу касания состоит в том, что образующей линией / служит режущая кромка инстру­мента (рис. 6.3, в), а направляющей лини­ей 2 - касательная к ряду геометрических вспомогательных линий - траекторий то­чек режущей кромки инструмента. Здесь формообразующим является только дви­жение подачи.

Образование поверхностей по методу обкатки (огибания) состоит в том, что направляющая линия 2 воспроизводится вращением заготовки (рис. 6.3, г). Обра­зующая линия / получается как огибаю­щая кривая к ряду последовательных по­ложений режущей кромки инструмента относительно заготовки благодаря согла­сованию двух движений подачи. Скорости движений согласуют так, что за время прохождения круглым резцом расстояния / он делает один полный оборот относи­тельно своей оси вращения.

3. РЕЖИМ РЕЗАНИЯ, ГЕОМЕТРИЯ СРЕЗАЕМОГО СЛОЯ, ШЕРОХОВАТОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ

При назначении режима резания опре­деляют скорости главного движения реза­ния и подачи и глубину резания.

Рис. 6.3. Методы формообразования поверхностей

в) г)

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОБРАБОТКИ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ РЕЗАНИЕМ 299

Скоростью главного движения резания v называют расстояние, пройденное точ­кой режущей кромки инструмента относи­тельно заготовки в единицу времени. Эта скорость измеряется в метрах в секунду (м/с). Если главное движение резания вращательное (точение), то скорость глав­ного движения резания, м/с,

v = л Z)_3arn/(1000-60),

где Djar - наибольший диаметр обрабаты­ваемой поверхности заготовки, мм; п - час­тота вращения заготовки в минуту.

Если главное движение возвратно-пос­тупательное, а скорости рабочего и вспо­могательного ходов различны, то скорость главного движения резания, м/с,

у = £и(* + 1)/(1000-60),

где L - расчетная длина хода инструмента, мм; т - число двойных ходов инструмента в минуту; к - коэффициент, показываю­щий соотношение скоростей рабочего и вспомогательного ходов.

Подачей sназывают путь точки режу­щей кромки инструмента относительно заготовки в направлении движения подачи за один ход заготовки или инструмента. Подача в зависимости от технологическо­го метода обработки измеряется в мм/об -для точения и сверления; мм/дв. ход - для строгания и шлифования.

На станках с ЧПУ величина подачи может непрерывно изменяться в процессе обработки заготовки в соответствии с за­даваемой программой управления. В адап­тивных системах ЧПУ подача может ав­томатически изменяться по результатам измерения шероховатости обработанной поверхности заготовки (самонастраиваю­щаяся система ЧПУ).

Глубиной резания tназывают расстоя­ние между обрабатываемой и обработан­ной поверхностями заготовки, измеренное перпендикулярно к последней. Глубину резания задают на каждый рабочий ход инструмента относительно обрабатывае­мой поверхности. Глубина резания изме­ряется в миллиметрах.

При точении цилиндрической поверх­ности глубину резания определяют как полуразность диаметров до и после обра­ботки (рис. 6.4):

t = (D_3ar-d)/2,

где d - диаметр обработанной поверхно­сти заготовки, мм.

Форму сечения срезаемого слоя мате­риала рассмотрим на примере обтачива­ния цилиндрической поверхности на то­карном станке. На рис. 6.4 показаны два последовательных положения резца отно­сительно заготовки за время одного пол­ного ее оборота. Резец срезает с заготовки материал площадью поперечного сечения /abcd, называемой номинальной площадью среза/,, мм². Для резцов с прямолинейной режущей кромкой

= ts.

ABCD

/н=/,

Форма и размеры номинального сече­ния срезаемого слоя материала зависят от ■Snp ^и Uуглов ф и ф' и формы режущей кромки. В процессе резания участвуют одновременно два движения, поэтому тра­екторией движения вершины резца отно­сительно заготовки будет винтовая линия. Начав резание в точке А, резец вновь встретится с этой образующей цилиндри­ческой поверхности только в точке В. Сле-

Рис. 6.4. Элементы резания и геометрия срезаемого слоя

300

МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК ДЕТАЛЕЙ МАШИН

довательно, не вся площадь среза /abcdбудет срезана с заготовки, а только часть ее, и на обработанной поверхности оста­нутся микронеровности. Остаточное сече­ние площади срезаемого слоя f₀= f_ABE. Действительное сечение площади срезае­мого слоя материала /_д = /bcdeбудет меньше номинального /_н на величину площади осевого сечения микронеровностей.

Остаточное сечение площади срезае­мого слоя материала образует на обрабо­танной поверхности микровыступы и микровпадины, что создает шероховатость поверхности. Этим и отличается реальная обработанная поверхность от идеальной геометрической.

Шероховатость поверхности - это со­вокупность неровностей обработанной по­верхности с относительно малыми шага­ми. Шероховатость - одна из характери­стик качества поверхностного слоя заго­товки. Она оценивается несколькими па­раметрами, в частности критерием Ra -средним арифметическим отклонением профиля, т.е. средним арифметическим абсолютных значений отклонений про­филя в пределах определенной базовой длины обработанной поверхности.

Допустимое значение шероховатости обработанных поверхностей деталей ма­шин указывается на чертежах условными обозначениями по ГОСТ 2789-73. Пред­почтительные значения параметра Raдля разных технологических методов обра­ботки лежат в следующих пределах, мкм: для предварительной, черновой, обработ­ки 100 ... 22,5; для чистовой обработки 6,3 ... 0,4; для отделочной и доводочной обра­ботки 0,2 ... 0,012.

На шероховатость поверхности, обра­ботанной резанием, оказывает влияние большое число факторов, связанных с ус­ловиями изготовления детали, например режим резания, геометрия режущего ин­струмента, вибрации, физико-механичес­кие свойства материала заготовки.

К параметрам процесса резания отно­сят основное технологическое время об­работки, время, затрачиваемое непосред-

ственно на процесс изменения формы, размеров и шероховатости обрабатывае­мой поверхности заготовки. При токарной обработке цилиндрической поверхности основное время Т₀, мин,

Т₀ = Li/(ns_np),

где L= / + Д/ - путь режущего инструмен­та относительно заготовки в направлении подачи [/ - длина обработанной поверхно­сти, мм; А/ - величина врезания и выхода (перебег) резца, мм]; г - число рабочих ходов резца, необходимое для снятия ма­териала, оставленного на обработку.

4. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ПРОЦЕСС РЕЗАНИЯ И КАЧЕСТВО ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Геометрические параметры режущего инструмента целесообразно рассматривать на примере токарного прямого проходного резца как типового образца режущего клина. Геометрические параметры других лезвийных режущих инструментов всегда можно отождествлять с геометрическими параметрами токарного прямого проход­ного резца с учетом особенностей их кон­струкции и способа воздействия на обра­батываемый материал заготовки.

Токарный прямой проходной резец (рис. 6.5) имеет режущую часть / и при­соединительную часть II, которая служит для закрепления резца в резцедержателе. Режущая часть образуется при специаль­ной заточке резца и имеет следующие элементы: переднюю поверхность лезвия /, по которой сходит стружка; заднюю по­верхность лезвия 2, обращенную к по­верхности резания заготовки; вспомога­тельную заднюю поверхность 5, обращен­ную к обработанной поверхности заготов­ки; режущую кромку 3, вспомогательную режущую кромку б, вершину лезвия 4. Инструмент затачивают по передней и задним поверхностям. Для определения

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОБРАБОТКИ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ РЕЗАНИЕМ 3 01

Рис. 6.5. Элементы токарного прямого проходного резца

углов, под которыми расположены по­верхности режущей части инструмента относительно друг друга, вводят коорди­натные плоскости (рис. 6.6). Основная плоскость Р_чспроходит через точку режу­щей кромки перпендикулярно к направле­нию скорости главного движения резания. Плоскость резания Р_тпроходит касатель­но к режущей кромке лезвия перпендику­лярно к основной плоскости. Главная се­кущая плоскость Р_хс проходит перпенди­кулярно к линии пересечения основной плоскости и плоскости резания. Вспомо­гательная секущая плоскость Р_тс1 - плос­кость, перпендикулярная к проекции вспомогательной режущей кромки на ос­новную плоскость.

Углы резца определяют положение элементов режущей части в пространстве относительно координатных плоскостей и относительно друг друга. Эти углы назы­вают углами резца в статике. Углы инст­румента оказывают существенное влияние на процесс резания и качество обработан­ных поверхностей заготовок.

У токарного резца различают главные и вспомогательные углы, которые рас­сматривают исходя из следующих усло­вий: ось резца перпендикулярна к линии центров станка; вершина резца находится на линии центров станка; совершается главное движение резания.

Передний угол у измеряют в главной секущей плоскости между следом перед­ней поверхности лезвия и следом плоско­сти, перпендикулярной к следу плоскости резания. Передний угол у оказывает боль­шое влияние на процесс резания. С увели­чением угла у уменьшается деформация срезаемого слоя, так как инструмент легче врезается в материал, снижаются силы резания и расход мощности. Одновремен­но улучшаются условия схода стружки, а качество обработанной поверхности заго­товки повышается. Чрезмерное увеличе­ние угла у приводит к снижению прочно­сти главной режущей кромки, увеличению износа вследствие выкрашивания, ухуд­шению условий теплоотвода от режущей кромки.

При обработке заготовок из хрупких и твердых материалов для повышения проч­ности и стойкости резца следует назначать меньшие значения угла у, иногда - отри­цательные. При обработке заготовок из мягких и вязких материалов угол у увели­чивают.

Главный задний угол а измеряют в главной секущей плоскости между следом плоскости резания и следом главной зад­ней поверхности. Наличие угла а умень­шает трение между главной задней по­верхностью инструмента и поверхностью резания заготовки, что уменьшает износ инструмента по главной задней поверхно­сти. Чрезмерное увеличение угла а при-

Рис. 6.6. Углы резца в статике

302

МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК ДЕТАЛЕЙ МАШИН

водит к снижению прочности режущей кромки. Угол а назначают исходя из ве­личины упругого деформирования мате­риала обрабатываемой заготовки.

Вспомогательный задний угол а' изме­ряют во вспомогательной секущей плос­кости между следом вспомогательной задней поверхности и следом плоскости, проходящей через вспомогательную ре­жущую кромку перпендикулярно к основ­ной плоскости. Наличие угла а' уменьша­ет трение между вспомогательной задней поверхностью инструмента и обработан­ной поверхностью заготовки.

Угол в плане ф - угол между проекцией главной режущей кромки на основную плоскость и направлением движения по­дачи - оказывает значительное влияние на шероховатость обработанной поверхно­сти. С уменьшением угла ф шероховатость обработанной поверхности снижается. Од­новременно увеличивается активная рабо­чая длина главной режущей кромки. Сила и температура резания, приходящиеся на единицу длины кромки, уменьшаются, что снижает износ инструмента. С уменьше­нием угла ф возрастает сила резания, на­правленная перпендикулярно к оси заго­товки и вызывающая ее повышенную де­формацию. С уменьшением угла ф воз­можно возникновение вибраций в процес­се резания, снижающих качество обрабо­танной поверхности.

Вспомогательный угол в плане ф' -угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и направлением, обратным движению пода­чи. С уменьшением угла ф' шероховатость обработанной поверхности снижается, увеличивается прочность вершины резца, снижается его износ.

Угол наклона режущей кромки X- угол в плоскости резания между режущей кромкой и основной плоскостью. С увели­чением угла Xкачество обработанной по­верхности ухудшается.

Углы у, «, ф и ф' могут изменяться вследствие погрешности установки резца.

Если при обтачивании цилиндрической поверхности вершину резца установить выше линии центров, то угол у увеличит­ся, а угол а уменьшится, а при установке вершины резца ниже линии центров стан­ка - наоборот. Если ось резца будет не­перпендикулярна к линии центров станка, то это вызовет изменение углов ф и ф'.

В процессе резания углы у и а резца меняются. Это можно объяснить тем, что меняется положение плоскости резания в пространстве вследствие вращения заго­товки и поступательного движения резца. В этом случае реальной поверхностью резания, к которой касательна плоскость резания, будет винтовая поверхность. При работе с большими подачами и при наре­зании резьбы резцом изменение углов у и а будет существенным, что следует учи­тывать при изготовлении резцов, внося коррекцию в значение этих углов.

Углы у и а в процессе резания могут оказаться переменными, что имеет место при обработке сложных поверхностей де­талей типа кулачков, лопаток турбин, вин­товых поверхностей с переменным шагом.

5. ФИЗИЧЕСКАЯ СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ

Резание металлов - сложный процесс взаимодействия режущего инструмента и заготовки, сопровождающийся опреде­ленными физическими явлениями, напри­мер деформированием срезаемого слоя металла. Упрощенно процесс резания можно представить по следующей схеме. В начальный момент процесса резания, когда движущийся резец под действием силы резания Р (рис. 6.7) вдавливается в металл, в срезаемом слое возникают упру­гие деформации. При движении резца они, накапливаясь по абсолютной величине, переходят в пластические. В прирезцовом срезаемом слое материала заготовки воз­никает сложное упругонапряженное со­стояние. В плоскости, перпендикулярной к траектории движения резца, возникают

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОБРАБОТКИ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ РЕЗАНИЕМ 303

Рис. 6.7. Упругонапряженное состояние металла при обработке резанием

нормальные напряжения о_у, а в плоскости, совпадающей с траекторией движения рез­ца, - касательные напряжения х_х. В точке приложения действующей силы значение х_хнаибольшее. По мере удаления от точки А х_хуменьшается. Нормальные напряже­ния <з_увначале действуют как растяги­вающие, затем они уменьшаются и, пере­ходя через нуль, превращаются в напря­жения сжатия. Срезаемый слой металла находится под действием давления резца, касательных и нормальных напряжений.

Сложное упругонапряженное состоя­ние металла приводит к пластической де­формации, а рост ее - к сдвиговым дефор­мациям, т.е. к смещению частей кристал­литов относительно друг друга. Сдвиго­вые деформации происходят в зоне струж-кообразования ABC, причем деформации начинаются по плоскости АВ и заканчи­ваются по плоскости А С, в которой завер­шается разрушение кристаллитов, т.е. ска­лывается элементарный объем металла и образуется стружка. Далее процесс повто­ряется и образуется следующий элемент стружки.

Условно считают, что сдвиговые де­формации происходят по плоскости 00, которую называют плоскостью сдвига. Она располагается под углом 8 » 30° к направлению движения резца. Угол 9 на­зывают углом сдвига. Наличие поверхности сдвига в процессе стружкообразования и положение ее в пространстве установлены

русскими учеными И. А. Тиме и К. А. Зво­рыкиным. Срезанный слой металла допол­нительно деформируется вследствие тре­ния стружки о переднюю поверхность инструмента. Структуры металла зоны ABCи стружки резко отличаются от структуры основного металла. В зоне ABCрасположены деформированные и разрушенные кристаллиты, сильно из­мельченные и вытянутые в цепочки в од­ном, вполне определенном направлении, совпадающем с направлением плоскости 0\0\, которая с плоскостью сдвига со­ставляет угол (3 (рис. 6.8).

Характер деформирования срезаемого слоя зависит от физико-механических свойств материала обрабатываемой заго­товки, геометрии инструмента, режима резания, условий обработки. В процессе резания заготовок из пластичных металлов и сталей средней твердости превалирует пластическая деформация. У хрупких ме­таллов пластическая деформация практи­чески отсутствует. Поэтому при обработке хрупких металлов угол (3 близок к нулю, а при обработке пластичных металлов (3 доходит до 30°, что свидетельствует о сложном внутреннем процессе деформи­рования кристаллитов и формировании новой структуры. Знание законов пласти­ческого деформирования и явлений, со­провождающих процесс резания, позволя­ет повысить качество обработанных по­верхностей деталей машин и их надеж­ность.

При резании металлов образуется стружка сливная, суставчатая или эле­ментная. Сливная стружка, появляющаяся

Рис. 6.8. Схема процесса образования стружки

304

МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК ДЕТАЛЕЙ МАШИН

при резании пластичных металлов, пред­ставляет собой сплошную ленту с гладкой прирезцовой стороной. На внешней сто­роне ее видны слабые пилообразные за­зубрины. Стружка суставчатая, образую­щаяся при резании металлов средней твердости, представляет собой ленту с гладкой прирезцовой стороной, на внеш­ней стороне - ярко выраженные зазубри­ны. Стружка элементная образуется при резании хрупких металлов и состоит из отдельных, не связанных между собой элементов. Вид образующейся стружки зависит от физико-механических свойств металла обрабатываемой заготовки, ре­жима резания, геометрических параметров режущего инструмента, применяемых в процессе резания смазочно-охлаждающих средств.

Вид образующей стружки влияет на износ режущего инструмента, шерохова­тость обработанной поверхности, силу резания, конструкцию инструмента. От вида стружки зависит возможность ее ав­томатического отвода из зоны резания и транспортирования. Особые проблемы отвода и транспортирования стружки из зоны резания возникают при обработке заготовок на станках с ЧПУ в условиях ГПС. Станки с ЧПУ оснащаются специ­альными транспортными системами (шне-ковыми, скребковыми), что в ряде случаев вызывает перекомпоновку узлов станков и ГПС.

Чтобы перевести стружку из одного состояния в другое, например стружку суставчатую в элементную, в конструкции режущего инструмента вводят стружко-ломательные устройства, пороги, раздели­тельные канавки. Иногда применяют пре­рывистый процесс резания, например при сверлении отверстий на станках с ЧПУ, или вибрационное резание материалов. Кроме того, стружка в процессе обработки заготовки может забиваться в ее полости, оставаться в отверстиях. Для удаления стружки из заготовок в линиях ГПС при­ходится встраивать специальные автома­тические моечные машины. Однако все

эти мероприятия полностью не решают проблем удаления стружки из заготовок и со станка, ее транспортирования и даль­нейшей переработки.

Стружка, образующаяся в процессе ре­зания, подвергается значительному пла­стическому деформированию, в результа­те которого происходят ее укорочение и утолщение. Эти изменения стружки со­стоят в том, что длина стружки оказывает­ся меньше длины обработанной поверхно­сти, а толщина - больше толщины среза. Изменение размеров стружки характери­зуется коэффициентами укорочения и утолщения (Kiи К_а).

Чем пластичнее металл заготовки, тем больше значение коэффициента K_tструж­ки. Для заготовок из хрупких металлов K_tблизко к 1, а для заготовок из пластичных металлов К/ доходит до 5 ... 7. Величины укорочения и утолщения стружки зависят от физико-механических свойств обраба­тываемого металла, режима и условий резания, геометрических параметров ин­струмента.

Изменение размеров стружки следует учитывать при проектировании режущего инструмента и назначении размеров стру­жечных канавок между режущими эле­ментами инструмента, например, размеров канавок между двумя соседними зубьями фрезы, протяжки.

Силовое взаимодействие инструмен­та и заготовки. Деформирование и среза­ние с заготовки слоя металла происходят под действием внешней силы резания, приложенной со стороны инструмента к обрабатываемой заготовке. Направление вектора силы совпадает с вектором скоро­сти главного движения резания v. Работа, затрачиваемая на деформирование и раз­рушение материала заготовки (Pv), расхо­дуется на упругое и пластическое дефор­мирование металла, его разрушение, на преодоление сил трения задних поверхно­стей о заготовку и стружки о переднюю поверхность лезвия инструмента.

В результате сопротивления металла процессу деформирования возникают ре-

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОБРАБОТКИ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ РЕЗАНИЕМ 305

активные силы, действующие на режущий инструмент. Реактивные силы - это силы упругого (Р_У1 и Р_у2) и пластического (Р_п1 и Pro) деформирования, векторы которых направлены перпендикулярно к передней и задней поверхностям лезвия резца (рис. 6.9, а). Наличие нормальных сил обуслов­ливает возникновение сил трения (F\ и F₂), направленных по передней и задней по­верхностям лезвия инструмента Указан­ную систему сил приводят к равнодейст­вующей силе резания:

P = P_yl+P_y2+P_n]+P_n2+F_]+F₂.

Считают, что точка приложения силы резания Р находится на главной режущей кромке инструмента (рис. 6.9, б). Абсо­лютное значение, точка приложения и на­правление равнодействующей силы реза­ния Р в процессе обработки переменны. Это можно объяснить неоднородностью структуры материала заготовки, перемен­ной поверхностной твердостью материала заготовки, непостоянством срезаемого слоя металла, наличием штамповочных и литейных уклонов, изменением углов у и а в процессе резания. Для расчетов ис­пользуют не равнодействующую силу ре­зания, а ее составляющие, действующие по трем взаимно перпендикулярным на­правлениям - координатным осям метал­лорежущего станка.

Для обеспечения единства трактовки международный стандарт ISO-841 и оте­чественный отраслевой устанавливают номенклатуру и единое направление коор­динатных осей металлорежущих станков с ЧПУ, обязательные для всех изготовите­лей. Например, для токарно-винторезного станка с ЧПУ: ось z - линия центров стан­ка; ось х - горизонтальная линия, перпен­дикулярная к линии центров станка; ось у - линия, перпендикулярная к плоскости zOx(рис. 6.9, б).

Стандарт устанавливает следующее общее направление координатных осей: ось z - ось вращения заготовки или инст­румента; оси х и у - направления продоль­ного и поперечного движений подачи за­готовки или инструмента. За положитель­ное направление координатных осей счи­тают то, при котором инструмент или за­готовка отходят друг от друга.

Для токарного станка с ЧПУ главная составляющая силы резания Р_у(Р₂)* дей­ствует в плоскости резания в направлении главного движения резания по оси y(z) По силе Р_уопределяют крутящий момент на шпинделе станка, эффективную мощность резания, деформацию изгиба (рис. 6.10, а) заготовки в плоскости zOy, изгибающий момент, действующий на стержень резца (рис. 6.10, б), а также ведут динамический расчет механизмов коробки скоростей станка. Радиальная составляющая силы резания Р_х (Р_у) действует в плоскости xOzперпендикулярно к оси заготовки. По силе Р_х (Ру) определяют величину упругого отжатия резца от заготовки и деформацию изгиба заготовки в плоскости xOz(рис. 6.10, а). Осевая составляющая силы реза­ния P_z(P_t) действует в плоскости xOzвдоль оси заготовки. По силе Р₂ (Р_х) рас­считывают механизм подачи станка, а также изгибающий момент, действующий на стержень резца (рис. 6.10, б).

Рис. 6.9. Силы, действующие на резец (а), и разложение силы резания на составляющие (б) при обработке заготовки на токарном станке с ЧПУ

* В скобках дано обозначение составляю­щих силы резания по ГОСТ 25762-83 для уни­версального токарного и других станков.

306

МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК ДЕТАЛЕЙ МАШИН