Общая характеристика рабочего процесса как части структурной схемы технологической системы механической обработки резанием

Рабочий 2.1.Кинематика Упругие Стружко- Трение

Процесс резания деформации образование и износ

Термоструктурные Химические Электрические и магнитные

явления явления явления

Кинематика резания и кинематика станков связаны, но различны:

Кинематика станков – движения, передаваемые инструментом к деталям.

Кинематика резания – классификация принципиальных средств резания, технологических способов формообразования.

Процесс образования стружки – возможна, если действует сила, большая прочности материала.

3 вида стружки:

-скалывания (суставчатая)

-сливная

-надлома
Скалывания состоит из деформируемых элементов, сдвинутых относительно друг друга

Сливная – непрерывная лента

Надлома (элементная) – отдельная

Упругие и пластические деформации

Под действием режущего инструмента срезаемый слой подвергается сжатию. Процессы сжатия и растяжения сопровождаются упругими и пластическими деформациями. Пластическое деформирование заключается в сдвиге одних слоев относительно других по плоскостям скольжения, которые совпадают в основном с направлением наибольших сдвигающих напряжений. Сдвиги происходят между отдельными частицами кристаллического зерна (монокристалла) и между самими зернами в поликристалле; в результате сдвигов изменяется форма зерен, их размер и взаимное расположение. Процесс пластического деформирования сопровождается большим тепловыделением и изменением свойств металла; одним из таких изменений является повышение твердости (а следовательно, и хрупкости).

Степень срезанного слоя определяется величиной усадки стружки.

В зависимости от условий и температуры резания, часть металла, прилегающей к поверхности, может задерживаться и уплотняться, образовывается нарост (отрицательное явление при окончательной обработки).

Наростообразование характерно для вязких материалов в случае обработки их с малыми скоростями и малыми подачами. Его величина характеризуется высотой. С ростом переднего угла наростообразование резко уменьшается. Твердость нароста в 2-4 раза выше твердости обрабатываемого материала, поэтому нарост участвует в резании. По мере увеличения высоты нароста динамическое равновесие нарушается и часть нароста уноситься со стружкой, а другая остается на обрабатываемом материале.

На рисунке 6-11 изображена зависимость высоты нароста от скорости резания. На

рисунке 6-12 зависимость высоты нароста от главного угла в плане φ. Наличие

(отсутствие) нароста в зависимости от подачи и скорости резания изображено на рисунке 6-13.

При черновой обработки явление нароста является положительным

Трение и износ инструмента

В процессе резания – трение задней поверхности о поверхность резания и стружки о переднюю поверхность, в результате работы сил трения происходит износ (постепенное разрушение соприкасающихся поверхностей)

B = A/ m – износостойкость

зависимости от условий обработки геометрия износа инструмента может быть (рис.1):

1. Превалирующий износ задних поверхностей «h_З» и незначительный по передней наблюдается при обработке пластичных материалов с толщиной среза до 0,1 мм; при обработке хрупких материалов (чугуна, бронзы), когда образуется стружка надлома, а также при работе сверлами, зенкерами, фрезами, развертками.

2. Превалирующий износ по передней поверхности «h_П» имеет место при обработке пластичных материалов с толщиной среза более 0,5 мм, а также когда имеет место наростообразование или когда температура на передней поверхности намного больше, чем на задней. Величина износа определяется глубиной h_П и шириной лунки, образующейся на передней поверхности от трения стружки.

3.Износ одновременно по передней и задней поверхности наблюдается при обработке пластичных металлов с толщиной среза 0,1 -0,5 мм и работе с применением СОЖ.

4. При чистовой обработке материалов обладающих низкой теплопроводностью (пластмасс), а также при обработке высокопрочных материалов (аустенитные стали) происходит износ в форме округления режущей кромки.

Наибольшее влияние на интенсивность износа оказывает скорость резания V, меньшее – подача S и особенно глубина резания t. Чем выше механические свойства обрабатываемого материала, тем больше износ режущего инструмента.

Рис.1. Схемы износа резцов

На рис.2. приведена кривая износа резца по задней поверхности h_З в зависимости от времени работыТ. На ней можно выделить три участка.

Рис. 2. График зависимости износа по задней поверхности от продолжительности работы резца

1) участок ОА – участок начального изнашивания или период приработки. Происходит постепенное выравнивание микронеровностей поверхности и увеличение опорной площади трения. Повышенный темп износа на первом участке объясняется высоким начальным контактным давлением ввиду малой величины площади контакта. При увеличении площадки контакта темп износа уменьшается.

2) участок АВ – период нормального износа. Характеризуется стабилизацией микрогеометрии инструмента.

3) участок АВ – период катастрофического износа. В точке С износ соответствует такому состоянию инструмента, при котором продолжать процесс резания невозможно. Инструмент нельзя доводить до катастрофического износа. Если при этом и не произойдет поломки, то при заточке нужно будет снимать большой слой металла. Работу, очевидно, следует прекратить в точке В, где износ отвечает установленному критерию затупления.

Время работы инструмента между переточками при определенном режиме резания называется стойкостью инструмента Т (мин).

Тепловые процессы

Работа, затрачиваемая на пластические деформации, составляет около 80% всей работы резания, а работа трения — около 20%. Примерно 85—90% всей работы резания превращается в тепло.

Образующееся тепло поглощается стружкой — 50—86%, резцом—10—40%, обрабатываемой деталью — 3—9% и около 1% тепла рассеивается в окружающей среде излучением.

На величину температуры в зоне резания оказывают влияние физико-механические свойства обрабатываемого материала, режимы резания, геометрические параметры инструмента и применение смазочно-охлаждающей жидкости.

При обработке стали выделяется больше тепла, чем при обработке чугуна. Чем выше предел прочности σ_в и твердость обрабатываемого материала, тем выше температура в зоне контакта инструмента с деталью.

С увеличением подачи температура в зоне резания повышается, но менее интенсивно, чем при увеличении скорости резания. Еще меньшее влияние на температуру оказывает глубина резания.

С увеличением угла резания δ и главного угла в плане φ температура в зоне резания возрастает, а с увеличением радиуса закругления резца r уменьшается.

Применение смазочно-охлаждающей жидкости существенно уменьшает температуру в зоне резания. Жидкости: водные растворы минеральных электролитов, эмульсии, растворы мыл; минеральные, животные и растительные масла; минеральные масла с добавлением фосфора, серы, хлора (сульфофрезолы), керосин и растворы поверхностно-активных веществ в керосине; масла и эмульсии с добавлением смазывающих веществ (графита, парафина, воска).

Теплообразование отрицательно влияет на процесс резания. Нагрев инструмента до высоких температур (800 – 1000 ⁰С) вызывает структурные превращения в металле, из которого он изготовлен, снижение твердости инструмента и потерю режущих свойств. Нагрев, инструмента вызывает изменение его геометрических размеров, что влияет на точность размеров и геометрическую форму обработанных поверхностей. Например, при обтачивании цилиндрической поверхности на токарном станке удлинение резца при повышении его температуры изменяет глубину резания, и обработанная поверхность получается конусообразной. Нагрев заготовки вызывает изменение ее геометрических размеров. Вследствие жесткого закрепления на станке заготовка деформируется. Температурные деформации инструмента, приспособления, заготовки и станка снижают качество обработки.

Погрешность формы обработанных поверхностей возрастает из-за непостоянства температурного поля по объему заготовки в процессе обработки, и после охлаждения обработанной заготовки возникают дополнительные погрешности обработанной поверхности . Температурные погрешности следует учитывать при наладке станков. Для определения погрешностей необходимо знать температуру инструмента и заготовки или количество теплоты, переходящей в них

12. Инструментальные материалы: быстрорежущие стали и твердые сплавы. Их характеристика

Из группы высоколегированных сталей для изготовления режущих инструментов используются быстрорежущие стали с высоким содержанием вольфрама, молибдена, кобальта, ванадия.

Твёрдые сплавы получают методами порошковой металлургии в виде пластин. Основными компонентами таких сплавов являются карбиды вольфрама (WC), титана (TiC) и тантала (ТаС), мельчайшие частицы которых соединены сравнительно мягким и менее тугоплавким кобальтом. Карбиды придают сплаву высокую твёрдость и теплостойкость, кобальт - прочность на изгиб.

Твердые сплавы имеют высокую твердость - 72...76 HRC и теплостойкость до 850... 1000 °С. Это позволяет работать со скоростями резания в 3 - 4 раза большими, чем инструментами из быстрорежущих сталей.

13.Инструментальные материалы: минералокерамика , синтетические материалы и абразивные материалы. Их характеристика и область применения.

Основой керамики является корунд -минерал кристаллический α-оксид алюминия (Al₂O₃), получают в электропечах при высок температурах (электрокорунд),

Используется в качестве материала для лезвийного инструмента

режущая керамика имеет ряд преимуществ: высокую твердость (до НКА 95); повышенную теплостойкость (до 1400 °С), позволяющую обрабатывать ею материалы большой твердости; высокую износостойкость; малое сродство с металлами, пониженную склонность к схватыванию с ними при обработке. К недостаткам режущей керамики относят низкую ударную вязкость и пластичность, плохую сопротивляемость циклическим изменениям тепловой нагрузки, а также необходимость обработки с равномерными припусками на жестком оборудовании.

Выпускаемую в настоящее время режущую керамику (ГОСТ 26630—85) подразделяют на три группы, отличающиеся составом, технологией изготовления и физико-механическими свойствами.

К первой группе относят оксидную керамику (А1203). Известны такие марки, как ЦМ-332, ВО-13, ВО-14, ВО-15, ВШ-75. Наиболее распространены марки ВО-13 и ВШ-75 (си= 400—550 МПа; НКС 91-93; теплостойкость — 1200 °С).

Ко второй группе — оксидно-карбидную керамику, в которой качестве карбидной составляющей применяют смесь карбидов \УС и Мо;С или Мо2С + ТЮ. Наиболее известны следующие марки режущей керамики: В-3, ВОК-60, ВОК-63, ВОК-71, ВОК-95, а также оксидно-нитридной керамики ОНТ-20 (кортинит) (аи = 650— 860 МПа, НКС 93—95, теплостойкость - 1250-1400 °С).

К третьей группе режущей керамики относят силинит-Р — инструментальный материал на основе нитрида кремния (композиция 5131М4 — А1203 — ТИМ), получаемый методом горячего прессования (аи = 500-700 МПа, НКС 94-96, теплостойкость - 1200 °С).