- •Резание материалов
- •Введение
- •1. Краткий исторический очерк развития науки о резании материалов
- •2. Геометрические параметры режущей части ИнСтрумента
- •2.1. Кинематическая схема резания
- •Резания при обтачивании
- •2.2. Части и поверхности резца
- •2.3. Координатные плоскости
- •2.4. Геометрические параметры резца
- •Контрольные вопросы
- •3. Элементы резания и срезаемого слоя
- •3.1. Элементы резания
- •3.2. Геометрия срезаемого слоя
- •Следовательно, действительное сечение
- •3.3. Свободное и осложненное резание. Прямоугольное и косоугольное резание
- •Контрольные вопросы
- •4. Физические основы процесса резания металлов
- •4.1. Процесс разрезания и резания
- •4.2. Процесс пластической деформации металлов
- •4.3. Основные методы экспериментального изучения стружкообразования при резании металлов
- •4.4. Типы стружек, различия в механизме их образования
- •4.5. Нарост на режущем инструменте
- •4.6. Усадка стружки
- •5.2. Система сил в условиях свободного резания
- •5.3. Длина зоны контакта между стружкой и передней поверхностью инструмента и напряженное состояние в этой зоне
- •5.4. Касательные напряжения на плоскости сдвига
- •5.5. Особенности трения в зоне контакта стружки с передней поверхностью инструмента
- •5.6. Факторы, обусловливающие величину угла скольжения
- •5.7. Взаимодействие задней поверхности инструмента с поверхностью резания. Силы на задней поверхности инструмента
- •Переходная пластически деформируемая зона (ппдз)
- •6. Силы резания при точении
- •6.1. Силы, действующие на резец и заготовку
- •6.2. Влияние различных факторов на силы , и при точении
- •Поэтому
- •6.3. Методы измерения сил резания
- •7. Теплообразование и температура резания
- •7.1. Источники образования тепла и его распределение
- •7.2. Температура резания
- •7.3. Влияние на температуру различных факторов процесса резания
- •7.4 Оптимальная температура резания
- •7.5. Экспериментальные методы исследования тепловых явлений
- •8. Износ инструментов и критерии затупления
- •8.1. Физическая природа изнашивания инструментов
- •8.2. Внешняя картина изнашивания лезвий инструментов
- •8.3. Критерии затупления режущих инструментов
- •9. Стойкость инструментов и допускаемая ими скорость резания
- •10. Влияние обработки резанием на качество поверхности и эксплуатационные свойства деталей машин
- •10.1. Понятие качества поверхностей деталей машин
- •10.2. Механизм возникновения шероховатости поверхности
- •10.3. Формирование физико-механических свойств поверхностного слоя металла при обработке резанием
- •10.4. Влияние качества поверхности на эксплуатационные свойства деталей
- •11. Процесс резания как система
- •11.1. Взаимосвязь, взаимовлияние и взаимообусловленность явлений в процессе резания
- •11.2. Система резания, ее элементы и структура
- •11.3. Оптимизация функционирования системы резания
- •12. Обрабатываемость материалов резанием
- •12.2. Обрабатываемость различных конструкционных материалов
- •Коэффициенты обрабатываемости различных сталей
- •12.3. Технологические методы повышения обрабатываемости материалов
- •13. Инструментальные материалы
- •13.1. Требования к инструментальным материалам
- •13.2. Виды инструментальных материалов и области их применения
- •Сравнительные характеристики стм на основе нитрида бора
- •13.3. Абразивные материалы
- •Химический состав абразивных материалов, %
- •Механические свойства алмазных шлифпорошков
- •Зернистость абразивных материалов
- •14. Сверление, зенкерование и развертывание
- •14.1. Сверление
- •14.2. Зенкерование и развертывание
- •Ключевые слова и понятия
- •Контрольные вопросы
- •15. Фрезерование
- •15.1. Кинематика фрезерования и координатные плоскости
- •15.2. Геометрические элементы режущей части фрезы
- •15.3. Элементы режима резания и срезаемого слоя при фрезеровании
- •Шаг винтовой канавки фрезы
- •16. Шлифование
- •16.1. Общие сведения о шлифовании
- •16.2. Шлифовальный круг как режущий инструмент
- •16.3. Формирование обработанных поверхностей при шлифовании связанным абразивом
- •16.4. Шлифование свободным абразивом
- •Контрольные вопросы
- •Заключение
- •Библиографический список
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
4.3. Основные методы экспериментального изучения стружкообразования при резании металлов
Ранние исследователи процесса резания металлов, начиная с И.А.Тиме, использовали для изучения механизма процесса стружкообразования метод наблюдения боковой поверхности образца, подвергающегося обработке в условиях свободного резания. Тиме предварительно тщательно полировал необходимую поверхность и судил о том, какую зону охватывают пластические деформации, возникающие в обрабатываемом материале под действием инструмента, по потускнению и сморщиванию полированной поверхности.
Никольсон наносил сетку на боковую поверхность образца (метод координатной сетки) и, основываясь на наблюдении деформации этой сетки в процессе резания, делал выводы о деформациях, которые происходят в материале при превращении его в стружку. Наблюдение боковой поверхности образца позволяет определить границы наиболее интенсивно пластически деформированной зоны металла впереди резца и под резцом, а по искажению первоначально нанесенной сетки можно судить о величине пластической деформации в каждой точке этой зоны.
Метод наблюдения боковой поверхности резца значительно развит и усовершенствован в результате применения кинематографической съемки. Высокочастотная кинематографическая съемка процесса резания позволяет уловить детали и последовательность явлений в процессе стружкообразования значительно полнее, чем это можно было сделать невооруженным глазом. В настоящее время частота, применяемая при киносъемке процесса резания, достигает более 100000 кадров в секунду.
Я.Г. Усачев разработал микроскопический метод исследования деформации в процессе стружкообразования. При использовании этого метода резание прекращается таким образом, чтобы сохранить стружку в том виде, в каком она была в процессе, ее образования. Затем стружка, не потерявшая связи с деталью, вырезается вместе с участком основного материала, не подвергнутого резанию, полируется по боковой поверхности и травится соответствующими реактивами. Выявленная таким путем структура деформации стружки изучается под микроскопом при многократном увеличении (в 15…100 раз).
Косвенные данные о пластических деформациях в обрабатываемом материале дает также метод измерения твердости. Он заключается в том, что каким-либо из наиболее тонких методов (например, прибором для определения микротвердости ПМТ-3) измеряется распределение твердости в стружке и примыкающих к ней участках основного материала, не подвергнутого резанию.
Возрастание твердости в пластически деформированных областях по сравнению с исходной твердостью обрабатываемого материала позволяет судить об интенсивности пластических деформаций, происшедших при резании.
Для изучения напряжений, возникающих при резании в детали и режущем инструменте, рядом исследователей (А.К.Зайцевым, Кокером, Окоши и Фукуи) применялся поляризационно-оптический метод. Исследования этим методом ведутся на моделях, в которых или обрабатываемая деталь, или инструмент изготавливается из прозрачного материала. Модель помещается между поляризатором и анализатором и рассматривается в поляризованном свете. При этом все точки прозрачной модели, имеющие одинаковую разность главных нормальных напряжений, дают один и тот же цвет. В результате на экране появляются окрашенные в различные цвета линии (изохроматические линии). Так как каждому цвету соответствует одинаковая разность главных нормальных напряжений, то это одновременно выявляет и линии с одинаковой величиной касательных напряжений. При измененной установке модели между поляризатором и анализатором можно выявить те точки, в которых главные напряжения взаимно перпендикулярны (изоклинические линии). Зная эти линии, можно построить линии одинаковых направлений максимальных касательных напряжений.
При обработке резанием пластические деформации охватывают не только срезаемый слой, но и распространяются под обработанную поверхность детали, вызывая сильное измельчение зерен и появление преимущественной ориентировки их текстуры. Чисто механическое воздействие и сильный нарыв поверхностных слоев детали обуславливают появление в последних также значительных остаточных напряжений.
Для изучения деформаций и напряжений под обработанной поверхностью детали, кроме методов, применяемых для изучения деформаций в срезаемом слое металла, используются дополнительно механический и рентгенографический методы.
Механический метод применяется для определения внутренних напряжений первого рода, то есть таких, которые уравновешиваются в пределах областей тела, превосходящих размеры зерна. Он основан на том, что после механического удаления части тела это тело под влиянием остаточных напряжений, ставших неуравновешенными, деформируется. По величине деформаций можно судить о величине существовавших в теле внутренних напряжений. Изучение внутренних напряжений в поверхностных слоях детали механическим методом заключается в том, что с образца последовательно удаляют (травлением) тонкие поверхностные слои и измеряют возникающие при этом деформации образца. Наиболее известен и имеет широкое применение механический метод Н.Н. Давиденкова.
Рентгенографический метод применяется при определении деформаций в поверхностном слое детали (измельчение зерен и образование текстуры), а также для определения внутренних напряжений второго рода, то есть таких, которые уравновешиваются в пределах одного кристаллита.
Этот метод основан на том, что изменения, происходящие в теле при пластической деформации, отражаются на характере рентгенограмм. Измельчение зерен выражается на рентгенограмме в увеличении количества точек, из которых состоят интерференционные кольца; внутренние напряжения, изменяющие параметры кристаллической решетки, приводят к смещению и размытости интерференционных колец; наличие текстуры обуславливает появление утолщения интерференционных колец.
При рентгенографическом исследовании деформаций и напряжений под обработанной поверхностью детали рентгенограммы с образца снимаются многократно, причем перед каждым рентгенографированием с поверхности стравливается слой определенной толщины. Рентгенографирование прекращается после того, как весь слой, подвергнутый деформации, оказался стравленным.
Кроме описанных, известны еще и другие методы определения зоны, охваченной пластическими деформациями при резании (например, метод рекристаллизации, разработанный В.Д.Кузнецовым). Однако они не нашли широкого применения.