книги из ГПНТБ / Кобаяши А. Обработка пластмасс резанием

Скорость резания

Рис. 22. Изменение стружки при точении

литого полиэфира резцом с передним углом V = 0° при различных скоростях резания:

Скорость резания

Рис. 23. Влияние скорости резания на силу резания при обработке литого поли­ эфира (передний угол у — 0°, ширина срезаемого слоя 5 мм):

Температура резания

22

ствие изменения поверхности сдвига или угла сдвига.

Рис. 27. Зависимости сил резания р ^ (сплошные линии) и Ру (штриховые линии) на еди-

ницу ширины срезаемого слоя (а), угла сдвига (б) и напряжения сдвига в плоскости сдвига (в) от температуры резания при обработке полиамида резцами с передним уг­ лом V» равным 7 и 36°

Деформация обрабатываемого материала

Чтобы достичь наибольшей точности размеров и наименьшей геометрической погрешности формы детали после обработки, необходимо управлять деформацией обрабатываемого материала.

Для наблюдения за деформацией обрабатываемого резанием материала была использована восьмимиллиметровая кинокамера, с помощью которой фиксировалось искажение сетки со стороной квадратной ячейки 0,17 мм, предварительно нанесенной на боко­ вой стороне экспериментального образца. Фотографии, получен­ ные при резании политетрафторэтилена резцами с передним углом у = 40; 0 и —20°, со скоростью резания 0,019 м/мин и глубиной резания 0,5 мм, приведены на рис. 14, здесь же в увеличенном масштабе показаны схемы деформаций, выполненные по этим фотографиям. При этом допущено, что нанесенная сетка дефор­ мируется пропорционально величине деформации, а -также отра­ жает местные колебания уровня деформации по сечению обраба­ тываемой поверхности.

Обрабатываемый материал испытывает вблизи вершины ра­ бочей части режущего инструмента деформации растяжения, перпендикулярные к главному направлению резания, и дефор­ мации сжатия, направленные вдоль него, в соответствии с рис. 14,о, для резца с передним углом у = 40°. Деформация растяжения распространяется в тело заготовки на расстояние, равное глу­ бине резания t\ протяженность деформации сжатия равна при­ мерно 31,

23

При резании резцом с передним углом у = 0° деформации сжатия в значительной мере перпендикулярны направлению резания и распространяются в тело заготовки на расстояние около 21 (см. рис. 14,6). Представляется, что деформация сжатия имеет максимальное значение у вершины резца, впереди него и на расстоянии, примерно равном t. Деформации сжатия вдоль направления разания также больше, чем при резании резцом

с у = 40°.

На рис. 14,в показано искривление сетки, полученное при

нюю поверхность резца. Слой, расположенный параллельно направлению резания, также очень велик. Деформация распространяется'в тело заготовки на зна­ чительное расстояние впереди режущей кромки резца.

Тип и величина деформации при резании изменяются в зави­ симости от переднего угла резца. Обрабатываемый материал вспучивается в процессе резания резцом с положительным перед­ ним углом и сжимается (продавливается или поднутряется), когда передний угол равен нулю или отрицательный. Следова­ тельно, передний угол влияет на точность обработки резанием.

Здесь возникают два вопроса:

1. Какое влияние на операции обработки резанием имеет упругое восстановление обработанных поверхностей, возникающее

вматериале как в процессе обработки, так и после нее?

2.Возможна ли обработка пластмасс резанием без вспучи­ вания и продавливания?

Как указывалось выше, упругое восстановление поверхности во время обработки затрудняет процесс резания. Объясняется это тем, что при расширении сжатого материала усиливается трение между восстановленной поверхностью и задней поверх­

после обработки стеклотекстолита толщиной 23 мм. Эти данные

Ц

получены путем проверки 20 зубьев (каждые 10 зубьев проверяли до и после резания стеклопластика). Штриховой линией дан про­ филь зуба пилы до резания и после резания (длина отрезки 250 мм), светлыми точками показана твердость по Виккерсу до обработки, а темными — после обработки. Очевидно, что величина износа по задней поверхности зуба больше, чем по передней. Подобный ре­ зультат наблюдался и при точении политетрафторэтилена, напол­ ненного слюдой, резцом из быстрорежущей стали со скоростью резания 300 м/мин, глубиной резания 0,5 мм и подачей на оборот

0,044 мм.

Вследствие упругого восстановления поверхности просвер­ ленное отверстие часто оказывается меньше, чем диаметр сверла, а отрезаемые полосы листового материала защемляют отрезную пилу.

Сила резания

Направление деформаций, развивающихся в процессе резания, изменяется в зависимости от переднего угла резца. Так как напря­ жение пропорционально деформации, то и соответствующие составляющие силы резания, участвующие в резании, также изменяются в зависимости от переднего угла резца.

Силы, возникающие в про­ цессе резания, показаны на рис. 29. Две составляющие силы

динамометра: главная составля­ ющая Рг, действующая в на­ правлении движения режущего инструмента, и составляющая Ру, действующая в направле­ нии, перпендикулярном к обра­ батываемой поверхности. R = = R' — равнодействующая сил» резания в кгс.

На рис. 30 приведены дан­ ные, выражающие зависимость составляющих сил резания Рг (сплошные линии) и Ру (штри­

ховые линии) от переднего угла резца. Они получены при обра­ ботке поликарбоната и слоистого фенопласта на бумажной основе и позволяют сделать следующие выводы:

1)с увеличением переднего угла силы резания уменьшаются;

2)направление составляющей силы резания Ру изменяется. Резец с отрицательным передним углом в процессе резания сжи­ мает обрабатываемый материал, в то время как резец с положи­ тельным передним углом растягивает его (см. рис. 14);

25

Рис. 30. Зависимость сил резания от переднего угла резца при обработке

(v « 400 м/мин):

а — поликарбоната; б — слоистого фенопласта на бумажной основе

Рис. 31. Зависимость критического переднего угла режущего инструмента от глубины

3 — слоистый фенопласт на тканевой основе; 4 — слоистый толуол на бумажной основе

26

3) для каждого материала имеется такое значение переднего угла, при котором сила Ру равна нулю; он определяется как критический передний угол. В большинстве случаев при обработке

пластмасс однолезвииным инструментом критическим передний угол является и оптимальным, обеспечивающим наибольшую точность обработанных поверхностей. Объясняется это тем, что направление равнодействующей силы резания совпадает с напра­

в зависимости от радиуса скругления режущей кромки инстру­ мента и по мере его изнашивания. При обработке жесткого поли­ винилхлорида составляющие Рг и Ру увеличиваются при уве­ личении радиуса скругления.

Относительно наименьший износ обычно наблюдается у ин­ струмента с оптимальным передним углом и острыми, четко

27

профилированными режущими кромками. Например, при обра­ ботке жесткого поливинилхлорида со скоростью резания 440 м/мин и глубиной резания 0,1 мм критический передний угол составляет около 5°. На рис. 33 приведена зависимость износа резцов с пе редним углом, равным критическому значению,большим и меньшим по данным замеров, сделанных после обработки поливинилхло­ рида. Наименее изношенным оказался резец с критическим пе­ редним углом.

Прижоги, оплавление и образование трещин на обрабатываемых поверхностях

До сих пор мы рассматривали только геометрию режущего инструмента и ее влияние на стружкообразование, силу резания и деформацию обрабатываемого материала под воздействием резца. При этом рассмотрение указанных вопросов ограничивалось ортогональным резанием, в процессе которого режущая кромка находится в постоянном контакте с обрабатываемой заготовкой, а

величина подачи обрабатываемого материала относительно режущего инструмента мала, и ее влиянием пренебрегают.

В процессах сверления, фре­ зерования или разрезки дисковой пилой задача выбора режимов резания является относительно более сложной. Операции этих

сверлами, фрезами и дисковыми пилами. Тем не менее, выбор формы режущих кромок основы­ вается на явлениях, описанных выше.

Рассмотрим влияние глубины резания на зуб на процесс обра­ ботки резанием. Так как этот параметр является результатом взаимозависимости между подачей и скоростью резания, то взаимо­ действие этих переменных и их влияние на качество и размерную точность обработанной поверхности следует рассматривать одно­ временно.

Чтобы понять взаимозависимость между переменными, влия­ ющими на глубину резания на зуб, рассмотрим процесс резки листовой пластмассы дисковой пилой, схематически показанный на рис. 34.

По мере того как скорость резки или подача увеличиваются, обработанная поверхность пластмассы становится грубой и по длине реза появляются сколы, особенно при обработке хрупких материалов, например, слоистого пластика, пропитанного мела-

28

мином, или литого полиэфира. С уменьшением скорости резки или подачи увеличивается количество образуемого тепла и на обрабатываемых поверхностях могут возникнуть прижоги (в случае обработки реактопластов), оплавление, клейкость и изменение цвета (для случая термопластов).

Эти явления можно объяснить, проанализировав глубину реза­ ния, приходящуюся на каждый зуб дисковой пилы. Глубина ре­ зания на зуб изменяется в зависимости от минутной подачи sM заготовки относительно пилы, вращающейся с окружной ско­ ростью п об/мин (рис. 34):

при отрезке показали, что шероховатость поверхности изменяется в зависимости от глубины резания на зуб t3. С увеличением t3 шероховатость поверхности реза и количество трещин вдоль кромки становятся больше.

Работа резания А, затрачиваемая на единицу объема сре­ заемого материала (в кгс-м/мм3), с уменьшением t3 быстро воз­ растает. В результате этого возможно образование избыточного количества тепла и, следовательно, усиление прижогов на обра­ батываемых поверхностях и более интенсивное их оплавление. Следовательно, нужно находить такое соотношение подачи и окружной скорости дисковой пилы, при котором глубина резания на зуб будет достаточно велика, чтобы избежать образования избыточного количества тепла, однако не настолько, чтобы уве­ личить шероховатость поверхности и выкрашивание ее кромок.

Подобные явления наблюдаются и при сверлении. Сверление происходит при двух одновременно протекающих движениях — вращении сверла и осевой подаче его. Толщина срезаемого слоя на зуб а на одну режущую кромку определяется из следующего уравнения (рис. 35):

29