книги из ГПНТБ / Кобаяши А. Обработка пластмасс резанием

Окружная скорость

стия. Для каждого отдельного вида пластмассы существует опти­ мальная толщина срезаемого слоя на зуб и соотношение скоростных параметров резания, которые дают наилучшие результаты.

Оптимальные режимы резания

Тип образующейся стружки, геометрия режущего инструмента, применяемые режимы резания, механические свойства пластмасс и их изменения при повышении температуры, тепловые характе­

прижоги или происходит оплавление по­ верхности. Следовательно, надо выбирать такие режимы реза­ ния, которые обеспечивают оптимальную толщину стружки на зуб.

Как указывалось выше, образование в процессе резания избы­ точного тепла является нежелательным, так как,оно может вы­ звать прижоги или оплавление обрабатываемой^поверхности. Тепло образуется, как показано на рис. 38, в результате преобра-

31

зованйя энергии, затрачиваемой на разрушение материала или отделение его частицы от всей массы обрабатываемого материала (зона I) энергии, расходуемой вследствие трения, возникающего между обрабатываемым материалом и передней (зона II), а также задней (зона III) поверхностями режущего инструмента. Тепло, образуемое при отделении частицы материала, в большей сте­ пени зависит от толщины срезаемого слоя. При уменьшении толщины срезаемого слоя удельная сила резания, т. е. сила

резания на единицу площади, быстро возрастает. В свою оче­ редь, удельная сила резания пропорциональна количеству тепла, образующегося при съе­ ме единицы объема обрабаты­ ваемого материала. Эти же яв­ ления наблюдаются и при свер-

лении. На рис. 39 показана зависимость удельной силы резания

единице [объема тепло быстро возрастает, когда толщина сре­ заемого слоя становится малой. Удельную силу резания при сверлении вычисляют по значениям осевой силы.

В табл. 5 приведены данные, из которых видно, что тепло, образующееся при шлифовании с очень малой толщиной срезаемого слоя, больше, чем соответствующие значения, полученные при токарной обработке пластмасс. Отсюда ясно, что следует выбирать режимы резания с наибольшими значениями толщины срезаемого слоя, с тем, чтобы уменьшить количество тепла, образующегося при затратах энергии на отделение частиц обрабатываемого мате­ риала.

32

Чтобы свести к минимуму трение между стружкой, снимаемой при резании, и передней поверхностью режущего инструмента и тепловыделение, следует полировать переднюю поверхность инструмента до максимально возможного класса чистоты. Трение между задней поверхностью инструмента и обрабатываемым материалом развивается, по-видимому, наиболее сильно у пласт­ масс с большими значениями коэффициента теплового расширения и обладающих свойством упругого восстановления. Следовательно, заднюю поверхность также необходимо полировать, добиваясь ее гладкости, и вести обработку режущим инструментом с крити­ ческим передним и большим задним углами.

Тепло трения может вызвать повышение рабочей температуры режущего инструмента, тем самым увеличить вероятность появле­

и понижение его стойкости (см. рис. 28).

Ввиду отрицательного влияния тепла на процессы обработки пластмасс, желательно охлаждать во время резания инструмент и обрабатываемую заготовку, так как только подбором соответ­ ствующих скоростей и геометрии режущего инструмента нельзя полностью устранить образование высоких температур на обра­ батываемых поверхностях. Для охлаждения можно применять сжатый воздух или любую охлаждающую жидкость, совмести­ мую с видом пластмассы.

Критерием эффективности охлаждения может служить тип образующейся стружки. Если охлаждающее вещество эффективно, состояние стружки, например, при разрезке полистирола дисковой пилой характеризуется наличием отдельных элементов и отсут­ ствием оплавления. В случае перегрева стружка размягчается и оплавляется, как это обычно наблюдается при обработке реза­ нием термопластов без охлаждения.

При температуре 0° С полиметилметакрилат можно сверлить с более высокими скоростями резания и большими подачами, чем при комнатной температуре. Очевидно, что при большей по­ даче и производительность сверления будет выше.

\

2 А. Кобаяши

ГЛАВА 2

АНАЛИЗ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ ОДНОЛЕЗВИЙНЫМ ИНСТРУМЕНТОМ

Общие сведения

Обработка режущим инструментом может быть описана как раз­ новидность процесса управляемого разрушения. На рис. 40 приведена схема действия сил в процессе ортогонального резания. Когда режущий инструмент продвигается в теле заготовки в на­ правлении резания, то на переднюю поверхность резца действует сила резания R', которая является равнодействующей нормаль­ ной силы Тп и силы трения Т.

Реакция R равнодействующей R' воздействует на обрабаты­ ваемый материал и является той именно силой, которая деформи­ рует и разрушает его. Стружка видоизменяется в зависимости от особенностей режима обработки: глубины резания t, скорости резания, геометрии режущего инструмента и рабочей темпера­ туры.

Исследования процессов резания металлов большей частью основывались на двух допущениях: плоскость сдвига в материале образуется в зоне, лежащей над вершиной режущего инструмента; металл представляет собой идеально пластичное тело с гомоген­ ной структурой, которое приобретает текучесть в точке наиболь­ шего напряжения сдвига.

Измерения показали, что толщина стружки всегда больше глубины резания, а длина ее меньше, чем длина поверхности сре­ заемого слоя. Более того, линии сдвига отчетливо видны на боко­ вой и тыльной поверхностях стружки. На рис. 41 показана обра­ ботка стали SAE1015 * со скоростью резания 0,7 м/мин. В качестве охлаждающей жидкости использована вода, содержащая 0,1% нитрита натрия. Линия АВ представляет кромку так называемой плоскости сдвига. Ниже этой линии материал не подвергся дефор­ мации, но над нею стружка и материал под воздействием внутрен­ него процесса сдвига деформированы.

Как указано выше, анализ процесса стружкообразования при резании металлов основывается главным образом на допущении, что поверхность сдвига есть плоскость, простирающаяся кверху

* Сталь SAE 1015 (по техническим условиям американского Общества автомобильных инженеров) по содержанию углерода и марганца примерно отве­ чает конструкционной углеродистой стали 15, ГОСТ 1050—60. (Перев.)

34

где 7 — действительный передний угол резца, измеренный в пло­ скости, перпендикулярной к режущей кромке; р — угол трения; Р—у — угол, определяющий направление равнодействующей сил резания относительно направления движения резца.

Некоторые соотношения получены из анализа рис. 43. Даль­ нейший анализ основан на следующих допущениях.

1. Режущая кромка инструмента острая и прямая, режет перпендикулярно направлению движения, а ее ширина больше ширины обрабатываемой заготовки.

2. Поверхность сдвига есть плоскость, направленная вверх от режущей кромки.

3.Режущая кромка образует поверхность сдвига при постоян­ ной глубине резания, поскольку материал перемещается относи­ тельно кромки с одинаковой скоростью.

4.Снимается непрерывная стружка без образования нароста на резце.

5.Стружка не стекает в сторону, поскольку ее ширина равна ширине заготовки (это не всегда справедливо при резании пласт­ масс).

6. Задняя поверхность режущего инструмента не вступает в контакт с обрабатываемой заготовкой. В действительности кон­ такт между ними часто наблюдается при малых скоростях резания пластмасс, обладающих упругими свойствами, подобными упру­ гости резины (см. рис. 14).

Угол сдвига <р (угол между плоскостью сдвига и направлением резания) является наиболее важным фактором резания. Его

36

можно определить непосредственным измерением по микрофото­ графии, подобной приведенной на рис. 41. Этот метод не очень удобен. Другой метод определения угла сдвига состоит в измере­ нии коэффициента толщины стружки k (коэффициент поперечной усадки), который равен отношению глубины резания t к толщине стружки а. Однако в условиях обработки резанием пластмасс трудно точно измерить толщину стружки. Когда есть возможность определить а, отношение между k и (р можно найти по схеме, пока­ занной на рис. 43:

Решая это уравнение относительно ф, получим

Зная ф, можно определить составляющие силы, действующей вдоль плоскости сдвига Ксд и перпендикулярной к плоскости

37

2)скорость стружки ус— скорость перемещения стружки относительно режущего инструмента вдоль его передней поверх­ ности;

3)скорость сдвига усд — скорость перемещения стружки относительно заготовки вдоль поверхности сдвига.

На рис. 45 видно, что сумма векторов скорости резания и ско­ рости стружки равна вектору скорости сдвига, т. е.

Наконец, существуют зависимости, характеризующие энергию, затрачиваемую в процессе резания.

Общая затрата энергии на единицу объема материала, уда­ ляемого при операциях ортогонального резания,

Энергия сдвига на единицу объема может быть получена из уравнения

В табл. 6 приведены данные, характеризующие режимы реза­ ния и результаты, полученные при обработке некоторых пласт­ масс без охлаждения.

40