- •Кинематика резания Главные и вспомогательные движения при различных видах обработки резанием.
- •Поверхности обработки.
- •Геометрия режущей части инструмента Координатные плоскости, поверхности и углы режущего лезвия
- •Вспомогательный угол в плане 1 – угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и направлением подачи.
- •С верло
- •Режимы резания Элементы режима резания.
- •Элементы срезаемого слоя
- •Площадь поперечного сечения среза f.
- •Машинное время
- •Классификация видов резания.
- •Деформация и напряжения при резании
- •В иды стружки и условия ее образования
- •Сопротивление, сила, работа и мощность резания
- •Контактные процессы
- •Тепловые процессы при резании
- •Температура резания и методы ее определения
- •Стойкость режущих инструментов
- •Виды разрушения инструмента: хрупкое, пластическая деформация, изнашивание.
- •Шероховатость обработанной поверхности
- •Остаточные деформации и напряжения в поверхностном слое
- •Инструментальные материалы Основные свойства инструментальных материалов
- •Виды инструментальных материалов и области их применения.
- •Назначение геометрии инструмента и оптимальных режимов резания при точении, сверлении, фрезеровании.
- •Процесс шлифования
- •Характеристики абразивного инструмента и назначение режимов шлифования
Шероховатость обработанной поверхности
Все причины образования шероховатости обработанной поверхности можно разбить на три группы, связанные:
1) с положением режущих кромок инструмента относительно обработанной поверхности;
2) упругой и пластической деформацией обрабатываемого материала;
3) возникновением вибраций в технологической станочной системе.
О бразование неровностей обработанной поверхности в первом приближении можно представить как след рабочего движения режущей кромки (или кромок) инструмента в поверхностном слое металла (стр. 241) – регулярный профиль. На образование регулярного профиля шероховатости влияет геометрия режущего инструмента, в частности главный и вспомогательный углы в плане и 1, радиус вершины резца rв и подача S.
Исходя из геометрических соотношений расчетная высота неровностей для резца с незакругленной вершиной: Rzрасч=S sin sin1/sin (+1).
Для резца, вершина которого закруглена радиусом rв (при S> rв), используется эмпирическая зависимость: Rzрасч=S2/(8 rв), а при тонком точении Rzрасч= , где аmin – минимальная толщина среза: аmin =КS(t/2rв)1/2; К – коэффициент, учитывающий уменьшение размеров сечения среза и механические свойства обрабатываемого материала.
Из приведенных формул следует, что чем больше S, и 1, и меньше rв, тем высота неровностей больше и наоборот. Указанную шероховатость называют поперечной (ее измеряют в направлении подачи). Одновременно образуется и продольная шероховатость, измеряемая вдоль главного движения инструмента (или детали). Обычно поперечная шероховатость больше продольной, и поэтому она сильнее влияет на эксплуатационные свойства обработанных поверхностей.
В реальном процессе обработки металлов резанием впереди резца и под обработанной поверхностью образуется определенная зона пластической деформации. Это вносит существенные искажения в регулярный профиль поверхности, т.к. пластически деформированный металл в отдельных местах как бы наволакивается, а также вырываются отдельные кусочки металла. Поэтому чем меньше поверхностная пластическая деформация, тем ближе фактический профиль подходит к регулярному.
При затуплении режущего инструмента шероховатость обработанной поверхности возрастает: при точении на 50…60%, фрезеровании цилиндрическими фрезами на 100…115%, фрезеровании торцовыми фрезами на 35…45%, сверлении на 30…40% и развертывании на 20…30%. Это объясняется увеличением пластической деформации металла поверхностного слоя.
Уменьшить пластическую деформацию, а следовательно, и искажения регулярного профиля поверхности можно увеличением переднего угла, а также скорости резания, проведением соответствующей термической обработки металла (например, нормализации или улучшения), применением СОТС и т.д.
14
Остаточные деформации и напряжения в поверхностном слое
При обработке деталей под действием сил резания в поверхностном слое металла происходит его упругопластическое деформирование.
Пластическая деформация распространяется на определенную глубину металла, расположенного под обработанной поверхностью, и сопровождается скольжением, т.е. перемещением отдельных частей кристаллов по определенным кристаллографическим плоскостям. Пластической деформации предшествует упругая, распространяющаяся со скоростью, близкой к скорости звука.
При пластической деформации происходит возникновение и концентрация дислокаций (нарушение в отдельных местах правильного строения кристаллической решетки) около линий сдвигов. При резании пластическая деформация вызывает наклеп поверхности, за счет чего последняя упрочняется, повышается ее микротвердость и снижается пластичность.
П ри наклепе наблюдается снижение электропроводности, теплопроводности и плотности металла, что объясняется увеличением количества дислокаций и вакансий в наклепанном металле. В общем случае с увеличением сил резания и продолжительности их воздействия возрастает пластическая деформация поверхностного слоя металла, а следовательно, увеличивается степень его упрочнения N и глубина распространения наклепа h. Так, например, они возрастают с увеличением подачи и уменьшаются с ростом скорости резания (Рис. 248).
Для приближенного расчета глубины наклепа можно пользоваться методом, базирующимся на решении задач теории пластичности. При несвободном резании острым резцом
h=S(1-sin) sin 2/2sin,
где - угол сдвига; - главный угол резца в плане.
Угол сдвига tg =cos/(Ka - sin),
где Ка – коэффициент утолщения стружки; - передний угол резца. Формула с h справедлива, когда отношение S/t<0,3.
Установлено, что возможности упрочнения металла за счет его наклепа ограничены, и при чрезмерном пластическом деформировании может образоваться «перенаклеп» металла, что приводит к его разупрочнению. Разупрочнение происходит при исчерпании зернами металла возможности упрочняться. При этом наблюдается его разрыхление, появление трещин, отслаивание и т.д.
Остаточными напряжениями называют напряжения в поверхностном слое деталей, которые существуют при отсутствии каких-либо внешних воздействий, например температурных или силовых. При обработке резанием и вызванных им пластических деформациях металла уменьшается его плотность и соответственно увеличивается удельный объем примерно на 0,3…0,8% от исходного значения.
Вследствие трения задней поверхности инструмента об обработанную поверхность в поверхностных слоях последней возникает пластическая, а ниже – упругая деформация растяжения. По мере движения режущего клина и снятия нагрузки упругорастянутые слои стремятся возвратиться в исходное состояние, но этому препятствуют пластически деформированные слои. В результате внутренние области оказываются частично растянутыми, а в поверхностных слоях возникнут остаточные напряжения сжатия.
О статочные напряжения могут возникнуть в связи с локальным нагревом поверхности обрабатываемой детали. Под действие теплового фактора поверхностные слои стремятся удлиниться, но этому препятствуют более холодные, расположенные в глубине металла, и в поверхностном слое возникают напряжения сжатия. При охлаждении наблюдается обратная картина с образованием растягивающих напряжений. Результирующую эпюру напряжений следует рассматривать как результат одновременного действия силового и теплового фактора.
При обработке резанием металлов, склонных к фазовым превращением, нагрев в зоне резания может вызывать структурные превращения, связанные, как известно, с объемными изменениями кристаллической решетки металла. Поэтому в слоях со структурой, имеющей больший удельный объем, развиваются напряжения сжатия, а в слоях со структурой меньшего удельного объема – остаточные напряжения растяжения.
15