Какие виды стружек образуются при резании. Образование и виды стружки. Сущность процесса резания

Процесс стружкообразования заключается в поэлементном отделении металла. Под действием сил, приложенных к режущему клину, идет пластическое деформирование материала в зоне, ограниченной передней поверхностью резца и плоскостью сдвига, проходящей под углом b, к направлению движения подачи S. При перемещении резца в какой-то момент, когда внутренние напряжения в этой зоне превысят силы связи между частицами материала заготовки происходит сдвиг части материала по плоскости сдвига, то есть образуется первый элемент стружки. Последовательное перемещение резца приводит к образованию второго, третьего и так далее элементов.

Различают три типа стружки:

Сливная стружка

Эта стружка получается при обработке вязких материалов при малой глубине резания, больших передних углах инструмента и больших скоростях резания.

Стружка скалывания

Получается при обработке материалов средней твердости и твердых материалов при больших толщинах срезаемого слоя, малых передних углах и малых скоростях резания. На стружке скалывания четко просматриваются отдельные элементы стружки.

Стружка надлома

Она образуется при обработке хрупких материалов, состоит из отдельных, не связанных между собой элементов (чугун, латунь).

В условиях производства важную роль играет тип стружки, так как он определяет безопасность работы, простоту удаления её из зоны обработки. При обработке пластичных (вязких) материалов надо принять меры для завивания и надлома стружки. Это обеспечивает внесение некоторых дополнительных изменений в конструкцию резца. Оптимальной стружкой в массовом и серийном производстве считают цилиндрическую или коническую спираль в виде отрезков длиной 30-80 мм при диаметре до 15 мм.



Усадка стружки

Степень пластического деформирования удаляемого при резании материала полностью характеризуется усадкой стружки, то есть несоответствием длины стружки и пути резца. Стружка оказывается более короткой, но, сохраняя объем, делается большей по поперечному сечению за счет увеличения толщины. О величине усадки стружки судят по величине коэффициента усадки k.

L 0 – длина участка обработки,

l – длина стружки.

Значение коэффициента усадки в пределах от 2 до 7. Чем больше коэффициент, тем более сложно протекает обработка, тем большая требуется работа по обеспечению среза стружки, то есть усадка является универсальным показателем процесса резания.

Чем больше угол резания d, тем больше усадка, так как идет большая деформация срезаемого слоя, требуются большие усилия по внедрению режущего клина. Уменьшает усадку применение смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), которые снижают величину силы трения.

Наростообразование

В результате трения стружки о микронеровности передней поверхности при большой глубине резания, отдельные частицы стружки отделяются от неё и привариваются к передней поверхности резца в виде клиновидного нароста. Наличие нароста приводит к уменьшению угла резания. Размеры нароста постоянно меняются. Достигнув определенной величины, нарост отделяется от передней поверхности резца и начинает образовываться новый. Отделяясь, нарост в массе своей уходит вместе со стружкой, но часть нароста идет на обработанную поверхность. При черновой обработке нарост оказывает положительное влияние, так как уменьшая угол резания, он защищает переднюю поверхность резца от износа. При чистовой обработке нарост играет отрицательную роль, так как ухудшает качество обработанной поверхности. Наростообразование характерно для обработки пластичных материалов в интервале скорости резания от 20 до 60 м/мин.

Наклёп

Отделение стружки от заготовки есть результат её пластического деформирования. При этом меняются её физико-механические свойства. Это изменение относится к стружке и поверхностному слою обработанной поверхности, поэтому увеличивается прочность, твердость, износостойкость по сравнению с аналогичными свойствами материала до начала резания. Чем сложнее идет процесс резания, то есть больше углы резания, чем пластичнее материал, тем большее уплотнение (наклеп) получает поверхностный слой, тем на наибольшую глубину проникают эти изменения. Степень наклепа характеризуется коэффициентом

С физической точки зрения процесс резания материалов явля­ется процессом глубокого пластического деформирования и раз­рушения, сопровождаемый трением стружки о переднюю поверх­ность режущего клина и трением задней поверхности инструмента о поверхность резания, происходящих в условиях высоких давле­ний и скоростей скольжения. Затрачиваемая при этом механиче­ская энергия превращается в теплоту, которая, в свою очередь, оказывает большое влияние на закономерности деформирования срезаемого слоя, силы резания, износ и стойкость инструмента.

Образующаяся при резании стружка, являясь отходом произ­водства, несет основную информацию о закономерностях физиче­ских явлений, происходящих при резании, и их связи с условиями процесса резания, характеризуемыми свойствами обрабатываемого материала, геометрией инструмента, режимами резания и другими параметрами.

2.1. Деформации срезаемого слоя при свободном прямоугольном резании

Одно из первых исследований процесса стружкообразования выполнено русским ученым Иван Августович Тиме (1870 г.). Им, в частности, предложена классификация стружек, которая оказалась настолько удачной, что сохранилась в основном и до настоящего времени. Согласно этой классификации по внешнему виду и внутреннему строению при резании конструкционных сталей стружка бывает следующих типов: сливная, элементная, суставчатая и надлома.

Сливная стружка (рис. 2.1, а) представляет собой непрерыв­ную ленту, которая в зависимости от условий схода по передней поверхности инструмента может быть прямой, спиральной или в виде хаотических завитков. Прирезцовая сторона стружки I, при­легающая к передней поверхности инструмента, гладкая, блестя­щая, а внешняя сторона 2 - в виде мелких, постоянно чередую­щихся зубчиков. Цвет стружки в зависимости от температуры ре­зания изменяется от серебристо-белого и желтого до матово-серого и синего. Форма и размеры поперечного сечения стружки по всей длине по­стоянны, что свидетельствует о стабильности деформации, проис­ходящей при образовании такой стружки. Сливная стружка встре­чается при резании пластичных металлов в основном на больших скоростях, малых и средних подачах, а также при положительных передних углах инструмента.

Элементная стружка (рис. 2.1,6) (иногда ее называют струж­кой скалывания) состоит из отдельных элементов (кусочков) ме­талла 1, не связанных или слабо связанных между собой прирезцовым слоем. Каждый элемент стружки при его формировании претерпевает значительную деформацию и становится в 2...3 раза тверже по сравнению с исходной твердостью обрабатываемого материала. Вследствие этого срезаемый слой, проходя через так называемую поверхность скалывания mn , теряет свою пластич­ность и разрушается с определенной периодичностью. Элементная стружка образуется при резании хрупких металлов (чугун, бронза и др.), а также при резании на невысоких скоростях пластичных металлов, при больших толщинах срезаемого слоя, малых перед­них углах, высокой твердости обрабатываемых металлов и других условиях, затрудняющих пластическую деформацию.

Рис.2.1. Типы стружек, образующихся при резании металлов:

а - сливная; б - элементная; в - суставчатая; г - надлома

Суставчатая стружка (рис. 2.1, в) является переходной от элементной стружки к сливной. Она состоит из отдельных суставов 1, связанных между собой. Такой вид стружки часто встречается при резании высоколегированных сталей и титановых сплавов.

Стружка надлома (рис. 2.1, г) состоит из отдельных не связан­ных между собой кусочков, имеющих различные размеры и фор­му; она встречается при резании весьма хрупких материалов или некоторых металлов, склонных к налипанию на передние по­верхности инструментов. При этом скол отдельных кусочков ме­талла происходит по поверхности тп, часто располагаемой ниже поверхности резания.

На практике при резании пластичных металлов (сталей и сплавов) и особенно на высоких скоростях чаще всего встречается сливная стружка. Образование элементной стружки характеризу­ется периодическим изменением параметров процесса стружкообразования при формировании каждого элемента, что весьма за­трудняет его изучение. Поэтому сначала рассмотрим более про­стой и удобный для исследования процесс сливного стружкообразования при прямоугольном, свободном резании.

По схеме стружкообразования, предложенной И.А.Тиме, (рис. 2.2) срезаемый слой толщи­ной а превращается в стружку толщиной а 1 путем сдвига беско­нечно тонких слоев материала в плоскости OA , расположенной к плоскости резания под углом наклона условной плоскости сдви­га Ф («фи» большое) . В результате деформации обрабатываемого материала при его переходе в стружку толщина последней а 1 становится больше толщины срезаемого слоя а , а ее длина l 1 - короче пути l , пройден­ного резцом. Это явление И.А. Тиме назвал усадкой стружки.

Главный недостаток схемы И.А. Тиме состоит в том, что она предполагает существование единственной плоскости, в которой происходит деформирование срезаемого слоя. В этом случае вусловной плоскости сдвига OA скорость перемещения частиц ма­териала должна изменяться мгновенно от скорости резания v до скорости перемещения стружки v 1 , (v > v 1). Тогда в условной плос­кости сдвига OA должны иметь место бесконечно большие градиенты напряжения и ускорения, что противоречит законам механики.

Рис. 2.2. Схема образования стружки с условной плоскостью сдвига OA

Теоретические и экспериментальные исследова­ния, выполненные при обработке на микроскоростях, доказали сущест­вование переходной зоны между срезаемым припуском и струж­кой, которая имеет клинообразную форму (рис. 2.3), с начальной OL и конечной ОМ границами.

Было установлено, что процесс пластической деформации на­чинается впереди резца на границе OL , имеющей криволинейную форму, которая в некоторых случаях располагается даже ниже ли­нии среза. Степень деформации ε , рассчитанная путем измерения микротвердости в точках срезаемого слоя, от линии OL к линии ОМ возрастает сначала медленно, а затем в зоне АОМ с большей скоростью (здесь OA - условная плоскость сдвига , проведенная из вершины резца О в точку А пересечения наружных поверхностей заготовки и стружки) .

Однако, при резании на скоростях, применяемых на практике, усадка стружки уменьшается, а границы зоны 0 L и ОМ поворачиваются по ходу часовой стрелки и сближаются, занимая соответственно положения 0 L " и ОМ" . При этом толщина фактической зоны деформации в районе условной плоскости сдвига OA составляет десятые доли миллиметра.

Рис.2.3. Схема стружкообразования, характерная для обработки на микроскоростях

Сужение зоны деформации при резании объясняется тем, что с увеличением скорости резания от микроскоростей до скоростей, применяемых на практике, резко возрастает скорость деформации, вследствие чего происходит запаздывание пластических деформа­ций . Это приводит к приближению границы OL к условной плоскости сдвига OA . При этом верхняя граница ОМ также при­ближается к условной плоскости сдвига OA , а толщина зоны де­формации АОМ резко уменьшается.

Конечная степень деформации, рассчитанная по на основании экспериментальных данных, практически совпадает со степенью деформа­ции, рассчитанной по схеме с единственной плоскостью сдвига (см. рис. 2.2), что дает основание в дальнейших расчетах исполь­зовать последнюю как более простую и удобную. Однако учиты­вая существование переходной зоны, плоскость сдвига и угол на­клона плоскости сдвига в этой схеме, строго говоря, следует счи­тать условными.

Знание величины пластической деформации необходимо для расчета силовой и тепловой нагрузки режущего клина инструмен­та, а также производительности процесса резания.

Выше упоминалось, что при срезании припуска происходит утолщение и одновременно укорочение срезаемого слоя. Поэтому, если считать объемы срезаемого слоя и материала стружки равны­ми, т.е. alb = a 1 l 1 b 1 , то при b ~ b 1

где K l - коэффициент продольной усадки (укорочения) стружки; К а - коэффи­циент поперечной усадки (утолщения) стружки.

В дальнейшем термином «усадка стружки» будем обозначать коэффициент укорочения стружки К без указания индекса l .

Экспериментально усадку стружки можно просто и достаточ­но точно определить весовым способом, суть которого заключа­ется в следующем. Взвешивают кусок стружки и находят длину среза l , т.е. путь, который прошел инструмент при срезании стружки.

где w - объем срезаемого слоя; f - площадь срезаемого слоя; т - масса стружки; ρ - плотность обрабатываемого материала; s - по­дача; t - глубина резания.

Тогда усадка стружки

где l 1 - длина стружки, измеренная по ее прирезцовой стороне, т.е. по поверхности контакта стружки с инструментом.

Обычно коэффициент усадки К > 1 и при резании высокопла­стичных металлов его величина может достигать очень больших значений К ≥10.

Большое влияние на усадку стружки оказывают передний угол γ, скорость резания v и физико-механические свойства обрабатываемого материала. Подача s и глубина резания t на усадку стружки влияют незначительно.

Зависимость усадки стружки от переднего угла γ была найде­на И.А. Тиме (см. рис. 2.2):

После преобразования этого уравнения найдем величину угла наклона условной плоскости сдвига

Рис. 2.4. План векторов скоростей частиц материала, деформируемого при резании

На основании схемы стружкообразования с условной плоско­стью сдвига (см. рис. 2.2) можно получить новую характеристику процесса деформации - скорость сдвига V ф , т.е. скорость перемещения частиц обрабатываемого материала при деформации вдоль условной плоскости сдвига. Для этого построим план векто­ров скоростей (рис. 2.4). Здесь - вектор скорости резания,- вектор скорости сдвига,- вектор скорости стружки, сходящей по передней поверхности резца(v 1 , = V / K , где К - коэффициент усадки стружки). При этом = + .

Используя теорему синусов, найдем

Из этой формулы следует, что

Так как v = v 1 К , то

И.А. Тиме, предлагая свою схему стружкообразования (см. рис. 2.2), считал, что при усадке стружки К = 1 деформация материала при его переходе в стружку отсутствует. Однако под­ставив в уравнение (2.7) значения коэффициента усадки стружки К = 1 и переднего угла γ = 0, получим, что скорость сдвига

V Ф =
.Этосвидетельствует о том, что усадка стружки при v Ф ≠ 0 не может служить количественным показателем степени деформации, так как при v Ф ≠ 0 имеет место перемещение вдоль условной плоскости сдвига деформируемых частиц обрабатывае­мого материала.

Для нахождения количественного показателя степени дефор­мации стружки будем исходить из того, что разрушение материа­лов может происходить путем простого сдвига (рис. 2.5).

Результаты многочисленных исследований, выполненных в нашей стране и за рубежом, показали, что процесс деформирова­ния при резании материалов относится к простому сдвигу.

При простом сдвиге квадрат abcd превращается в равнове­ликий параллелограмм a 1 b 1 c 1 d 1 с неизменными размерами осно­вания и высоты, т.е. деформация заключается в смещении всех точек тела в направлении только оси X , причем смещение каждой точки пропорционально ее расстоянию относительно оси X (рис. 2.5).

Рис.2.5. Схемы простого сдвига

Расстояние ΔS, на которое смещается при простом сдвиге верхняя граница относительно нижней границы, называется абсо­лютным сдвигом. Отношение расстояния ΔS к расстоянию между верхней и нижней границами Δh называется относительным сдвигом, и он служит мерой деформации

Используя схему деформации с условной плоскостью сдвига (см. рис. 2.2), найдем величину относительного сдвига при резании.

Рис. 2.6. Схема определения деформации относительного сдвига при резании материалов

На рис. 2.6 объем недеформированного срезаемого слоя пока­зан в виде параллелограмма oadf . При переходе резца из поло­жения I в положение II происходит деформация срезаемого слоя, в результате которой параллелограмм oadf полностью переходит в стружку и превращается в параллелограмм oaed . При этом линия fd займет положение de . Сопоставляя рис. 2.5 и 2.6, найдем, что ΔS = df , а Δh = ок. При этом относительный сдвиг

Величина DF = FK + KD = OKctg Ф + OKtg (Ф + γ ) . Подста­вив DF в уравнение (2.9), получим

После преобразований это выражение может быть записано и в такой форме:

Далее найдем связь относительного сдвига ε с усадкой струж­ки к. Для этого подставим в (2.11) значение угла наклона услов­ной плоскости сдвига Ф, полученное по формуле (2.4), и после преобразований получим

Анализ уравнения (2.12) позволяет сделать следующие выводы.

1.Усадка стружки к в общем случае не равна относительному сдвигу ε и поэтому численно не выражает степень пластической деформации. При усадке к = 1 относительный сдвиг не равен ну­лю и может достигать больших значений.

2.Усадка стружки к может использоваться только как качест­венный показатель величины деформации. C увеличением усадки струж­ки к при данном значении переднего угла γ степень деформации возрастает. В то же время при одной и той же усадке стружки К ,но при разных значениях переднего угла γ, величины относитель­ного сдвига ε имеют различные сильно отличающиеся значения.

3. Значение усадки стружки к, при котором имеет место ми­нимальное значение относительного сдвига ε для всех значений переднего угла γ, можно найти, приравняв нулю первую производ­ную уравнения (2.12):

Затем, решая это уравнение относительно к, определим, что минимум относительного сдвига ε будет иметь место в том случае, когда усадка стружки к = 1 при всех значениях переднего угла γ.

Относительный сдвиг при резании может быть определен также через скорость сдвига Vф из уравнений (2.8) и (2.11):

а скорость деформации – по формуле

Из этого уравнения следует, что на скорость деформации наибольшее влияние оказываетскорость резания v . При очень уз­кой зоне деформации Δh, которая составляет десятые доли милли­метра, скорость деформации достигает очень больших значе­ний. Например, при резании латуни резцом с углом γ = 17° и ско­ростью V = 250 м/мин скорость деформации = 2,4 10 -4 с -1 .

Таким образом, при резании скорость деформации по сравне­нию с механическими испытаниями выше в 10 6 раз, а степень деформации в несколько раз выше, чем при других видах пластиче­ской деформации. При этом деформация протекает при высоких температурах и давлениях на передней поверхности режущего клина.

Отсюда можно сделать вывод о том, что процесс резания металлов является процессом глубокой пластической деформации, протекающей в экстремальных условиях. Поэтому многие законо­мерности этого процесса в настоящее время не могут быть уста­новлены чисто теоретически и являются результатом экспериментально-теоретических исследований.

0

Первые исследования процесса образования стружки были сделаны И. А. Тиме; они относятся к 60-м годам минувшего столетия и до сих пор не утратили своей ценности. Работы И. А. Тиме были расширены и развиты К. А. Зворыкиным (1899 г.) и другими русскими исследователями.

Рассмотрим процесс образования стружки.

Закрепив металлический брусок 1 (фиг. 403, а) и установив резец 2 на определенную глубину t, приложим к резцу силу Р по направлению, параллельному поверхности бруска 1.

Резец под действием силы Р при перемещении врезается в обрабатываемый металл и сжимает часть металла. При этом сжатии возникает скалывающее напряжение в плоскости, параллельной к определенному направлению аа. Когда это напряжение достигает определенного значения, происходит скалывание элемента 1 (фиг. 403, 6 и в). При дальнейшем перемещении резца происходит скалывание элемента 2, затем 3, 4 и т. д.

В процессе резания вязких металлов отдельные элементы стружки под действием больших давлений сцепляются между собой, образуют непрерывную стружку, гладкой стороной обращенную к резцу и шероховатой наружу. При обработке хрупких металлов такого соединения между элементами стружки не наблюдается, и стружка отделяется от обрабатываемого образца в виде отдельных кусков.

Угол в между передней гранью резца и плоскостью аа называется углом действия.

Исследованиями Тиме установлено, что сумма углов действия р и резания о есть величина приблизительно постоянная и для различных металлов колеблется в пределах от 145 до 150°. При этом сумма указанных углов получалась приблизительно равной следующим величинам: ß + б = 145° при б = 45°, ß + б = 150° при б = 75°.

Угол ß 1 , образованный плоскостью скалывания и направлением движения, резца, называется углом скалывания.

Виды стружки. Все разнообразие видов стружки можно объединить в следующие основные виды: 1) стружка надлома, 2) стружка скалывания или элементная, 3) ступенчатая стружка и 4) сливная стружка.

Различия между приведенными типами стружки обусловлены следующими: признаками.

1. Стружка надлома получается при резании твердых и хрупких металлов. При врезании резца нельзя обнаружить заметных пластических деформаций стружки, которая вырывается кусками неправильной формы. Обрабатываемая поверхность получается шероховатой. Сама стружка со стороны, обращенной к резцу, получается неровной и неправильной формы. Стружка надлома может быть получена также при обработке и вязких металлов, если обработку вести с малым углом резания и с небольшой скоростью резания (фиг. 404, а).

2. Стружка скалывания (фиг. 404, б) образуется при обработке твердых. и недостаточно вязких металлов. Внешне она отличается от стружки надлома тем, что элементы ее между собой на некоторой длине соединены в виде ленты с шероховатостью на наружной части и более ровной поверхностью на передней части резца.

Ленты стружки скалывания имеют различную форму и состоят из отдельных элементов, механически связанных между собой в процессе их деформации и перемещения. Иногда может получаться стружка, состоящая из отдельных элементов, которые между собой настолько слабо связаны, что достаточно легкого прикосновения, чтобы они отделились друг от друга. Такая стружка скалывания называется элементной. Обработанная поверхность при стружке скалывания получается значительно более чистой, чем при стружке надлома.

3. Стружка ступенчатая (фиг. 404, в) получается при обработке металлов средней твердости при небольшой глубине резания и при хорошо заточенном резце. С внешней стороны стружка имеет шероховатую, в виде ступеней, поверхность, а со стороны резца гладкую поверхность; элементы стружки соединены между собой.

4. Сливная стружка (фиг. 404, г) получается при обработке вязких или весьма мягких металлов, как, например, медь, олово, свинец, мягкая сталь и т. п. Внешне она отличается от рассмотренных выше форм стружки тем, что имеет вид спирали, при этом элементы ее между собой не разделены и почти не заметны. Шероховатость у этой стружки наблюдается только на внешней стороне, т. е. в вогнутой части, а со стороны резца она имеет гладкую поверхность.

Сливную стружку можно получить также при обработке и не очень вязких металлов, если резание производить при небольшой глубине и при малом угле.

В процессе образования стружки ее элементы получают трапециевидную форму; при этом большее основание трапеции располагается со стороны передней грани резца. Вследствие этого стружка, представляющая собой совокупность ряда таких элементов, не получается прямолинейной, а завивается, отступая от передней грани резца. Такое формообразование стружки называют завыванием.

Коэфициент усадки. В процессе образования стружки наблюдается укорачивание стружки по длине и разбухание по ширине; это явление очень заметно при обработке вязких металлов и мало заметно при обработке хрупких; оно называется усадкой стружки. Величина усадки характеризуется коэфициентом усадки и обозначается через К.

Обозначая через l 0 длину элемента снятого слоя металла, а через l - длину полученного при этом элемента стружки, из чертежа, приведенного на фиг. 405, можно получить значение К:

Подставляя в эту формулу значение ß и ß 1 (из равенства,ß + б = 145° при б = 45° и ß + б = 150° при б = 75°), при б = 45° получим

Из приведенных выше расчетов следует, что с увеличением угла резания б коэфициент усадки уменьшается.

Наклеп металла при резании. В процессе обработки резанием слой металла, прилегающий к обрабатываемой поверхности, приобретает наклеп. Глубина наклепанного слоя зависит главным образом от геометрической формы резца, режима резания и свойств обрабатываемого материала; для вязких материалов она больше, чем для хрупких.

Нарост. В процессе резания металла на передней грани резца вблизи режущей кромки возникает нарост, состоящий из частиц обрабатываемого металла. Иногда высота такого нароста достигает нескольких миллиметров. Структура нароста существенно отличается от структуры обрабатываемого материала. Твердость материала нароста может достигать такой величины, что нарост сам может резать металл, из которого он образовался. Схема образования нароста показана на фиг. 406. Нарост уменьшает угол резания, если он больше 60°, предохраняет резец от нагрева и увеличивает его стойкость. Нарост отрицательно влияет на качество обрабатываемой поверхности, делая ее более шероховатой. Нарост появляется преимущественно при обработке вязких металлов. Замечено, что нарост возникает при некоторых средних скоростях резания. При малых и больших скоростях резания нарост имеет пониженное значение и уменьшается с увеличением переднего угла. Применение смазочноохлаждающих жидкостей уменьшает нарост.

Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера.

Сущность процесса резания металлов

В результате снятия припуска получается стружка. При этом снятый слой металла меняет свои размеры и форму. Отделение слоя металла от заготовки и образование стружки происходит под действием силы, приложенной к зубу фрезы, следовательно, -изменение формы срезанного слоя металла обрабатываемой заготовки также является результатом воздействия приложенной внешней силы.
Изменение формы какого-либо тела под действием силы называется деформацией . Если после прекращения действия силы первоначальная форма тела восстанавливается, деформация называется упругой . Если после прекращения действия силы тело не восстанавливает первоначальной формы, деформация называется пластической .
При резании металлов имеют место главным образом пластические деформации. Резец, внедряясь в металл под действием приложенной силы, изменяет форму поверхностного слоя металла обрабатываемой заготовки, сдвигая его частицы и превращая их в стружку.
Таким образом, процесс образования стружки состоит из врезания зуба фрезы в обрабатываемую заготовку, смещения одних частиц металла относительно других, образования элементов стружки и отделения образовавшейся стружки.

Образование стружки

Образование стружки происходит различно для вязких и для хрупких металлов.
Рассмотрим процесс образования стружки при обработке вязких металлов (мягкая сталь, медь, алюминий). Инструмент в момент начала врезания (рис 55, а) вдавливается з обрабатываемую заготовку по направлению стрелки и передней поверхностью сжимает металл. При этом сжатие, как это было установлено русским ученым проф. И. А. Тиме в 1865-1870 гг., впервые в мире научно обосновавшим законы резания, распределяется не на весь снимаемый слой дбвге , а только на часть его абвг . Сжатие вызывает сначала упругие деформации металла, но как только давление на площадку бв (рис. 55, б) превысит сопротивление срезу площадки аб , деформации становятся пластическими, и элемент стружки абвг сдвинется по направлению ба , а резец начнет сжимать следующий слой (рис. 55, в).


Вследствие сжатия образовавшийся элемент стружки слегка поворачивается около точки б, и таким образом получается изогнутая стружка, одна сторона которой, прилегающая к резцу,. совершенно гладкая, а другая - зазубренная, в виде пилы (рис. 56, а). Такую стружку, получающуюся от постепенного скалывания элементов снимаемого слоя, проф. И. А. Тиме назвал стружкой скалывания .


При обработке хрупких металлов (чугун, бронза, закаленная сталь) резец сначала углубляется в заготовку таким же образом, как при резании вязких металлов, но после некоторого углубления резца элемент стружки не скалывается, а отламывается, причем образующийся перед кромкой резца элемент (рис. 57, а) имеет форму, отличную от стружки скалывания. Обычно при этом вырывается часть металла, лежащая ниже вершины острия резца (рис. 57, б), вследствие чего обработанная поверхность получается недостаточно гладкой.


Получающаяся при обработке хрупких металлов стружка состоит из элементов неправильной формы, не связанных друг с другом и похожих на чешуйки (см. рис. 56, в). На стороне, соприкасавшейся с резцом, она имеет неровную поверхность, а на другой стороне - гладкую вогнутую поверхность. Проф. И. А. Тиме назвал такую стружку стружкой надлома .
В случае обработки металлов с малыми подачами и при небольших глубинах резания, но с большой скоростью отдельные элементы в стружке как бы сливаются и образуют так называаемую сливную стружку (см. рис. 56, б).

Виды стружки при фрезеровании

При фрезеровании имеет место прерывистое резание, так как каждый зуб, вступая в контакт с заготовкой, снимает поочередно свою порцию металла. Поэтому в процессе фрезерования получается стружка более короткая, чем, например, при точении.
Однако закономерности образования стружки являются общими и для фрезерования, где встречаются все рассмотренные выше виды стружки.
Так, при фрезеровании вязких металлов с большой подачей и глубиной резания, а равно при фрезеровании недостаточно вязких металлов средней твердости, как хромоникелевые и марганцовистые среднеуглеродистые стали, образуется стружка скалывания. При фрезеровании хрупких и твердых металлов получается стружка надлома.
Фрезерование вязких металлов с малыми подачами при небольшой глубине резания на большой скорости (чистовая обработка), а равно фрезерование твердых сталей при скоростных режимах резания дает сливную стружку.
Поверхность детали после фрезерования получается более чистой при образовании стружки скалывания и сливной стружки, чем в случае образования стружки надлома. После скоростного фрезерования, когда образуется сливная стружка, чистота поверхности достигает 7 - 8, поэтому часто отпадает необходимость в последующем шлифовании.

К наиболее распространенным методикам изготовления деталей с заданными геометрическими параметрами относится токарная обработка металла. Суть данной методики, позволяющей также получать поверхность с требуемой шероховатостью, заключается в том, что с заготовки убирают лишний слой металла.

Принципы токарной обработки

Технология токарных работ по металлу предполагает использование специальных станков и режущего инструмента (резцы, сверла, развертки и др.), посредством которого с детали снимается слой металла требуемой величины. выполняется за счет сочетания двух движений: главного (вращение заготовки, закрепленной в патроне или планшайбе) и движения подачи, совершаемого инструментом при обработке деталей до заданных параметров их размера, формы и качества поверхности.

За счет того, что существует множество приемов совмещения этих движений, на токарном оборудовании работают с деталями различной конфигурации, а также осуществляют целый перечень других технологических операций, к которым относятся:

  • нарезание резьбы различного типа;
  • сверление отверстий, их растачивание, развертывание, зенкерование;
  • отрезание части заготовки;
  • вытачивание на поверхности изделия канавок различной конфигурации.

Благодаря такой широкой функциональности токарного оборудования на нем можно сделать очень многое. Например, с его помощью выполняют обработку таких изделий, как:

  • гайки;
  • валы различных конфигураций;
  • втулки;
  • шкивы;
  • кольца;
  • муфты;
  • зубчатые колеса.

Естественно, что токарная обработка предполагает получение готового изделия, которое соответствует определенным стандартам качества. Под качеством в данном случае подразумевается соблюдение требований к геометрическим размерам и форме деталей, а также степени шероховатости поверхностей и точности их взаимного расположения.

Для обеспечения контроля над качеством обработки на применяют измерительные инструменты: на предприятиях, выпускающих свою продукцию крупными сериями, – предельные калибры; для условий единичного и мелкосерийного производства – штангенциркули, микрометры, нутрометры и другие измерительные устройства.

Первое, что рассматривают при обучении токарному делу, – это технология обработки металлов и принцип, по которому она осуществляется. Заключается этот принцип в том, что инструмент, врезаясь своей режущей кромкой в поверхность изделия, зажимает его. Чтобы снять слой металла, соответствующий величине такого врезания, инструменту надо преодолеть силы сцепления в металле обрабатываемой детали. В результате такого взаимодействия снимаемый слой металла формируется в стружку. Выделяют следующие разновидности металлической стружки.

Слитая

Такая стружка формируется тогда, когда на высоких скоростях обрабатываются заготовки, выполненные из мягкой стали, меди, олова, свинца и их сплавов, полимерных материалов.

Элементная

Образование такой стружки происходит, когда на небольшой скорости обрабатываются заготовки из маловязких и твердых материалов.

Стружка надлома

Стружка такого вида получается при обработке заготовок из материала, отличающегося невысокой пластичностью.

Ступенчатая

Формирование такой стружки свойственно для среднескоростной обработки заготовок из стали средней твердости, деталей из алюминиевых сплавов.

Режущий инструмент токарного станка

Эффективность, которой отличается работа на токарном станке, определяется рядом параметров: глубиной и скоростью резания, величиной продольной подачи. Чтобы обработка детали была высококачественной, необходимо организовать следующие условия:

  • высокую скорость вращения заготовки, фиксируемой в патроне или планшайбе;
  • устойчивость инструмента и достаточную степень его воздействия на деталь;
  • максимально возможный слой металла, убираемый за проход инструмента;
  • высокую устойчивость всех узлов станка и поддержание их в рабочем состоянии.

Скорость резки выбирается на основе характеристик материала, из которого сделана заготовка, типа и качества применяемого резца. В соответствии с выбранной скоростью резки выбирается частота вращения шпинделя станка, оснащенного токарным патроном или планшайбой.

При помощи различных типов резцов можно выполнять черновые или чистовые виды токарных работ, а на выбор инструмента основное влияние оказывает характер обработки. Изменяя геометрические параметры режущей части инструмента, можно регулировать величину снимаемого слоя металла. Выделяют правые резцы, которые в процессе обработки детали передвигаются от задней бабки к передней, и левые, движущиеся, соответственно, в обратном направлении.

По форме и расположению лезвия резцы классифицируются следующим образом:

  • инструменты с оттянутой рабочей частью, ширина которой меньше ширины их крепежной части;
  • прямые;
  • отогнутые.

Различаются резцы и по цели применения:

  • подрезные (обработка поверхностей, перпендикулярных оси вращения);
  • проходные (точение плоских торцовых поверхностей);
  • канавочные (формирование канавок);
  • фасонные (получение детали с определенным профилем);
  • расточные (расточка отверстий в заготовке);
  • резьбовые (нарезание резьбы любых видов);
  • отрезные (отрезание детали заданной длины).

Качество, точность и производительность обработки, выполняемой на токарном станке, зависят не только от правильного выбора инструмента, но и от его геометрических параметров. Именно поэтому на уроках в специальных учебных заведениях, где обучаются будущие специалисты токарного дела, очень большое внимание уделяется именно вопросам геометрии режущего инструмента.

Основными геометрическими параметрами любого резца являются углы между его режущими кромками и направлением, в котором осуществляется подача. Такие углы режущего инструмента называют углами в плане. Среди них различают:

  • главный угол – φ, измеряемый между главной режущей кромкой инструмента и направлением подачи;
  • вспомогательный – φ1, расположенный, соответственно, между вспомогательной кромкой и направлением подачи;
  • угол при вершине резца – ε.

Угол при вершине зависит только от того, как заточен инструмент, а вспомогательные углы можно регулировать еще и его установкой. При увеличении главного угла уменьшается угол при вершине, при этом уменьшается и часть режущей кромки, участвующей в обработке, соответственно, стойкость инструмента тоже становится меньше. Чем меньше значение этого угла, тем большая часть режущей кромки участвует как в обработке, так и в отводе тепла от зоны резания. Такие резцы являются более стойкими.

Практика показывает, что для токарной обработки не слишком жестких заготовок небольшого диаметра оптимальным является главный угол, величина которого находится в интервале 60–90 градусов. Если обрабатывать необходимо заготовку большого диаметра, то главный угол необходимо выбирать в интервале 30–45 градусов. От величины вспомогательного угла зависит прочность вершины резца, поэтому его не делают большим (как правило, он выбирается из интервала 10–30 градусов).

Особое внимание на уроках по токарному делу уделяется и тому, как правильно выбирать тип резца в зависимости от вида обработки. Так, существуют определенные правила, по которым обработку поверхностей того или иного типа выполняют с помощью резца определенной категории.

  • Обычные прямые и отогнутые резцы необходимы для обработки наружных поверхностей детали.
  • Упорный проходной инструмент потребуется для торцевой и цилиндрической поверхностей.
  • выбирают для протачивания канавок и обрезки заготовки.
  • Расточные резцы применяются для обработки отверстий, просверленных ранее.

Отдельную категорию токарного инструмента составляют резцы, с помощью которых можно обрабатывать фасонные поверхности с длиной образующей линии до 40 мм. Такие резцы подразделяются на несколько основных типов:

  • по конструктивным особенностям: стержневые, круглые и призматические;
  • по направлению, в котором осуществляется обработка изделия: радиальные и тангенциальные.

Виды оборудования для токарной обработки

Из всех типов оборудования для токарной обработки наибольшее распространение и на крупных, и на мелких предприятиях получил токарно-винторезный станок. Причиной такой популярности является многофункциональность этого устройства, благодаря которой его с полным основанием можно назвать универсальным.

Перечислим основные элементы конструкции такого станка:

  • две бабки – передняя и задняя (в передней бабке размещают коробку скоростей станка; шпиндель с токарным патроном (или планшайбой), на задней бабке размещены продольные салазки и пиноль оборудования);
  • суппорт, в конструкции которого различают верхние и нижние салазки, поворотную плиту и резцедержатель;
  • несущий элемент оборудования – станина, установленная на две тумбы, в которых размещают электродвигатели.
  • коробка подач.

Токарный станок с ЧПУ