Понятие о процессе резания металлов
Работа резца и фрезы. Всем режущим инструментам, в том числе резцам и зубьям фрез, придается клиновая форма, позволяющая получить выигрыш в силе, необходимой на преодоление сопротивления обрабатываемого материала резанию.
У резца или зуба фрезы различают (рис. 6): переднюю поверхность 1, по которой сходит стружка, заднюю поверхность 3, обращенную к обрабатываемой детали, и режущую кромку 4 — линию пересечения передней и задней поверхностей.
Если восставить перпендикуляр к обработанной поверхности детали 2, то можно определить положение поверхностей резца (или зуба фрезы) с помощью трех углов: переднего угла у, расположенного между передней поверхностью резца и перпендикуляром к обработанной поверхности детали; угла заострения р — между передней и задней поверхностями резца; заднего угла а — между задней поверхностью резца и обработанной поверхностью детали. Эти углы называются главными, так как от их величины в основном зависят режущие способности инструмента. Передний угол предназначен для создания благоприятных условий резания, задний — для уменьшения трения инструмента о поверхность заготовки.
По мере внедрения резца в обрабатываемый материал небольшой участок срезаемого слоя, наиболее близко расположенный к передней поверхности резца, сжимается и деформируется. Его частицы сдвигаются друг относительно друга до тех пор, пока напряжения, создаваемые внешней силой Р, не превзойдут силы сцепления частиц металла и не произойдет скалывание и отделение элемента стружки. После этого аналогичный процесс формирования следующих элементов стружки повторяется. Таким образом, резание металла совершается последовательным скалыванием отдельных элементов стружки.
В отличие от резца фреза представляет собой круглое тело, на поверхности которого расположен ряд зубьев, совершающих вращательное главное движение. Каждый ее зуб только часть круговой траектории находится в контакте с обрабатываемой деталью, срезая короткие стружки по форме запятой. В остальном сущность процессов резания резца и зуба фрезы аналогичны.
Виды стружек. В зависимости от условий резания стружка может приобретать три основных вида: сливной, скалывания и надлома (рис. 7).
При обработке относительно мягких пластинчатых металлов с большой скоростью резания элементы стружки не успевают полностью отделиться от основной массы металла и стружка сходит в виде ленты различной длины с гладкой выпуклой и слегка ступенчатой вогнутой сторонами. Такую стружку называют сливной (рис. 7, а).
При резании с небольшой скоростью более твердых пластичных металлов элементы стружки успевают почти полностью отделиться, но все же достаточно прочно связаны между собой. Получается стружка скалывания (рис. 7, б). Ее вогнутая сторона имеет ступенчатую форму с четко различимыми границами элементов.
Обработка хрупких металлов (чугун, твердая бронза) характеризуется образованием стружки надлома (рис. 7, в), которая состоит из отдельных не связанных друг с другом элементов произвольной формы и размеров.
Физические явления при резании. Резание металлов представляет собой сложный физический процесс, сопровождаемый: выделением теплоты, возникновением сил сопротивления резанию и внешним трением.
Теплота выделяется вследствие деформации срезаемого слоя и внешнего трения соприкасающихся поверхностей резца, стружки и обрабатываемой детали. Подавляющая масса теплоты уносится стружкой, остальное ее количество поступает в резец, обрабатываемую деталь, и незначительная часть уходит в окружающее пространство. Тем не менее в зоне резания создается высокая температура, которая является основной причиной, ускоряющей износ резца.
Обрабатываемый материал оказывает значительное сопротивление резанию, сила которого прогибает инструмент, деталь и части станка, ухудшая точность обработки. На преодоление сопротивления металла резанию расходуется электроэнергия, потребляемая двигателем станка.
В результате действия сил резания и относительного скольжения на контактных поверхностях резца, стружки и обрабатываемой детали возникает значительное трение, являющееся одной из причин износа резца.
Из этого следует, что для создания благоприятных условий резанию необходимо: правильно выбирать режим обработки, по возможности применять смазывающе-охлаждающие жидкости, придавать инструментам рациональную геометрическую форму и изготавливать их из износо- и теплостойких инструментальных материалов, способных длительное время противостоять тяжелым условиям резания.