ТЕОРІЯ РІЗАННЯ

(Конспект лекцій)

 

(для студентів спеціальності 6.09.02.03 «Металорізальні верстати та системи»)

 

 

РОЗГЛЯНУТО

на засіданні кафедри

металорізальні верстати та інструменти

Протокол № 15 від 01.04.11

 

ЗАТВЕРДЖЕНО

На засіданні учбово-

видавницької ради ДонНТУ

Протокол № 3 від 05.05.11

 

 

Донецьк 2011

 

 

ЗМІСТ

ЛЕКЦІЯ 1. ВСТУП. Основні поняття, терміни та визначення теорії різання матеріалів…………………………… 8

1.1 Місце процесів оброблення в промисловому виробництві…… 8

1.2 Основні етапи розвитку науки про різання металів…………… 10

1.3 Основні поняття, терміни та визначення теорії різання матеріалів……………………………………………………………………………. 11

1.3.1 Характерні поверхні на заготовці і різальній частині інструменту………………………………………………………………………….. 11

1.3.2 Кінематика різання………………………………………………. 13

ЛЕКЦІЯ 2. Геометричні елементи різця і зрізуваного шару………………………………………………………………………… 16

2.1 Існуючі системи координат………………………………………. 16

2.2 Геометрія робочої частини інструменту в статиці………………. 17

2.3 Геометрія робочої частини різця під час оброблення…………… 19

2.4 Геометрія зрізу при точінні……………………………………….. 20

2.5 Основні поняття про систему різання……………………………. 23

ЛЕКЦІЯ 3 ІНСТРУМЕНТАЛЬНІ МАТЕРІАЛИ…………………….. 24

3.1 Вимоги, які ставляться до інструментальних матеріалів………. 24

3.2 Вуглецеві та низьколеговані інструментальні сталі…………….. 25

3.2.1 Вуглецеві інструментальні сталі……………………………….. 25

3.2.2 Низьколеговані інструментальні сталі………………………… 26

3.3 Швидкорізальні сталі……………………………………………… 27

3.3.1 Швидкорізальні сталі звичайної продуктивності…………….. 27

3.3.2 Швидкорізальні сталі підвищеної продуктивності…………… 27

3.3.3 Порошкові швидкорізальні сталі……………………………… 28

3.3.4 Карбідосталі…………………………………………………….. 29

3.3.5 Безвольфрамові швидкорізальні сталі………………………… 29

3.3.6 Дисперсійно-твердіючі сплави………………………………… 29

3.4 Тверді сплави……………………………………………………… 30

3.4.1 Однокарбідні тверді сплави……………………………………. 30

3.4.2 Двокарбідні тверді сплави……………………………………… 31

3.4.3 Трикарбідні тверді сплави……………………………………… 31

3.4.4 Безвольфрамові тверді сплави…………………………………. 31

3.5 Інструментальна різальна кераміка……………………………… 32

3.6 Алмази, синтетичні надтверді матеріали………………………… 32

3.7 Підвищення стійкості різальних інструментів………………….. 34

Лекція 4 ФІЗИЧНІ ОСНОВИ ПРОЦЕСУ РІЗАННЯ. стружкоутворення………………………………………………………………… 36

4.1 Загальні уявлення про пружно-пластичні деформації

та руйнування твердих тіл…………………………………………………… 36

4.1.1 Основні різновиди деформованого стану……………………… 36

4.1.2 Дислокаційна теорія пластичної деформації…………………… 37

4.1.3 Експериментальні методи вивчення процесу утворення стружки

і зони деформування………………………………………………………….. 39

4.1.4 Типи стружок, що утворюються при різанні пластичних

і крихких матеріалів………………………………………………………… 40

4.1.5 Процес утворення зливної стружки в умовах вільного прямокутного різання………………………………………………………………. 41

Лекція 5 СТРУЖКОУТВОРЕННЯ………………………………… 44

5.1 Механіка утворення зливної стружки при одній умовній площині зсуву……………………………………………………………………. 44

5.2 Міра зсуву при різанні. Текстура стружки……………………… 46

5.2.1 Відносний зсув. Укорочення стружки………………………… 46

5.2.2 Текстура стружки……………………………………………….. 47

5.3 Основні рівняння кінематики стружко утворення……………… 49

5.4 Опір металів пластичному деформуванню в умовах різання….. 50

ЛЕКЦІЯ 6 Контактні процеси на передній поверхні інструменту. уТВОРЕННЯ ЕЛЕМЕНТНОЇ СТРУЖКИ…………….. 53

6.1 Контактні явища на передній поверхні інструменту…………… 53

6.2 Утворення наросту………………………………………………... 56

6.3 Процес утворення елементної стружки…………………………. 59

ЛЕКЦІЯ 7. ДИНАМІКА ПРОЦЕСУ РІЗАННЯ……………………... 61

7.1 Сила стружкоутворення на передній поверхні леза інструментув умовах вільного прямокутного різання………………………………... 61

7.2 Складові сили різання, які діють на різець в умовах вільного різання………………………………………………………………………… 62

7.3 Складові сили різання, які діють на різець в умовах невільного різання………………………………………………………………………… 64

7.4 Вплив складових сили різання Pz, Py, Px на інструмент,

заготовку та верстат………………………………………………………….. 65

ЛЕКЦІЯ 8. Вплив факторів на складові сили різання. КОЛИВАННЯ ПРИ РІЗАННІ………………………………………………. 69

8.1. Вплив оброблюваного матеріалу………………………………... 69

8.2. Вплив глибини різання і подачі…………………………………. 69

8.3. Вплив переднього кута (кута різання)…………………………... 70

8.4 Вплив головного кута в плані…………………………………….. 71

8.5. Вплив радіуса округлення вершини різця………………………. 72

8.6. Вплив мастильно-охолоджувальної рідини…………………….. 72

8.7. Вплив швидкості різання………………………………………… 72

8.8. Вплив зношування різця…………………………………………. 73

8.9. Коливання в процесі різання…………………………………….. 74

8.9.1. Причини виникнення коливань………………………………... 74

8.9.2. Динамічна характеристика різання……………………………. 78

ЛЕКЦІЯ 9. ТЕПЛОВІ ЯВИЩА ПРИ РІЗАННІ……………………... 81

9.1 Робота різання та її складові……………………………………… 81

9.2 Джерела утворення тепла при різанні. Баланс тепла…………… 83

9.3 Експериментальні методи досліджень теплоти при різанні…… 85

9.4 Теоретичні методи дослідження теплових явищ………………... 86

9.5 Розподіл тепла при точінні і температурне поле різця…………. 87

ЛЕКЦІЯ 10. Вплив різних факторів на температуру в зоні різання при точінні……………………………………………... 89

10.1. Вплив оброблюваного матеріалу………………………………. 89

10.2 Вплив елементів режиму різання……………………………….. 89

10.3. Вплив геометричних елементів різця………………………….. 91

10.4. Вплив мастильно-охолоджувальних рідин……………………. 93

ЛЕКЦІЯ 11. ЗНОШУВАННЯ І РУЙНУВАННЯ РІЗАЛЬНОГО ІНСТРУМЕНТУ………………………………………………………………… 94

11.1 Зношування різального інструменту…………………………… 94

11.1.1 Зношування як руйнування контактних площадок робочої частини інструменту. Види зношування…………………………………… 94

11.1.2 Зовнішня картина зношування інструменту………………… 95

11.1.3 Методи вимірювання величини зношування. Крива зносу різців………………………………………………………………………… 96

11.1.4 Вплив на зношування умов різання………………………… 97

11.1.5 Критерії зносу інструмента…………………………………. 99

11.2 Руйнування та надійність інструменту………………………. 102

11.2.1 Руйнування робочої частини інструмента…………………. 102

11.2.2 Надійність інструменту……………………………………… 103

ЛЕКЦІЯ 12. Стійкість різального інструмента……….. 105

12.1 Стійкість. Залежність між швидкістю різання і стійкістю…… 105

12.2 Вплив різних факторів на період стійкості та швидкість різання, яку дозволяє різець. Формула для визначення швидкості різання... 108

ЛЕКЦІЯ 13. Економічна стійкість. стійкість максимальної продуктивності…………………………………………… 115

13.1 Штучний і машинний час при точінні…………………………. 115

13.2 Стійкість максимальної продуктивності і економічна стійкість………………………………………………………………………… 117

14 ФОРМУВАННЯ ХАРАКТЕРИСТИК ОБРОБЛЕНОЇ ПОВЕРХНІ ДЕТАЛІ В ПРОЦЕСІ РІЗАННЯ………………………………………… 120

14.1 Якість поверхні при обробленні різанням……………………... 120

14.2 Залишкові напруження………………………………………….. 123

14.3 Вплив якості обробленої поверхні на експлуатаційні

характеристики виготовлених деталей…………………………………….. 124

15 ВЗАЄМОЗВ’ЯЗОК І ВЗАЄМООБУМОВЛЕНІСТЬ ОСНОВНИХ ЯВИЩ ПРОЦЕСУ ЛЕЗОВОГО ОБРОБЛЕННЯ РІЗАННЯМ……… 125

15.1 Складність явищ процесу різання……………………………… 125

15.2 Різання як процес взаємодії елементів технологічної системи зі складними імовірнісними діями…………………………………………. 129

ЛЕКЦІЯ 16. МЕТОДИКИ ПРИЗНАЧЕННЯ РЕЖИМІВ РІЗАННЯ ЛЕЗОВИМ ІНСТРУМЕНТОМ……………………………………………… 132

16.1 Загальні поняття про режим різання……………………………. 132

16.2 Методика аналітичного розрахунку режимів різання…………. 135

16.2.1 Вхідні дані при розрахунку режимів різання………………… 135

16.2.2 Призначення глибини різання………………………………… 135

16.2.3 Вибір інструмента……………………………………………… 135

16.2.4 Вибір величини подачі………………………………………… 136

16.2.5 Вибір швидкості різання………………………………………. 138

16.2.6 Вибір частоти обертання шпинделя………………………….. 138

16.2.7 Перевірка знайдених режимів по потужності верстата…….. 139

16.2.8 Розрахунок основного технологічного (машинного) часу…. 139

16.3 Нормативи для вибору режимів різання……………………….. 139

16.4 Особливості призначення режимів різання для сучасних верстатів із ЧПК…………………………………………………………………... 140

ЛЕКЦІЯ 17 ОСОБЛИВОСТІ ОСНОВНИХ ПРОЦЕСІВ ЛЕЗОВОГО ОБРОБЛЕННЯ РІЗАННЯМ. Свердління…………………………... 141

17.1 Призначення операцій свердління і розсвердлювання. Кінематика процесу………………………………………………………………. 141

17.2 Основні частини та геометрія різальних елементів свердла…. 141

17.3 Елементи режиму різання і зрізу при свердлінні……………… 146

17.4 Сили, які діють на свердло……………………………………… 148

17.5 Знос свердел……………………………………………………… 151

17.6 Швидкість різання при свердлінні……………………………… 152

17.7 Послідовність вибору елементів режиму різання при свердлінні…………………………………………………………………………… 154

ЛЕКЦІЯ 18. Фрезерування………………………………………. 155

18.1 Призначення фрезерування……………………………………... 155

18.2 Основні типи фрез та їх призначення………………………….. 156

18.3 Елементи різальної частини циліндричної та торцевої фрез…. 158

18.4 Схеми фрезерування проти подачі і за подачею………………. 161

18.5 Особливості процесу фрезерування…………………………….. 163

18.6 Елементи режиму різання при фрезеруванні…………………... 163

ЛЕКЦІЯ 19. Параметри зрізуваного шару при периферійному фрезеруванні циліндричними фрезами………. 165

19.1 Товщина і ширина зрізуваного шару. ………………………….. 165

19.2 Рівномірність фрезерування…………………………………….. 168

19.3 Сили різання……………………………………………………… 170

19.4 Зношування основних типів фрез………………………………. 171

19.5 Швидкість різання при фрезеруванні…………………………... 172

19.6 Розрахунок основного технологічного часу при фрезеруванні. 175

19.7 Розрахунок найвигідніших режимів при фрезеруванні………. 177

ЛЕКЦІЯ 20 ІНТЕНСИФІКАЦІЯ ПРОЦЕСІВ ОБРОБЛЕННЯ РІЗАННЯМ……………………………………………………………………... 178

20.1 Надшвидкісне різання…………………………………………… 178

20.2 Ротаційне точіння………………………………………………... 179

20.3 Особливості тонкого (фінішного) точіння……………………... 181

20.4 Фізичні та технологічні особливості комбінованих методів….. 183

оброблення із використанням додаткових джерел енергії…………. 183

20.4.1 Лезове оброблення з попереднім пластичним деформуванням…………………………………………………………………………….. 183

20.4.2 Додатковий підігрів зони оброблення………………………... 184

20.4.3 Оброблення різанням з вібраціями…………………………… 187

ЛЕКЦІЯ 21. ПРОЦЕСИ АБРАЗИВНОГО ОБРОБЛЕННЯ. Шліфування…………………………………………………………………… 190

21.1 Призначення процесу шліфування……………………………... 190

21.2 Абразивний інструмент…………………………………………. 190

ЛЕКЦІЯ 22. Схеми і особливості процесу різання

при шліфуванні………………………………………………………… 201

22.1 Кінематика шліфування………………………………………… 201

22.2 Різальні елементи робочої поверхні круга, їх кількість і геометрія…………………………………………………………………………. 203

22.3 Параметри одиночного зрізу при шліфуванні………………….. 205

22.4 Сили, що діють при шліфуванні………………………………… 208

22.5 Теплові явища при шліфуванні…………………………………. 209

22.6 Зношування і правка абразивного інструменту………………... 209

22.7 Мастильно-охолоджувальні рідини для шліфування………….. 210

22.8 Особливості шліфування кругами із алмазів

та інших надтвердих матеріалів…………………………………………….. 211

ЛЕКЦІЯ 23. Процеси шліфування……………………………. 212

23.1 Плоске шліфування……………………………………………… 212

23.2 Кругле зовнішнє шліфування…………………………………… 213

23.3 Безцентрове кругле зовнішнє шліфування……………………... 215

23.4 Внутрішнє кругле шліфування………………………………….. 216

23.5 Хонінгування…………………………………………………….. 217

23.6 Суперфінішування………………………………………………. 219

23.7 Доводка…………………………………………………………… 220

23.8 Високопродуктивні процеси абразивного оброблення………... 221

23.8.1 Глибинне шліфування…………………………………………. 221

23.8.2 Швидкісне шліфування……………………………………….. 222

23.8.3 Шліфування з додатковим накладенням ультразвукових коливань………………………………………………………………………… 222

ЛЕКЦІЯ 24 МАСТИЛЬНО-ОХОЛОДЖУВАЛЬНІ СЕРЕДОВИЩА.ОБРОЛЮВАНІСТЬ РІЗАННЯМ……………………………………… 224

24.1Мастильно-охолоджувані середовища………………………….. 224

24.1.1 Фізико-хімічні дії мастильно-охолоджувальних середовищ... 224

24.1.2 Методи подачі технологічних середовищ в зону різання…… 224

24.1.3 Групи сучасних технологічних середовищ та області

їх раціонального використання……………………………………………... 225

24.1.4 Принципи вибору технологічних середовищ………………... 226

24.2 Оброблюваність різанням конструкційних матеріалів………... 227

24.2.1 Поняття оброблюваності матеріалу різанням, як технологічної……………………………………………………………………………. 227

24.2.2 Фізико-механічні і теплофізичні характеристики конструкційних матеріалів, які визначають їх оброблюваність різанням………….. 228

24.2.3 Технологічні особливості оброблення різанням важкооброблюваних матеріалів і сплавів………………………………………………. 229

24.2.4 Особливості оброблюваності неметалічних та композиційних матеріалів………………………………………………………………... 232

24.2.5 Шляхи покращення оброблюваності різанням……………… 233