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