Комплексные способы эффективной обработки резанием - Ермаков Ю.М.
ISBN 5-217-03160-3
Скачать (прямая ссылка):
ФАКТОРЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ В ПРОЦЕССЕ РЕЗАНИЯ
21
тем больше пластичный материал приближается к хрупкому и тем меньше доля пластического деформирования в работе резания.
Такое же значение имеет давление, оказываемое силой, которое повышается при уменьшении площади воздействия. Н.С. Сядристый отмечает, что при микрорезании давления достигают таких значений, что «размазываются» все металлы и даже стекло по твердости напоминает воск. Более того, при механической обработке корунда, который, по классической шкале Мооса, уступает по твердости только алмазу, получается сливная микроскопическая стружка.
В экстремальных условиях резания нарушается равновесие между тепловыми явлениями и агрегатным состоянием материала. Скорость протекания процесса настолько велика, а время взаимодействия инструмента и заготовки так мало (доли секунды), что материал в зоне деформации находится в нескольких фазовых состояниях. При рассмотрении послойного (по толщине) течения материала (см. рис. 1.6) температура на верхней границе температурного интервала при сверхскоростном резании возрастает до температуры кипения в контактной с резцом зоне (для железа 0кил = 2740 °С).
Следовательно, материал в зоне сдвига одновременно может находиться как в пластическом, расплавленном состоянии - непосредственно в приконтактной зоне, так и в хрупком - на наименее нагретом участке. С ростом скорости возрастает инерционная составляющая силы резания, которая может превышать статическую силу резания.
Эффект сверхскоростного резания по-разному проявляется в широком диапазоне скоростей. X. Заломон показал экспериментальную зависимость температуры режущего лезвия от скорости резания для фрезерования. В определенном интервале скоростей температура возрастала настолько, что резание было практически невозможно вследствие мгновенного изнашивания инструмента. В областях, лежащих ниже и выше этого интервала скоростей, температура уменьшалась и резание становилось практически осуществимым. Особый интерес вызывает зона скоростей резания, лежащая выше критического интервала. Уменьшение температуры в этой зоне можно объяснить уменьшением сил и работы резания. По данным X. Заломона, критическая скорость, выше которой возможно резание, для медных сплавов составляет 46 м/с, для чугуна - 750 м/с [18]. Последние исследования сверхскоростного резания позволяют судить о полиэкстремальной зависимости силы от скорости резания, что указывает на взаимодействие различных факторов и изменение доминирующего параметра в интервале скоростей [5].
22 ЗАКОНОМЕРНОСТИ СПОСОБОВ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
Современная наука о резании продвинулась столь далеко, что назрела необходимость разделения исследований на области нанорезания субмикроскопических (~ 0,001 мм), микрорезания сверхтонких (до 0,01 мм), макрорезания тонких (до 0,05 мм), нормального резания средних (до 1 мм) и больших (до 10 мм), а также тяжелого резания сверхтолстых (свыше 10 мм) толщин среза. При нормальном резании основу процесса достоверно описывает механика пластических деформаций, при макрорезании -дислокационная теория разрушения, при микрорезании на первый план выступают сугубо физические явления - электромагнитное излучение, акустоэлектрический эффект, экзоэлектронная эмиссия и др. Все эти явления тесно связаны между собой и проявляются в различных комбинациях при разнообразных условиях обработки.
Сопоставление удельных энергозатрат способов механической обработки показывает, что по мере увеличения толщины среза удельная работа резания уменьшается в экспоненциальной зависимости (рис. 1.8) [32]. Из
. Пуче{ая (ПО)
Электрохимическая (ЭХО)
Эштроэрошонная OBO)
Эпектроконтактная (ЗґО) - обработка
^доводка суперфиниширование.
10' 10і CltMM
Рис. 1.8. Зависимость удельных силы и работы резания от толщины среза при механической обработке
ФАКТОРЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ В ПРОЦЕССЕ РЕЗАНИЯ
23
способов резания менее энергоемким является точение. Однако и при точении удельная работа резания Аул (Дж/мм3) изменяется в пределах порядка. За счет увеличения толщины среза при точении можно почти в 10 раз уменьшить удельные энергозатраты. Удельная энергоемкость способов с меньшей толщиной среза возрастает по экспоненте с увеличивающимся показателем степени. Следовательно, увеличение толщины среза является значительным резервом возрастания производительности обработки. Помимо снижения энергозатрат увеличивается стойкость инструмента и создаются условия для повышения скорости резания. Выявить условия, снижающие удельные энергозатраты и повышающие производительность обработки, позволяет кинематико-технологический метод, включающий комплексный анализ движений, схемы срезания припуска, механических характеристик материала, стойкости инструмента.
2. СИЛОВЫЕ И СТОЙКОСТНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ КАК ОСНОВА ОПТИМИЗАЦИИ СПОСОБОВ ОБРАБОТКИ РЕЗАНИЕМ
2.1. АНАЛИЗ СТОЙКОСТНЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ
В настоящее время накоплен богатейший материал о характере и причинах изнашивания, даны достоверные объяснения механических, физических и химических явлений в зоне контакта трущихся пар в неограниченном для практического применения интервале скоростей. Закономерности природы трения с достаточно высокой точностью применимы к процессам резания. Вместе с тем специфические условия при резании - высокие температуры (до 1500 °С) и давления - значительно выше нормальных (до 5-Ю3 МПа) гиперболизируют эти явления. Одним из основных показателей, определяющих оптимальные режимы обработки (глубину резания, подачу и скорость), является стойкость инструмента.
