Презентация по Процессам формообразования и инструмент на тему Физические явления при резании металлов

Физические основы процесса резания металлов Процесс стружкообразования Процесс стружкообразованияПроцесс стружкообразования был впервые рассмотрен в 1870г русским учёным И. А. Тиме при работе на строгальных станках. Тиме Иван Августович (11.07.1838, Златоуст - 05.11.1920, Петроград), горный инженер, ученый-механик, один из основателей науки о резании металлов Процесс стружкообразования- На срезаемый слой наносится сетка, представляющая собой элементное строение срезаемого слоя. - Если резец под действием силы Р приложить к обрабатываемой заготовке, то сначала будут действовать упругие деформации, которые перейдут в пластические.- По мере роста пластических деформаций в обрабатываемом металле возникают напряжения, и как только их величина достигает предела прочности обрабатываемого металла, происходит отделение стружки от основной массы металла. Процесс стружкообразованияОтделение происходит по плоскости скалывания СВ, которая является плоскостью максимальных касательных напряжений. На практике плоскость СВ не имеет вида плоскости, а представляет собой поверхность неопределённой формы. Типы стружекВсе обрабатываемые металлы можно разделить на хрупкие и вязкие.В процессе резания срезаемый слой испытывает упругие и пластические деформации. У хрупких металлов преобладают упругие деформации, У вязких металлов – пластические. При пластических деформациях (необратимых) происходит сдвиг частиц металла друг относительно друга, изменяется их форма; трение между ними вызывает выделение тепла. Деформированный и срезанный слой металла называется стружкой. Типы стружек Типы стружекЭлементная стружка (редко встречается) образуется при обработке с малой скоростью резания твёрдых, маловязких металлов и при большой толщине среза. Эта стружка состоит из отдельных пластически деформированных элементов, слабо связанных или не связанных вовсе. Типы стружекСтупенчатая стружка получается при обработке вязких металлов со средней скоростью резания. Состоит из ряда элементов, достаточно прочно связанных между собой: прирезцовая сторона стружки гладкая, а противоположная – имеет зазубрины. Типы стружекСливная стружка получается при обработке вязких металлов с высокой скоростью резания. Она сходит с резца в виде ленты, без зазубрин, как у ступенчатой стружки. Типы стружекСтружка надлома образуется при обработке твёрдых и хрупких металлов (чугун, бронза). Сила резца при этом не вызывает пластических деформаций, и она откалывается от обрабатываемой детали частицами неправильной формы, образуя на обработанной поверхности углубления и выступы, делающие её грубой, шероховатой. Нарост при резании металлов Нарост при резании металловПри обработке металлов резанием (особенно вязких) на передней поверхности у режущей кромки образуется нарост. Он имеет клиновидную форму и состоит из мелких, спрессованных частиц металла, приварившихся к инструменту под действием высокой температуры и давления стружки. Нарост при резании металловТвёрдость нароста выше твёрдости обрабатываемого металла, и он сам может резать металл. Размеры нароста не стабильны: из-за сильного трения между стружкой и наростом, он разрушается частично или полностью, периодически восстанавливаясь за счёт новых частиц металла. Факторы, влияющие на образование нароста:1. Нарост образуется при обработке вязких металлов. При обработке чугуна, бронзы и других хрупких металлов, где имеет место стружка надлома, нарост образуется редко.2. На нарост влияет скорость резания. Исследования показали, что нарост не образуется при малых скоростях (до 5 м/мин). При увеличении скорости до 35 м/мин величина нароста может достигнуть мах. А при скорости резания более 80 м/мин отсутствует (его образованию препятствует высокая температура).3. Уменьшение угла резания, применение СОЖ способствует уменьшению деформации срезаемого слоя, а также снижают наростообразование. Положительное влияние нароста:В некоторых условиях обработки, например при черновых операциях, наличие нароста благоприятно влияет на процесс резания, т к при этом: уменьшается передний угол, что облегчает процесс образования стружки и снижает расход мощности. нарост предохраняет от истирания режущую кромку и заднюю поверхность резца. нарост удаляет от режущей кромки центр давления стружки на резец. Отрицательное влияние нароста:При чистовой обработке нарост нежелателен:нарост то разрушается, то образуется снова, при этом обработанная поверхность получается неровной, шероховатойпри крупном наросте могут возникнуть вибрации, влияющие на чистоту обработки. Усадка стружкиВ результате деформации срезаемого слоя стружка оказывается короче того участка, с которого она срезана. Укорочение стружки по длине называется продольной усадкой стружки Усадка стружкиПродольная усадка стружки характеризуется коэффициентом усадки k, т е k = L0 L где L0 – длина участка, с которого стружка срезана;L – длина стружки. Факторы, влияющие на усадку стружки1. Геометрические элементы режущей части резца (угол резания, радиус при вершине резца)2. Элементы режима резания (скорость резания и подача)3. Смазывающе-охлаждающая жидкость значительно снижают усадку стружки и делают её менее зависящей от толщины среза.4. Обрабатываемый материал и его мех свойства. При обработке малопластичных материалов величина усадки значительно меньше. УпрочнениеВ результате пластического деформирования срезаемого слоя металла изменяются его мех свойства Такое явление называется упрочнением (наклёпом). Упрочнение происходит: в стружке, в обработанной поверхности на небольшом участке обрабатываемой поверхности. УпрочнениеДостоинства: повышенные твёрдость, предел текучести и предел прочности, упрочненный слой более износостоек и вынослив, Недостатки:упрочненный слой становится более хрупким, а потому плохо выносит ударные нагрузки; поверхность получается шероховатой, ухудшается её сопротивление коррозии;повышенная твёрдость затрудняет последующую чистовую обработку. На величину и глубину упрочнения влияет: 1. Св-ва обрабатываемого металла: Чем мягче и пластичнее обрабатываемый металл, тем большему упрочнению он подвергается.2. Угол резания, радиус при вершине резца: Чем больше угол резания и радиус при вершине, тем выше упрочнение.3. Износ инструмента: При его увеличении по задней поверхности упрочнение сперва возрастает, а потом уменьшается.4. Скорость резания: При её увеличении упрочнение сперва увеличивается, а за тем уменьшается.5. Смазывающе-охлаждающие жидкости уменьшают глубину и степень упрочнения. Тепловыделение и распределение теплоты при резанииПри резании металлов происходит выделение большого кол-ва тепла. Основными источниками тепла является работа: 1) затрачиваемая на пластические деформации в срезаемом слое; 2) затрачиваемая на преодоление трения по передней и задней поверхностям резца. Общее кол-во теплоты определяется по формуле: Q = Pz V кал/мин, Е где Pz – сила резания кг;V – скорость резания м/мин;E – механический эквивалент теплоты, равный 427 кгм/кал. Уравнение теплового балансаQ=q1+q2+q3+q4, где Q – общее кол-во теплоты;q1 – кол-во тепла, уносимого стружкой, составляет 70-85%;q2 – кол-во тепла, остающегося в резце, составляет 15-20%;q3 – кол-во тепла, остающегося в обрабатываемой заготовке, составляет 5-10%;q4 – кол-во тепла, уходящего в окружающую среду, составляет 1%. На кол-во теплоты влияет:1. твёрдость и прочность обрабатываемого металла;2. скорость резания;3. размеры поперечного сечения стружки;4. передний угол резца;5. применение СОЖ. Износ инструментаПри движении стружки по передней поверхности резца и соприкосновении его задних поверхностей с обрабатываемой деталью возникают большие силы трения, которые влекут за собой износ инструмента. В результате износа на передней поверхности образуется лунка, а на задней поверхности – площадка. Три периода в течении времени работы инструмента Три периода в течении времени работы инструмента1 – период приработки (начальный износ), в который происходит интенсивное сглаживание всех шероховатостей на трущихся поверхностях резца. Продолжительность этого периода может быть сокращена тщательной обработкой – шлифовкой и доводкой рабочих поверхностей инструмента.2 – период нормального износа – наиболее продолжительный, обычно составляет 90-95% всего времени работы инструмента. В течении этого периода инструмент постепенно изнашивается.3 – период катастрофического (недопустимого) износа. При достижении этого периода инструмент за очень короткое время теряет свои режущие свойства. При достижении этого периода необходимо прекратить работу и переточить инструмент. Виды износаАбразивный износ происходит в результате царапания инструмента твёрдыми составляющими стружки (карбиды легирующих элементов, литейная корка и окалина на заготовке). Интенсивность абразивного износа повышается при снижении скорости резания. Виды износаМолекулярный износ (адгезионный) происходит в результате действия сил молекулярного сцепления (прилипания, сваривания) между материалом заготовки (стружкой) и инструмента, вызывающих при скольжении отрыв мельчайших частиц инструмента. Молекулярный износ происходит при температуре ниже 900 град. Он уменьшается при повышении твёрдости инструмента. Виды износаДиффузионный износ происходит в результате взаимного растворения материала инструмента и обрабатываемого металла при обработке на высоких скоростях резания. Он происходит при температуре 900-1200 град. и повышается при повышении скорости резания. Критерии износа инструмента1. Критерий блестящей полоски. Резец считается изношенным и его надо перетачивать, когда на поверхности резания появляется блестящая полоска (при обработке стали) или тёмные пятна (при обработке чугуна). В данный момент некоторые точки режущей кромки начинают выкрашиваться; в этих местах резец производит сильное смятие поверхности резания и как бы полирует её. Появление блестящей полоски соответствует началу третьего периода износа. При дальнейшей работе в течении 1-2 мин произойдёт полное разрушение режущей кромки. Критерии износа инструмента2. Силовой критерий (критерий Шлезингера). Резец считается затупленным, когда начинается резкое увеличение сил резания (выявляется специальными приборами). Критерии износа инструмента3. Критерий оптимального износа. Находит применение в исследовательских работах. Оптимальный износ – это износ, при ктр общий срок службы инструмента получается наибольшим:М=КТ мин, гдеМ – общий срок службы инструмента;К – количество переточек;Т – машинное время работы инструмента (стойкость). Критерии износа инструмента4. Технологический критерий. Инструмент считается изношенным, когда получаемый размер выходит из поля допуска. Критерий применяется в массовом производстве. Он наступает раньше, чем достигнет конца второго периода.