Стружка скалывания занимает промежуточное положение между сливной стружкой и стружкой надлома и образуется при обработке некоторых сортов латуни и твердых сталей с большими подачами и относительно малыми скоростями резания. С изменением условий резания стружка скалывания может перейти в сливную, и наоборот.
В целях создания наилучших условий для отвода стружки из зоны резания необходимо обеспечить ее дробление или завивание в спираль определенной длины.
Стружка, завитая в спираль длиной до 200 мм, наиболее полно отвечает требованиям, предъявляемым к ней при работе на токарных станках с ЧПУ.
Дробленую стружку в виде колец и полуколец диаметром 10-15 мм и более следует рассматривать как хорошую. Эта стружка, несмотря на то, что занимает меньший объем и легче транспортируется, снижает стойкость инструмента.
Мелкодробленая стружка должна рассматриваться как удовлетворительная. Помимо снижения стойкости резцов такая стружка, разлетаясь во все стороны, попадает на поверхности станка, нарушает нормальную работу его узлов.
Формирование стружки в виде непрерывной спирали, прямой ленты и путаного клубка не удовлетворяет требованиям обработки деталей на станках с ЧПУ и поэтому должно быть исключено.
Наиболее простым и доступным, но имеющим ограниченные возможности является способ дробления или завивания стружки путем подбора определенных режимов резания и геометрических параметров инструмента. Рекомендуемая область применения данного способа – черновое и обдирочное точение при тяжелых условиях резания.
При черновом и получистовом точении широко применяют способы завивания или дробления стружки с помощью различных препятствий для ее схода, формируемых на передней поверхности резца в виде лунок, канавок, порожков или с помощью накладных стружколомов различной формы.
Под действием режущего инструмента срезаемый слой материала подвергается сжатию. Процессы сжатия (как и процессы растяжения) сопровождаются упругими и пластическими деформациями. Режущий инструмент деформирует не только срезаемый слой, но и поверхностный слой обрабатываемого материала. Глубина деформации поверхностного слоя зависит от различных факторов и может достигать от сотых долей до нескольких миллиметров.
Под действием деформации поверхностный слой упрочняется, увеличивается его твердость и уменьшается пластичность, происходит так называемый наклеп обрабатываемой поверхности. Чем мягче и пластичнее обрабатываемый металл, тем большему наклепу он подвергается. Чугуны обладают значительно меньшей способностью к упрочнению, чем стали. Степень упрочнения и глубина наклепа увеличиваются с увеличением подачи и глубины резания и уменьшаются с увеличением скорости резания. Глубина наклепа примерно в 2-3 раза больше при работе затупленным режущим инструментом, чем при работе острозаточенным. Смазочно-охлаждающие жидкости при резании уменьшают глубину и степень упрочнения поверхностного слоя.
При некоторых условиях резания на переднюю поверхность режущей кромки налипает обрабатываемый материал, образуя нарост. Он имеет клиновидную форму, по твердости в 2-3 раза превышает твердость обрабатываемого металла. Являясь как бы продолжением резца, нарост изменяет его геометрические параметры: участвует в резании металла, влияет на результаты обработки, изнашивание резца и силы, действующие не резец. При обработке нарост периодически разрушается (скалывается) и вновь образуется. Часть его уходит со стружкой, а часть остается вдавленной в обработанную поверхность.
Отрыв частиц нароста происходит неравномерно по длине режущего лезвия, что приводит к мгновенному изменению глубины резания. Эти явления, повторяющиеся периодически, ухудшают качество обработанной поверхности, так как вся она оказывается усеянной неровностями. С увеличением пластичности обрабатываемого металла размеры нароста возрастают. При обработке хрупких материалов, например чугуна, нарост может и не образоваться.
Для уменьшения нароста рекомендуется уменьшать шероховатость передней поверхности режущего инструмента и по возможности увеличивать передний угол, а также применять смазочно-охлаждающие жидкости.
Образование нароста улучшает условия резания при выполнении черновой обработки.
7. Режимы резания при точении
Глубину резания определяют в основном припуском на обработку, который выгодно удалять за один рабочий ход. Для уменьшения влияния сил резания иногда разделяют припуск на несколько рабочих ходов: 60 % - при черновой обработке, 20 – 30 % - при получистовой и 10 – 20 % - при чистовой обработке.
Подача ограничивается силами, действующими в процессе резания, которые могут привести к поломке режущего инструмента и станка. Целесообразно работать с максимально возможной подачей. Обычно подачу назначают по таблицам справочников, составленным на основе специальных исследований и изучения опыта работы машиностроительных заводов. После выбора подачи из справочников ее корректируют по кинематическим данным станка, на котором ведут обработку. При этом выбирают ближайшую меньшую подачу.
При одинаковой площади поперечного сечения среза нагрузка на резец меньше при работе с меньшей подачей и большей глубиной резания, а нагрузка на станок (по мощности), наоборот, меньше при работе с большей подачей и меньшей глубиной резания.
Скорость резания зависит от конкретных условий обработки, которые влияют на стойкость (время работы от переточки до переточки) инструмента. Чем больше скорость резания при работе инструмента при одной и той же стойкости, тем выше его режущие свойства, тем более он производителен.
На допускаемую скорость резания влияют следующие факторы: стойкость инструмента, физико-механические свойства обрабатываемого материала, подача и глубина резания, геометрические элементы режущей части инструмента, размеры сечения державки резца, смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ), допустимый износ инструмента, температура в зоне резания.
Если стойкость резцов из быстрорежущей стали уменьшается с увеличением скорости резания, то стойкость резцов, оснащенных пластинками из твердых сплавов, в меньшей степени зависит от скорости резания и содержания в обрабатываемой стали легирующих элементов: хрома, вольфрама, марганца, кремния и др. С большей скоростью резания обрабатывают автоматные стали, цветные и легкие сплавы. Например, скорость резания алюминия в 5 – 6 раз больше, чем скорость обработки углеродистой конструкционной стали.
Увеличение подачи и глубины резания вызывает интенсивное изнашивание резца, что ограничивает скорость резания. Для достижения большей производительности резания выгоднее работать с большими сечениями среза за счет уменьшения скорости резания.
Необходимая скорость резания и соответствующая ей стойкость инструмента определяются геометрией режущей части резца, свойствами инструментального материала, обрабатываемостью заготовки и другими факторами. Например, увеличение площади сечения державки резцов из быстрорежущих сталей позволяет повысить скорость резания материала, так как улучшается теплоотвод и повышается жесткость резца: для твердосплавных резцов влияние сечения державки незначительно.
8. Тепловые явления при резании металлов
При резании металлов затрачивается работа на пластические и упрегие деформации в срезаемом слое и в слое, прилегающем к обработанной поверхности и поверхности резания, а также на преодоление трения по передней и задней поверхностям резца. Работа, затрачиваемая на пластические деформации, составляет около 80 всей работы резания, а работа трения – около 20. Примерно 85 – 90 всей работы резания превращается в тепловую энергию, которая поглощается стружкой – 50 – 86, резцом – 10 – 40, обрабатываемой деталью – 3 – 9, около 1 теплоты излучается в окружающее пространство.
Температура в зоне резания зависит от физико-механических свойств обрабатываемого материала, режимов резания, геометрических параметров режущего инструмента и применяемой смазочно-охлаждающей жидкости. При обработке стали выделяется больше теплоты, чем при обработке чугуна. Чем выше прочность и твердость обрабатываемого материала, тем выше температура в зоне контакта инструмента, которая при тяжелых условиях работы может достигать 1000 – 1100° С.
При увеличении подачи температура в зоне резания повышается, но менее интенсивно, чем при увеличении скорости резания. Еще меньше влияет на температуру глубина резания.
С увеличением угла резания и главного угла в плане температура в зоне резания возрастает, а с увеличением радиуса скругления резца уменьшается. Применение смазочно-охлаждающей жидкости существенно уменьшает температуру в зоне резания.
Температура в зоне резания оказывает непосредственное влияние на износостойкость инструмента, состояние обрабатываемого материала, качество обработанной поверхности и производительность резания.
9. Изнашивание режущих инструментов
Изнашивание режущего инструмента при резании металлов значительно отличается от изнашивания деталей машин. Зона резания характеризуется высокой химической чистотой трущихся поверхностей, высокими температурой и давлением в зоне контакта.
Механизм изнашивания инструмента при резании металлов очень сложен. Здесь имеют место абразивное, адгезионное и диффузионное изнашивание. Удельное влияние каждого из них зависит от свойств контактирующих материалов инструмента и детали, условий обработки (прежде всего от скорости резания).
Абразивное изнашивание инструмента заключается во внедрении материала стружки в рабочую поверхность инструмента. При этом съем металла с рабочей поверхности инструмента происходит микроцарапаньем.
Адгезионное изнашивание инструмента происходит в результате схватывания или прилипания трущихся поверхностей и последующего отрыва мельчайших частиц материала инструмента.