Обро про тка мет а ллов р е пізнанням, технологічні процеси обробки металів шляхом зняття стружки, здійснювані ріжучими інструментами на металорізальних верстатах з метою надання деталям заданих форм, розмірів і якості поверхневих шарів. Основні види О. м. Р .: точіння , стругання , свердління , розгортання , протягування , фрезерування і зубофрезерування, шліфування , Хонінгування і ін. Закономірності О. м. Р. розглядаються як результат взаємодії системи верстат - пристосування - інструмент - деталь (СНІД). Будь-який вид О. м. Р. характеризується режимом різання, що представляє собою сукупність наступних основних елементів: швидкість різання v, глибина різання t і подача s. Швидкість різання - швидкість інструменту або заготовки в напрямку головного руху, в результаті якого відбувається відділення стружки від заготовки, подача - швидкість в напрямку руху подачі. Наприклад, при точінні (рис. 1) швидкістю різання називається швидкість переміщення оброблюваної заготовки щодо ріжучої кромки різця (окружна швидкість) в м / хв, подачею - переміщення ріжучої кромки різця за один оборот заготовки в мм / об. Глибина резанія- товщина (в мм) шару, що знімається металу за один прохід (відстань між оброблюваної і обробленої поверхнями, виміряне по нормалі). У перетині зрізаного шару металу (див. Рис. 1) розглядаються такі елементи різання (фізичні параметри): товщина шару, що зрізається і ширина зрізаногошару; їх величина при постійних t і s залежить від головного кута в плані j (див. геометрія різця ).
У розробку основ механіки процесу різання великої вклад внесли російські і радянські вчені: І. А. Тіме, К. А. Зворикін, А. А. Брікс, А. В. Гадолин, Я. Г. Усачов, А. Н. Челюсткин, І. М. Беспрозванний, Г. І. Грановський, А. М. Данієлян, Н. Н. Зорев, А. І. Ісаєв, М. В. Касьян, А. І. Каширін, В. А. Крівоухов, В. Д. Кузнецов, М. Н. Ларін, Т. Н. Лоладзе, А. Я. Малкін, А. В. Панкін, Н. І. Резніков, А. М. Розенберг і ін., а також зарубіжні вчені: Мерчент і Ернст (США), В. Дегнер, Р. Рейнгольд, Н. Якобс (НДР), Х. Опіц (ФРН), Окос (Японія), К. Скршіван (ЧССР) і ін. В області практики ряд цінних ра бот належить радянським робочим-новаторам: Г. С. Борткевич, П. Б. Бикову, В. І. Жирову, В. А. Карасьова, В. А. Колесова, С. І. Бушуєву, Е. І. Лебедєву, В . К. Семінський і ін.
Залежно від умов різання стружка, що знімається ріжучим інструментом ( різцем , свердлом , протяжкой , фрезою та ін.) в процесі О. м. р., може бути елементної, сколювання, зливний і надлому. Характер стружкообразования і деформації металу розглядається зазвичай для конкретних випадків, залежно від умов різання; від хімічного складу і фізико-механічних властивостей оброблюваного металу, режиму різання, геометрії ріжучої частини інструменту, орієнтації його ріжучих кромок відносно вектора швидкості різання, мастильно-охолоджувальної рідини та ін. Деформація металу в різних зонах стружкообразования різна, причому вона охоплює також і поверхневий шар обробленої деталі, в результаті чого він набуває наклеп і виникає внутрішня (залишкові) напруження, що впливає на якість деталей в цілому.
В результаті перетворення механічної енергії, що витрачається при О. м. Р., В теплову виникають теплові джерела (в зонах деформації зрізаного шару, а також в зонах тертя контактів інструмент - стружка і інструмент - деталь), що впливають на стійкість різального інструменту (час роботи між переточуваннями до встановленого критерію затуплення) і якість поверхневого шару обробленої деталі. Опис температурного шару в зоні різання (рис. 2) може бути отримано експериментально, розрахунковим шляхом або моделюванням процесу різання на ЕОМ. Теплові явища при О. м. Р. викликають зміну структури і фізико-механічних властивостей як зрізаного шару металу, так і поверхневого шару деталі, а також структури і твердості поверхневих шарів ріжучого інструменту. Процес теплоутворення залежить також від умов різання. Швидкість різання і властивості оброблюваного металу істотно впливають на температуру різання в зоні контакту стружки з передньою поверхнею різця (рис. 3). Теплові і температурні чинники процесів О. м. Р. виявляються такими експериментальними методами: калориметричних, за допомогою термопар по зміні мікроструктури (наприклад, поверхні інструменту), за допомогою термокрасок, оптичним, радіаційним та ін. Тертя стружки і оброблюваної деталі про поверхню ріжучого інструменту, теплові та електричні явища при О. м. р . викликають його зношування. Розрізняють такі види зносу: адгезійний, абразивно-механічний, абразивно-хімічний, дифузійний, електродіффузіонний. Характер зношування металорізального інструменту є одним з основних факторів, що обумовлюють вибір оптимальної геометрії його ріжучої частини. При виборі інструмента в залежності від матеріалу його ріжучої частини і ін. Умов різання керуються тим чи іншим критерієм зносу. На рис. 4 показаний характер зношування задньої поверхні різця. Його переточування треба здійснювати після часу роботи T2 при зносі hoпт (до настання критичного зносу hk, відповідного T3).
Система сил, що діють при О. м. Р., Може бути приведена до єдиної рівнодійної сили. Однак для вирішення практичних завдань не обов'язково знати величину цієї сили, важливе значення мають її складові: Pz - сила різання, що діє в площині різання в напрямку головного руху; Ру - радіальна складова, яка діє перпендикулярно до осі заготовки (при точінні) або осі інструменту (під час свердління і фрезерування); Px - сила подачі, що діє в напрямку подачі. Сили Pz, Px, Ру впливають на умови роботи верстата, інструменту та пристосування, точність обробки, шорсткість обробленої поверхні деталі і т.д. На величину цих сил впливають властивості і структура оброблюваного матеріалу, режим різання, геометрія і матеріал ріжучої частини інструменту, метод охолодження та ін. Сила Pz зазвичай є найбільшою - на її подолання витрачається найбільша потужність. Способи визначення Pz, Ру, Px можуть бути теоретичними і експериментальними, обумовленими за допомогою спеціальних динамометрів. На практиці часто використовують отримані на основі експериментів емпіричні формули. Потужність, що витрачається (в квт) для більшості процесів О. м. Р .:
Nе = Pz · v / 60 · 102,
де Pz - складова сили різання в напрямку подачі в н (кгс), v - швидкість різання в м / хв, потрібна потужність електродвигуна верстата Ncт = Nе / h, де h - ккд верстата.
Швидкість різання, що допускається ріжучим інструментом, залежить від тих же факторів, що і сили різання, і знаходиться в складній залежності від його стійкості (рис. 5).
Значний вплив на О. м. Р. надають активні мастильні рідини, при правильному підборі, а також при оптимальному способі подачі яких збільшується стійкість ріжучого інструменту, підвищується допускається швидкість різання, поліпшується якість поверхневого шару і знижується шорсткість оброблених поверхонь, особливо деталей з в'язких жароміцних і тугоплавких важкооброблюваних сталей і сплавів . Вимушені коливання (вібрації) системи СНІД, а також автоколивання елементів цієї системи погіршують результати О. м. Р. Коливання обох видів можна знизити, впливаючи на викликають їх чинники - уривчастість процесу різання, дисбаланс обертових частин, дефекти в передачах верстата, недостатню жорсткість і деформації заготовки та ін.
Ефективність О. м. Р. визначається встановленням раціональних режимів різання, що враховують всі впливають фактори. Для прискорення розрахунку часто застосовують ЕОМ. Розрахунок режимів різання на ЕОМ зводиться до попереднього відбору вихідної інформації, розробці та конкретизації алгоритмів, заповнення операційних карт вихідною інформацією, її кодування і програмування алгоритмів.
Підвищення продуктивності праці і зменшення втрат металу (стружки) при О. м. Р. пов'язане з розширенням застосування методів отримання заготовок, форма і розміри яких максимально наближаються до готових деталей. Це забезпечує різке скорочення (або виключення повністю) обдирні (чорнових) операцій і призводить до переважання частки чистових і обробних операцій в загальному обсязі О. м. Р.
Подальший напрямок розвитку О. м. Р .: інтенсифікація процесів різання, освоєння обробки нових матеріалів, підвищення точності і якості обробки, застосування зміцнюючих процесів, автоматизації та механізації обробки.
Літ .: Беспрозванний І. М., Основи теорії різання металів, М., 1948; Російські вчені - основоположники науки про різання металів: І. А. Тіме, К. А. Зворикін, Я. Г. Усачов, А. Н. Челюсткин. Життя, діяльність і вибрані праці, М., 1952; Різання металів, М., 1954; Аваков А. А., Фізичні основи теорії стійкості ріжучих інструментів, М., 1960; Панкін А. В., Обробка металів різанням, М., 1961; Розвиток науки про різанні металів, М., 1967; Електричні явища при терті н різанні металів, М., 1969: Брюхов В. А., Павлов Е. Н., Розрахунок режимів різання і нормування за допомогою ЕОМ, М., 1969; Роман О. В., Левенцов А. А., Шелковський І. Ф., Обробка металів різанням і верстати, Мінськ, 1970.
Д. Л. Юдін.
Рис. 4. Характер зношування задньої поверхні ріжучого інструменту: OA - період підробітки; AB - період робочого зношування; ВС - період катастрофічного зношування.
Рис. 1. Елементи режиму різання при точінні: 1 - оброблювана поверхня; 2 - поверхня різання; 3 - оброблена поверхня; D - діаметр оброблюваної заготовки; d - діаметр деталі після обробки; а і б - товщина і ширина зрізаногошару.
Рис. 2. Температурне поле на поверхнях свердла (деталь - сталь 45; свердло з швидкорізальної сталі; v = 25 м / хв; s = 0,11 мм / об; без охолодження).
Рис. 3. Вплив властивостей оброблюваного металу на температуру різання: 1 - сталь Ст. 3; 2 - сталь 4OX; 3 - чавун; 4 - латунь; 5 - алюміній.
Рис. 5. Залежність стійкості різця від швидкості різання (t = 1 мм; s = 0,1 мм / об).
