Что такое нарост при резании

Влияние нароста на процесс резания

В процессе резания, сопровождающегося отделением стружки с поверхности вращающейся заготовки, при определённых условиях происходит налипание обрабатываемого материала на переднюю поверхность инструмента. Образуется так называемый нарост с достаточно высокой твёрдостью, которая в два, а то и три раза выше, чем у самого материала заготовки.

Становясь своеобразной частью режущего инструмента, нарост меняет геометрические показатели технологического процесса, непосредственно участвуя в процессе обработки заготовок и оказывая влияние на конечный результат.

Во время обработки нарост разрушается, скалываясь с поверхности резцов, но затем он вновь образуется. Причём часть нароста выводится со стружкой, но некоторое количество вдавливается в обтачиваемую заготовку.

Чтобы уменьшить нарост рекомендуется снизить шероховатость передней плоскости резца и если это возможно увеличить передний угол. Также очень эффективно для снижения нежелательного нароста использовать специальные охлаждающие жидкости.

Стоит отметить, что при резании чугуна и других материалов, отличающихся хрупкостью, нарост не образуется.

Как правило, нарост на режущем инструменте образуется при работе с заготовками из относительно вязких металлов. Суть явления сводится к тому, что на передней грани резцов в процессе обработки возникают силы трения, вызванные скольжении стружки, что несколько задерживает её ход. Причём деформации, проистекающие в слоях металла которые находятся ближе к передней грани, увеличиваются. В итоге металлические частицы из этих слоёв отделяются от постоянно движущихся слоёв стружки и привариваются к передней грани резца.

Большое давление, возникающее в процессе резания, способствует упрочнению в металле образовавшегося нароста. По прошествии некоторого времени нарост неизбежно увеличивается, причём при налипании всё новых слоёв часть нароста начинает свешиваться над задней гранью головки инструмента.

В определённый момент процесса обработки часть нароста отрывается и попадает между обрабатываемой поверхностью и задней гранью режущего инструмента. В итоге она вдавливается в последнюю, как показано на рисунках ниже.

Вдавливание нароста в обрабатываемую поверхность

Частицы нароста, которые остаются на передней грани резца также подвергаются отрыву. Они уносятся вместе со стружкой, образующейся в процессе обработки. Подобные отрывы нароста происходят довольно часто, последовательно, один за другим (от 70 до 80 в секунду).

Часть нароста уносит стружка

При малых скоростях обработки в пределах от 3 до 5 метров в минуту нарост не образуется вовсе. При обработке стали средней твердости со скоростью резания в пределах от 60 до 80 метров в минуту наблюдается уже заметное формирование нароста.

При более интенсивной обработке, со скоростью резания превышающей 60 – 80 метров в минуту нарост образуются довольно редко. При дальнейшем увеличении скорости резания нарост становится и вовсе не заметен.

Так как нарост обладает довольно высокой твёрдостью, при образовании он начинает резать обрабатываемый металл, тем самым в некоторой степени способствуя защите режущей кромки от воздействия трения стружки.

Для обдирочных, черновых работ нарост оказывается, даже полезен, так как несколько продлевает ресурс резцов. Однако на чистовых работах образование нароста вредно в виду того что при обработке сорвавшиеся и вдавленные в обработанную поверхность частички металла будут вызывать нежелательные неровности, а свисание нароста будут влиять на конечный размер готовой детали.

Источник

Наростообразование и явление наклепа при обработке резанием

Нарост – слой металла, образующийся на передней поверхности инструмента при некоторых условиях резания. Нарост состоит из сильно деформированного металла, твердость которого в 2 – 3 раза превышает твердость обрабатываемого металла, а структура отличается от структуры обрабатываемого металла и стружки.

Схема образования нароста следующая. При большом трении стружки о резец происходит срыв оксидных пленок с поверхностей. Если температура и давление на ювенильных (химически чистых) поверхностях достаточно высоки, то создается условия для адгезии (слипания при молекулярном взаимодействии), в результате которой происходит прочное присоединение контактного слоя стружки к передней поверхности и образование заторможенного слоя, служащего фундаментом для нароста. При скольжении стружки по заторможенному слою происходит образование следующего слоя нароста по аналогичному механизму, приводящее к увеличению высоты H нароста (рис.4.11, а).

Образование нароста – нестабильное явление. В процессе обработки нарост растет, достигает максимального значения, затем под действием сил трения частично или полностью разрушается и уносится со стружкой или вдавливается в обработанную поверхность. Частота срывов нароста зависит от скорости резания и достигает нескольких сот циклов в секунду (до 10 2 …10 3 Гц).

а)	б)
Рис.4.11. Образование нароста (а) и изменение углов резания при наростообразовании (б).

Образование нароста ведет к увеличению переднего угла γ (рис.4.11, б), при этом снижается сила резания и износ инструмента. Значит, при трубой черновой обработке, когда возникают большие силы резания, снимается толстый слой металла и выделяется значительное количество тепла, наростообразование – положительное явление. Однако при чистовой обработке образование нароста снижает чистоту поверхности и точность обработки. Значит, при чистовой (окончательной) обработке наростообразование – отрицательное явление.

Наростообразование зависит от физико-механических свойств обрабатываемого материала, скорости резания, геометрии режущего инструмента и других факторов.

Материалы склонные к образованию нароста при обработке резанием: углеродистые стали и большинство легированных сталей, серый чугун, алюминий, силумин. Причем, чем меньше твердость и выше пластичность такого материала, тем больше размеры нароста (H и l на рис.4.11а), т.е. образование сливной стружки способствует росту нароста.

Материалы не склонные к образованию нароста: медь, латунь, бронза, олово, свинец, титановые сплавы, белый чугун; стали с большим содержанием никеля и хрома.

Применение смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ), тщательная доводка передней поверхности инструмента для снижения коэффициента трения между ней и отходящей стружкой уменьшают наростообразование.

Рис.4.12. Пластическая деформация металла при резании.

Инструмент всегда имеет радиус закругления режущего лезвия ρ (рис.4.12), обычно ρ ≈ 0,02 мм. Инструмент может срезать с заготовки стружку только, если условная глубина резания превышает радиус закругления вершина лезвия, т.е. t > ρ, при этом в стружку переходит только часть 1 срезаемого слоя, оставшаяся часть слоя 2 (см. рис.4.12), толщина которой примерно равна ρ, упруго и пластически деформируется, образуя обработанную поверхность. В результате обработанная поверхность получает наклеп (упрочнение), при этом возрастает твёрдость (иногда до 2 раз) и появляются остаточные напряжения. Остаточные напряжения могут быть растягивающими или сжимающими. При V = 300. 500 м/мин и отрицательных передних углах γ обычно возникают сжимающие остаточные напряжения. Сжимающие остаточные напряжения повышают предел выносливости детали, а растягивающие – снижают. Поэтому упрочнение поверхности при резании – полезное явление лишь при условии создания сжимающих остаточных напряжений. На процесс же резания наклеп оказывает отрицательное влияние: упрочнение, полученное при черновой обработке, быстро затупляет инструмент и повышается шероховатость при последующей чистовой обработке.

Источник

Нарост при резании

При резании широкой номенклатуры конструкционных материалов при определенных условиях (режимах резания) на передней поверхности инструмента образуется нарост [2] (рис. 4.5).

В сечении главной секущей плоскостью нарост имеет форму клина. Нарост состоит из частиц обрабатываемого материала. Твердость нароста в 2,5…3,5 раза выше твердости обрабатываемого материала. Поэтому он выполняет роль режущего инструмента, изменяя действительный передний угол γ_д (γ_д > γ). Нарост всегда увеличивает передний угол инструмента.

Рис. 4.5. Схема образования нароста

В связи с этим нарост оказывает существенное влияние на процесс деформации, силу и температуру резания.

Нарост может выступать за режущую кромку (∆a – приращение толщины среза), изменяя тем самым размеры обработанной поверхности.

Важнейшей особенностью нароста является его способность разрушаться и вновь образовываться, вызывающая колебания технологической системы.

При этом часть нароста уносится со стружкой, а другая его часть остается на обработанной поверхности детали, увеличивая тем самым шероховатость поверхности.

В тех случаях, когда нарост становится достаточно устойчив, он способен защищать заднюю и переднюю поверхности инструмента от износа.

Установлено, что при малых температурах резания нарост не образуется. Это связано с тем, что при малых температурах резания (что имеет место при малых скоростях резания) недостаточно велики силы молекулярного прилипания (адгезии), удерживающие основание нароста на передней поверхности инструмента.

С увеличением температуры резания условия молекулярного прилипания улучшаются.

Заторможенный на передней поверхности слой принимает форму клина, ибо только в такой форме нарост способен резать обрабатываемый материал.

Так как температура резания еще не слишком велика, нарост способен упрочняться, принимать большие размеры и большие передние углы γ_υ.

Однако нарост больших размеров очень неустойчив. Он быстро разрушается и возникает вновь. При этих условиях он оказывает особенно сильное влияние на шероховатость поверхности.

Таким образом, с увеличением температуры резания действительный передний угол γ_υ увеличивается. Увеличение γ_д наблюдается лишь до некоторой температуры резания. Для конструкционных сталей эта температура равна примерно 300 ºС. При θ > 300 ºС нарост разупрочняется, и с повышением θ высота нароста уменьшается, вместе с тем уменьшается и γ_д (рис. 4.6).

Рис. 4.6. Схема влияния температуры резания θ на высоту нароста H и действительный передний угол γ_д

При θ = θ₃ = 600º нарост исчезает и при более высоких температурах действительный передний угол равен статическому (γ_д = γ).

С учетом явления наростообразования зависимости коэффициента усадки стружки и сил резания от скорости резания выражаются типичными горбооразными кривыми (рис. 4.7).

Рис. 4.7 Схема влияния скорости резания V на коэффициент усадки стружки K и силу резания P

Причем скорости V₁ соответствует температура θ = 80…100 ºС, скорости V₂ – температура θ₂ = 300 ºС, а скорости V₃ – температура θ₃ = 600 ºС.

При обработке таких материалов, как медь, латунь, бронза, олово, закаленные стали, большинство титановых сплавов, белый чугун, стали с большим содержанием хрома и никеля нарост не образуется.

Меры борьбы с наростом. Уменьшение высоты нароста и его влияние на шероховатость и точность обработки достигается за счет:

· уменьшения толщины срезаемого слоя и увеличения переднего угла;

· применения смазочно-охлаждающих жидкостей;

· выбора режимов резания, при которых температура резания θ > 600 ºС.

· предварительного нагрева или охлаждения заготовки.

Источник

Токарное дело

Нарост и его влияние на процесс резания

Нарост и его влияние на процесс резания. При резании вязких металлов на передней поверхности резца у режущей кромки часто обнаруживается кусочек приварившегося металла, называемый наростом. Явление нароста состоит в следующем. При скольжении стружки по передней поверхности резца возникают силы трения, задерживающие ее движение. Вследствие этого деформация в слоях металла, расположенных ближе к передней поверхности резца, увеличивается. Частицы металла этих слоев отделяются от непрерывно движущихся верхних слоев стружки и привариваются к передней поверхности резца, образуя нарост. Большое давление резания способствует упрочнению металла нароста. С течением времени нарост увеличивается (за cчет наращивания новых слоев металла), причем образуется часть нароста, свешивающаяся над задней поверхностью резца (б). В некоторый момент эта часть нароста отрывается от основной массы и, попадая между задней поверхностью резца и обработанной поверхностью (в), вдавливается в последнюю ( г).

Частота нароста

Частицы нароста, оставшиеся на передней поверхности резца, также отрываются от него и уносятся со стружкой (д). Такие срывы нароста происходят быстро один за другим (70—80 срывов в секунду), что объясняется, по-видимому, вибрациями, возникающими в процессе резания.

Образование и срыв нароста.

При низких скоростях (3—5 м/мин) нарост не образуется. При более высоких скоростях резания (до 60— 80 м/мин) стали средней твердости происходит более или менее заметное образование нароста. При скорости свыше 60—80 м/мин нарост наблюдается реже, а при еще более высоких скоростях он совсем не заметен.

Нарост обладает повышенной твердостью и поэтому может резать обрабатываемый материал, защищая режущую кромку от непосредственного воздействия стружки. В этом случае соприкосновение стружки с резцом происходит на площадке передней поверхности, удаленной от режущей кромки. Это улучшает условия работы резца при обдирочной работе.

При чистовых работах нарост вреден. Сорвавшиеся и вдавленные в обработанную поверхность частицы нароста образуют неровности, недопустимые при чистовой обработке деталей. При резании чугуна и других хрупких металлов нарост не образуется.
Силы, действующие на резец. В результате сопротивления срезаемого слоя металла деформации сжатия, трения стружки о переднюю поверхность резца и некоторых других причин возникает сила резания.
При работе токарного резца эта сила разлагается на три составляющие — собственно силу резания Рz силу подачи Рх и радиальную силу Ру. Сила резания Pz, касательная к поверхности резания, действует в направлении главного движения. Сила Рх действует в направлении подачи. Радиальная сила Ру перпендикулярна к подаче. Все три силы измеряются в килограммах (кг).

Источник

Наростообразование и его влияние на процесс резания

Ювенильность контактирующих поверхностей, высокие контактные давления и некоторые другие особенности трения при резании обусловливают высокую интенсивность адгезионных явлений, сопровождающих процесс стружкообразования. Одним из результатов этих явлений может быть задержка на передней поверхности частиц (или целых слоев) стружки. В результате образуется нарост.

Наростом называется связанное с инструментом тело (рис. 2.10), ко-торое при определенных условиях формируется на передней поверхности из материала срезаемого слоя. Дополняя режущий клин, нарост изменяет его геометрическую форму, контактные условия и тем самым влияет на процесс образования стружки, которая в этом случае частично или полностью скользит по поверхности нароста [42]. Периодически нарост частично или полностью срывается и уносится вместе со стружкой или, попадая под резец, переносится на обработанную поверхность.

При черновой обработке нарост играет положительную роль, так как увеличивает передний угол, что приводит к снижению сил резания. Кроме того, нарост защищает контактирующие поверхности инструмента от преждевременного износа.

При чистовой обработке частицы нароста, попавшие на обработанную поверхность заготовки, значительно уменьшают шероховатость обработанной поверхности.

Наростообразование зависит от пары режущий-обрабатываемый материал, режимов резания, смазочно-охлаждающей жидкости и т.д. Нарост образуется в определенном температурном диапазоне

(Θ_н = 60…600°С), проходя максимум при Θ_н = 250…300°С. Для выполнения качественной чистовой обработки температура в зоне резания должна быть либо меньше 60°С (скорость резания меньше 12 м/мин), либо больше 600°С (скорость резания больше 50 м/мин).

Для определения зоны резания без нароста за рубежом строят карты обрабатываемости для каждой пары режущий – обрабатываемый материал, по которым назначают режимы резания (рис. 2.11).

В последние годы в механообработке увеличивается доля инструмента (быстрорежущего и твердосплавного) с нанесенными покрытиями. Это позволяет в значительно увеличивать скорость резания и тем самым гарантированно работать за зоной наростообразования.

Износ и стойкость инструмента

Трение между стружкой и передней поверхностью инструмента и между поверхностью резания и главной задней поверхностью приводит к изнашиванию режущего инструмента. Высокие контактные давления и температура резания вызывают следующие виды изнашивания (рис. 2.12): адгезионный; усталостный; абразивный; термоусталостное разрушение; окисление; диффузионные процессы; высокотемпературная ползучесть.

В зависимости от режимов работы инструмента превалирует тот или иной вид износа.

Для эксплуатации режущего инструмента важно знать, как быстро режущая часть изменяет свою форму в результате воздействия на инструмент в процессе резания механических и тепловых нагрузок. Изменение формы режущей части инструмента происходит непрерывно. По истечении некоторого промежутка времени эти изменения становятся столь существенными, что инструмент либо вовсе теряет способность снимать срезаемый слой, либо не обеспечивает выполнение заданных технологических требований к обрабатываемой детали. Различают три вида износа:

· износ по передней поверхности;

· износ по задней поверхности;

· одновременный износ по обеим поверхностям (рис. 2.13).

Износ по передней поверхности характерен для быстрорежущих сталей. Износ по задней поверхности характерен для твердых сплавов. Одновременный износ по обеим поверхностям характерен для твердых сплавов при повышенных температурах.

При резании возможно хрупкое разрушение режущей части или пластическая деформация.

Хрупкое разрушение (рис. 2.14, а) – результат возникновения и развития трещин за счет развития микротрещин, которые нередко возникают в процессе получения лезвия инструмента, а также в процессе температурных, химических и других воздействий. Наиболее типично хрупкое разрушение для минералокерамических и твердосплавных (группа ТК) с малым содержанием кобальта материалов. Излом происходит при обработке с ударом, например, при точении вала со шпоночным пазом.

Для уменьшения трещин после заточки необходимо производить доводку инструмента абразивной пастой. Перед пайкой пластин необходим предварительный медленный разогрев тела резца и пластины, а затем медленное их охлаждение.

Пластическая деформация (рис. 2.14, б) возникает при недостаточной твердости инструментального материала. Устойчивость режущей части инструмента против пластического деформирования гарантируется при соблюдении условия:

где Ни – твердость инструмента, Нф – твердость стружки.

При повышении температуры резания твердость инструментального материала падает, а стружки остается практически неизменной. Течение режущей кромки характерно для твердых сплавов, работающих при температуре выше 1000°С.

Допустимое значение износа называют критерием износа. В большинстве случаев за критерий износа принимают износ инструмента h по главной задней поверхности. Для токарных резцов из быстрорежущей стали h=1,5…2 мм, для резцов, оснащенных пластинками твердого сплава h=0,8…1 мм. Допустимый износ соответствует определенному периоду стойкости инструмента.

Износ инструмента вызывает рост силы резания, что увеличивает деформацию заготовки и инструмента и еще более снижает точность обработки. Растут глубина наклепанного слоя на заготовке и силы трения между заготовкой и инструментом, а это приводит к увеличению тепловыделения при резании.

Для уменьшения влияния износа инструмента на точность и качество обработки применяют автоматические размерные подналадчики металлорежущих станков, либо делают принудительную замену инструмента через определенный промежуток времени.

Способность режущего инструмента сохранять работоспособными свои контактные поверхности и лезвия называют стойкостью инструмента, а время T, в течение которого это происходит, – периодом стойкости. Период стойкости равен времени работы инструмента между двумя заточками.

Период стойкости любого инструмента зависит от рода, механических и теплофизических свойств обрабатываемого и инструментального материалов, геометрических параметров инструмента, факторов режима резания и применяемой СОЖ. Так как стойкостные зависимости трудно прогнозировать, их устанавливают в настоящее время в основном экспериментально. На стойкость инструмента T наибольшее влияние оказывает скорость резания:

где С₁ – некоторая постоянная; m₁ – показатель степени, равный тангенсу угла наклона прямой к оси абсцисс, проведенной через опытные точки, нанесенные в двойной логарифмической сетке координат.

Стойкость инструмента выбирается по справочнику исходя из рассчитанной скорости резания. Если необходима определенная стойкость, то ее выбирают по справочнику, но скорость резания уже будет отличаться от рассчитанной. Значения стойкости обычно находятся в пределах 30, 40, 60, 90, 120, 180 мин. Меньшие значения для резцов, большие – для дорогостоящего инструмента: фрез, протяжек и др. За рубежом резание производят на более высоких скоростях, поэтому стойкость инструмента снижается. Так для точения часто выбирают стойкость равную всего 20 мин. Хотя при этом происходит интенсивный износ инструмента, но производительность выше и инструмент окупается.

В связи с тем, что стойкость инструмента даже в одной партии заметно отличается, то при обработке в автоматизированном производстве и на станках с ЧПУ производят принудительную замену инструмента через определенный промежуток времени (меньший, чем оптимальная стойкость инструмента).

Дата добавления: 2019-02-12 ; просмотров: 1020 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник