Обрабатываемость материалов резанием

Обрабатываемость материалов 

Одну заготовку токарный резец проходит легко и чисто, а над другой инструмент тупится за считаные минуты. Почему так? Всё дело в обрабатываемости — способности материала поддаваться резанию. Разберём по порядку: как устроен сам процесс резания, какие явления его сопровождают, от чего он зависит и как обрабатываемость измеряют числом.

Что происходит при резании

Резание — это не одно движение, а цепочка последовательных стадий, на которых кромка инструмента деформирует поверхность материала. Деформация проходит три этапа:

• упругая — в момент первоначального нажатия резца;
• пластическая — когда формируется стружка;
• разрушение — материал в зоне резания разрушается, и стружка отделяется.

Какие явления сопровождают процесс

Снятие слоя поверхности никогда не проходит «вхолостую» — вместе с ним запускается целый набор побочных процессов. К ним относятся:

• износ режущих кромок инструмента и самой обрабатываемой поверхности;
• обильное выделение тепла;
• образование наростов и наклёпа на поверхности инструмента;
• усадка и деформирование снимаемого слоя.

Три фактора, определяющие ход резания

Чтобы выйти на оптимальные параметры обработки, нужно держать в голове три базовые составляющие, от которых зависит весь процесс:

1. условия и способы обработки;
2. вид и структура материала, из которого сделана заготовка;
3. особенности режущего инструмента.

Технологические показатели резания

Насколько удачно идёт обработка, оценивают по нескольким основным технологическим показателям:

• форма стружки;
• транспортабельность стружки;
• скорость резания при установленной стойкости поверхности;
• качество обработанной поверхности.

Коэффициент обрабатываемости

Чтобы сравнить, как режутся разные материалы, пользуются коэффициентом обрабатываемости:

К_{об} = \frac{V_1}{V_2}

где V₁ — скорость резания при стойкости 60 минут, характеризующая обрабатываемость исследуемого материала; V₂ — скорость резания за те же 60 минут для эталонного материала.

Логика простая: чем выше коэффициент, тем лучше обрабатываемость. Этот же показатель используют и для расчёта скорости резания.

Эталон — сталь 45

За эталонный материал обычно принимают сталь 45, её коэффициент обрабатываемости равен единице. При получистовом точении этой стали:

• инструментом из твёрдого сплава скорость резания составляет 135 м/мин;
• резцом из быстрорежущей стали — 75 м/мин.

Пример расчёта

Возьмём аустенитную коррозионностойкую сталь с коэффициентом обрабатываемости 0,5. Скорость резания для неё получится так:

V = К_{об} \ast V_1 = 135 \ast 0{,}5 = 67{,}5 \text{ м/мин}

А при точении того же материала резцом из быстрорежущей стали (с коэффициентом 0,3):

V = К_{об} \ast V_2 = 75 \ast 0{,}3 = 22{,}5 \text{ м/мин}

Девять факторов, характеризующих обрабатываемость

Все процессы при резании завязаны друг на друге, а их взаимосвязь определяется качеством инструмента и свойствами материала. Саму обрабатываемость принято описывать через девять факторов:

1. затраты энергии на отделение одной единицы массы стружки;
2. величина сил резания, действующих на заготовку, — её сравнивают с силами при обработке эталона в равных условиях;
3. формирование стружки — способы её отведения и защиты от разлёта по зоне работ;
4. эффективная сравнительная мощность — относительно мощности, нужной для обработки эталона;
5. тепловыделение при формировании стружки — количество теплоты, её перераспределение по поверхностям инструмента и материала, силы трения;
6. особенности деформации снимаемого слоя;
7. внутреннее остаточное напряжение, которое возникает и сохраняется в заготовке из-за неравномерных деформаций и нагрева структуры;
8. наросты и выемки на поверхности режущего инструмента — их наличие или отсутствие;
9. шероховатость — среднее арифметическое высоты микронеровностей на один шаг длины.

Так и складывается полная картина обрабатываемости. Сначала материал проходит через три стадии деформации под кромкой резца, попутно запуская износ, нагрев, наклёп и усадку стружки. Затем результат оценивают по технологическим показателям и сводят к числу через коэффициент обрабатываемости, где эталоном служит сталь 45. А девять факторов позволяют понять, почему один материал режется легко, а другой упорно сопротивляется инструменту.