» » Обрабатываемость сплавов резанием
14.01.2016

Обрабатываемость материала резанием относится к технологическим свойствам конструкционных материалов и характеризует сложность обработки материала режущим инструментом, о котором более подробно тут.
Обработка резанием — это процесс получения детали требуемой геометрической формы, размеров, качества поверхности за счет механического срезания материала заготовки режущим инструментом.
Обрабатываемость конструкционных материалов зависит от их механических свойств, в первую очередь прочности и твердости, С увеличением в сплаве упрочняющих фаз, неметаллических включений, с измельчением структуры и увеличением вязкости обрабатываемость ухудшается.
Улучшение обрабатываемости резанием достигается предварительной термической обработкой заготовок, применением инструмента из твердых сплавов и сверхтвердых материалов, подбором и использованием смазочно-охлаждающих жидкостей, оптимизацией режимов резания, а также легированием конструкционных сплавов. Например, легирование сталей серой, селеном, свинцом и другими металлами, облегчающими процесс резания, применяется в случае автоматных сталей (предназначенных для автоматизированной обработки). Жаропрочные стали и тугоплавкие сплавы наиболее трудно поддаются обработке резанием, являются труднообрабатываемыми сплавами, поэтому детали из этих материалов обрабатывают физико-химическими методами.
Обработка резанием — универсальный метод размерной обработки, наиболее широко используемый в промышленности. Основным режущим элементом любого инструмента является режущий клин, В результате интенсивной упруго-пластической деформации, приводящей к разрушению у режущей кромки и сдвигу в зоне действия максимальных касательных напряжений, образуется стружка.
В зависимости от используемого типа инструмента механическая обработка подразделяется на лезвийную и абразивную.
Основными способами лезвийной обработки являются точение, сверление, фрезерование, строгание и протягивание. К абразивной обработке относятся процессы шлифования, хонингования и суперфиниша.
При обработке резанием максимально допустимая производительность процесса должна обеспечивать требуемую точность обработки, качество поверхности и стойкость инструмента.
Среди физико-химических процессов, определяющих процесс резания, основное значение имеет пластическая деформация при образовании стружки, для которой характерны высокие значения действующих напряжений и их неоднородное распределение в деформируемой зоне; скорость деформации 10в3—10в6 с-1; упрочнение металла и его разупрочнение в результате интенсивного тепловыделения в зоне обработки. От характера пластической деформации, деформационного упрочнения и разрушения металла при стружкообразовании зависят точность изготовления деталей и качество поверхностного слоя.
При механической обработке резанием протекают процессы контактного взаимодействия инструмента со стружкой и обрабатываемой поверхностью, сопровождаемые интенсивным тепловыделением, трением, адгезией обрабатываемого материала и инструмента. Эти факторы существенно влияют на свойства обработанной поверхности, определяют стойкость инструмента и устойчивость процесса резания.
В случае обработки легированных малопластичных материалов упрочняющие фазы являются стопорами дислокаций. Поэтому размеры зоны деформации при обработке сокращаются, а усилие резания возрастает. Сокращение зоны деформации наблюдается при обработке с высокими скоростями, что обусловлено превышением скоростью резания скорости движения дислокационных полос скольжения.
Вид разрушения металла и тип образующейся стружки зависят от пластичности обрабатываемого металла, скорости и температуры резания.
В случае, когда перед режущим клином плотность дислокации достигает критических значений, материал охрупчивается и образуются микротрещины. Если образуется магистральная трещина, скорость движения которой выше скорости резания, она выходит на поверхность стружки, вызывая ее скалывание в виде отдельных изогнутых элементов.
Под действием высоких давлений и температур между перемещающимися поверхностями обрабатываемого материала и режущего инструмента формируются адгезионные связи.
Формирование нароста происходит в случае, если силы адгезии превышают силы сдвига, стремящиеся срезать налипший слой металла при движении стружки. Отрицательное влияние нароста состоит в том, что он увеличивает шероховатость обработанной поверхности и снижает точность изготовления детали.
Большая часть работы пластической деформации (до 95 %) при резании превращается в теплоту. Ориентировочно стружкой отводится 25—85 % выделившейся теплоты, заготовкой — 10—50 %, а инструментом — 2—8 %. С увеличением скорости резания доля теплоты, отводимой стружкой, возрастает, так как увеличивается ее объем в единицу времени и температура нагрева.
Важнейшее практическое значение имеет износ инструмента, непосредственно влияющий на качество и производительность обработки.
В процессе резания происходит затупление режущей кромки инструмента, снижающее его режущие свойства. Затупление режущей кромки обусловлено ее износом.
Выделяют следующие вилы износа инструмента: макро- и микросхемы, пластическая деформация, абразивно-механический, абразивно-химический, адгезионно-усталостный и диффузионный износ.
Хрупкие микросколы возникают в твердосплавном инструменте из-за попадания в зону резания крупных частиц повышенной твердости. Макросколы режущей кромки возникают под действием изгибающих напряжений, превышающих допустимые, особенно при ударных нагрузках.