Чтение онлайн

В результате превращения механической энергии, расходуемой при О. м. р., в тепловую возникают тепловые источники (в зонах деформации срезаемого слоя, а также в зонах трения контактов инструмент — стружка и инструмент — деталь), влияющие на стойкость режущего инструмента (время работы между переточками до установленного критерия затупления) и качество поверхностного слоя обработанной детали. Описание температурного слоя в зоне резания (рис. 2) может быть получено экспериментально, расчётным путём или моделированием процесса резания на ЭВМ. Тепловые явления при О. м. р. вызывают изменение структуры и физико-механических свойств как срезаемого слоя металла, так и поверхностного слоя детали, а также структуры и твёрдости поверхностных слоев режущего инструмента. Процесс теплообразования зависит также от условий резания. Скорость резания и свойства обрабатываемого металла существенно влияют на температуру резания в зоне контакта стружки с передней поверхностью резца (рис. 3). Тепловые и температурные факторы процессов О. м. р. выявляются следующими экспериментальными методами: калориметрическим, при помощи термопар по изменению микроструктуры (например, поверхности инструмента), при помощи термокрасок, оптическим, радиационным и др. Трение стружки и обрабатываемой детали о поверхности режущего инструмента, тепловые и электрические явления при О. м. р. вызывают его изнашивание. Различают следующие виды износа: адгезионный, абразивно-механический, абразивно-химический, диффузионный, электродиффузионный. Характер изнашивания металлорежущего инструмента является одним из основных факторов, предопределяющих выбор оптимальной геометрии его режущей части. При выборе инструмента в зависимости от материала его режущей части и др. условий резания руководствуются тем или иным критерием износа. На рис. 4 показан характер изнашивания задней поверхности резца. Его переточку надо осуществлять после времени работы T2 при износе hoпт (до наступления критического износа hk, соответствующего T3).

Система сил, действующих при О. м. р., может быть приведена к единой равнодействующей силе. Однако для решения практических задач не обязательно знать величину этой силы, важное значение имеют её составляющие: Pz — сила резания, действующая в плоскости резания в направлении главного движения; Ру — радиальная составляющая, действующая перпендикулярно к оси заготовки (при точении) или оси инструмента (при сверлении и фрезеровании); Px — сила подачи, действующая в направлении подачи. Силы Pz, Px, Ру влияют на условия работы станка, инструмента и приспособления, точность обработки, шероховатость обработанной поверхности детали и т.д. На величину этих сил влияют свойства и структура обрабатываемого материала, режим резания, геометрия и материал режущей части инструмента, метод охлаждения и др. Сила Pz обычно является наибольшей — на её преодоление расходуется наибольшая мощность. Способы определения Pz, Ру, Px могут быть теоретическими и экспериментальными, определяемыми с помощью специальных динамометров. На практике часто используют полученные на основе экспериментов эмпирические формулы. Затрачиваемая мощность (в квт) для большинства процессов О. м. р.:

Nэ = Pz ·v/60·102,

где Pz — составляющая силы резания в направлении подачи в н (кгс), v — скорость резания в м/мин, потребная мощность электродвигателя станка Ncт = Nэ/h, где h — кпд станка.

Скорость резания, допускаемая режущим инструментом, зависит от тех же факторов, что и силы резания, и находится в сложной зависимости от его стойкости (рис. 5).

Значительное влияние на О. м. р. оказывают активные смазочно-охлаждающие жидкости, при правильном подборе, а также при оптимальном способе подачи которых увеличивается стойкость режущего инструмента, повышается допускаемая скорость резания, улучшается качество поверхностного слоя и снижается шероховатость обработанных поверхностей, в особенности деталей из вязких жаропрочных и тугоплавких труднообрабатываемых сталей и сплавов. Вынужденные колебания (вибрации) системы СПИД, а также автоколебания элементов этой системы ухудшают результаты О. м. р. Колебания обоих видов можно снизить, воздействуя на вызывающие их факторы — прерывистость процесса резания, дисбаланс вращающихся частей, дефекты в передачах станка, недостаточную жёсткость и деформации заготовки и др.

Эффективность О. м. р. определяется установлением рациональных режимов резания, учитывающих все влияющие факторы. Для ускорения расчёта часто применяют ЭВМ. Расчёт режимов резания на ЭВМ сводится к предварительному отбору исходной информации, разработке и конкретизации алгоритмов, заполнению операционных карт исходной информацией, её кодированию и программированию алгоритмов.

Повышение производительности труда и уменьшение потерь металла (стружки) при О. м. р. связано с расширением применения методов получения заготовок, форма и размеры которых максимально приближаются к готовым деталям. Это обеспечивает резкое сокращение (или исключение полностью) обдирочных (черновых) операций и приводит к преобладанию доли чистовых и отделочных операций в общем объёме О. м. р.

Дальнейшее направление развития О. м. р.: интенсификация процессов резания, освоение обработки новых материалов, повышение точности и качества обработки, применение упрочняющих процессов, автоматизации и механизации обработки.

Лит.: Беспрозванный И. М., Основы теории резания металлов, М., 1948; Русские учёные — основоположники науки о резании металлов: И. А. Тиме, К. А. Зворыкин, Я. Г. Усачёв, А. Н. Челюсткин. Жизнь, деятельность и избранные труды, М., 1952; Резание металлов, М., 1954; Аваков А. А., Физические основы теории стойкости режущих инструментов, М., 1960; Панкин А. В., Обработка металлов резанием, М., 1961; Развитие науки о резании металлов, М., 1967; Электрические явления при трении н резании металлов, М., 1969: Брюхов В. А., Павлов Э. Н., Расчет режимов резания и нормирование с помощью ЭВМ, М., 1969; Роман О. В., Левенцов А. А., Шелковский И. Ф., Обработка металлов резанием и станки, Минск, 1970.

Д. Л. Юдин.

Рис. 4. Характер изнашивания задней поверхности режущего инструмента: OA — период приработки; AB — период рабочего изнашивания; ВС — период катастрофического изнашивания.

Рис. 1. Элементы режима резания при точении: 1 — обрабатываемая поверхность; 2 — поверхность резания; 3 — обработанная поверхность; D — диаметр обрабатываемой заготовки; d — диаметр детали после обработки; а и б — толщина и ширина срезаемого слоя.

Рис. 2. Температурное поле на поверхностях сверла (деталь — сталь 45; сверло из быстрорежущей стали; v = 25 м/мин; s = 0,11 мм/об; без охлаждения).

Рис. 3. Влияние свойств обрабатываемого металла на температуру резания: 1 — сталь Ст. 3; 2 — сталь 4OX; 3 — чугун; 4 — латунь; 5 — алюминий.

Рис. 5. Зависимость стойкости резца от скорости резания (t = 1 мм; s = 0,1 мм/об).

Обрабо'тка по'чвы, приёмы механического воздействия на почву, способствующие повышению её плодородия и созданию лучших условий для роста и развития растений. Применяя О. п., придают пахотному слою оптимально рыхлое мелкокомковатое строение, улучшают водный, воздушный и тепловой режимы почвы; активизируют микробиологические процессы в ней, очищают поля от сорняков, вредителей и возбудителей болезней с.-х. культур, заделывают в почву удобрения и т.д. Выбор приёма О. п. обусловливается климатическими условиями, биологическими особенностями возделываемых культур и их назначением. Эффективность О. п. во многом зависит от технологических свойств почвы. Основное приёмы следующие: оборачивание — перемещение в вертикальном направлении слоев почвы, различающихся по агрономическим свойствам, например заделка верхнего распылённого, бесструктурного и выворачивание нижнего, более структурного горизонта. Оборачиванием почвы заделывают также пожнивные остатки, дернину, удобрения, осыпавшиеся семена сорняков, зачатки вредителей и болезней с.-х. культур. Оно осуществляется при вспашке и лущении. Рыхление (крошение) — дробление крупных почвенных отдельностей на мелкие комочки, которые, располагаясь рыхло, увеличивают пористость почвы и её аэрацию. В результате усиливается биологическая деятельность и накапливаются доступные для растений питательные вещества. Рыхление уничтожает также почвенную корку, задерживающую рост растений и усиливающую потерю воды. Осуществляют эту операцию или одновременно с др. операциями (оборачиванием, перемешиванием) или отдельно. Поверхностное рыхление достигается при бороновании; более глубокое (10—12 см) — при культивации; глубокое (20 см и более) — при обработке плугами со снятыми отвалами, плоскорезами-глубокорыхлителями и др. орудиями. Крошение почвы одновременно с её оборачиванием происходит при вспашке плугами с предплужниками и лущении; крошение и частичное перемешивание — при фрезеровании почвы. Перемешивание создаёт однородный слой с равномерным распределением органических веществ, минеральных удобрений, извести или гипса. Этот приём применяют при почвоуглублении. Перемешивание осуществляют плугами без предплужников, а также рыхлящими, но не оборачивающими орудиями. Уплотнением достигается более тесное размещение почвенных комочков, увеличение капиллярной и уменьшение некапиллярной пористости. Разрушаются глыбы, пашня несколько оседает, уменьшается проветривание почвы и испарение из нее влаги, создаются лучшие условия для прорастания семян и т.д. Для уплотнения почвы применяется её прикатывание катками. Выравнивание обеспечивает лучшие условия для посева, ухода за посевами и уборки урожая, а также снижает испарение воды из почвы. Оно достигается при бороновании, культивации, прикатывании и шлейфовании, в орошаемом земледелии — также планировкой поверхности почвы. Подрезание сорняков совмещают с оборачиванием, рыхлением и перемешиванием почвы при вспашке, лущении и культивации или проводят отдельно, используя различные культиваторы. Борозды, гряды и гребни устраивают в условиях избыточного увлажнения для регулирования воздушно-термического и пищевого режимов почвы, а также на полях, подверженных водной эрозии, для задержания талых вод, предупреждения смыва почвы и в орошаемом земледелии (для бороздного полива).

Различают основную, специальную и поверхностную О. п. К основной О. п. относят обычную вспашку; к специальной — плантажную, ярусную и др. виды вспашки, глубокое рыхление, фрезерование, кротование, щелевание, обвалование склонов; к поверхностной — прикатывание, боронование, шлейфование, лущение, дискование, культивацию, окучивание, бороздование и др. Совокупность последовательно выполняемых приёмов механического воздействия на почву называется системой О. п. В СССР различают системы О. п.: под яровые и озимые культуры; земель, подверженных водной и ветровой эрозии; вновь осваиваемых земель; земель в условиях орошения.

Система О. п. под яровые и озимые культуры складывается из основной, предпосевной и послепосевной обработки. Основная О. п. под яровые культуры — зяблевая обработка почвы, проводимая летом и осенью предшествующего посеву года. Она включает, например на засорённых полях из-под зерновых культур, послеуборочное лущение жнивья и зяблевую вспашку после появления всходов сорняков; в районах с продолжительной и тёплой осенью, кроме того, двух-трёхкратную культивацию по мере отрастания сорняков. Под озимые культуры основную О. п. начинают с осени предшествующего посеву года (чёрный пар) или с весны и лета в год посева озимых (ранний, занятый, сидеральный, кулисный пары). Предпосевную О. п. под яровые культуры проводят в весенний период, под озимые — в весенне-летний. В системе предпосевной О. п. под яровые и озимые культуры преобладают приёмы поверхностной обработки — боронование, культивация, прикатывание; под картофель, хлопчатник и некоторые др. культуры применяют также глубокое рыхление почвы, а в зоне достаточного и избыточного увлажнения — перепашку зяби. Послепосевная О. п. охватывает период от посева до уборки с.-х. культуры и состоит главным образом из прикатывания почвы, боронования посевов, междурядных обработок и окучивания растений.