Резников Н. И.
ТЕОРИЯ РЕЗАНИЯ МЕТАЛЛОВ
*** 1934 ***
|
ФPAГMEHT УЧЕБНИКА (...) Реконструкция нашей промышленности на новой технической базе и руководящая роль, отводимая машиностроению во второй пятилетке, ставят большие требования в смысле научного охвата технологических процессов п, в частности, процессов, связанных со снятием стружки. Известно, что этот вид обработки является наиболее трудоемким и дорогим среди технологических процессов машиностроения, и его рационализация несет с собой большие экономические сбережения. Наличие дорогостоящих и мощных станков, равно как и наличие мощных инструментов („победит", сверхбыстрорежущая сталь) настоятельно ставят перед нами проблему рационального использования оборудования, получения от него запроектированной производительности путем применения принципов наивыгоднейшего резания, основанных на научных данных. Последние должны быть взяты из теории резания.
Эта наука получила большое развитие в последние годы как за границей, так и у нас. Ряд научно-исследовательских учреждений и кафедр Союза разрабатывают проблемы резания, и уже имеют весьма ценные достижения. Интересом к вопросам резания охвачены весьма широкие слои инженеров, техников и рабочих. Перед советской наукой о резании стоит ряд проблем, разрешение которых будет содействовать успеху нашего машиностроения. К числу таких проблем относятся: 1) проблема резца и его наилучшей формы с точки зрения процесса резания; 2) исследование обрабатываемости наших сталей, чугунов и цветных сплавов; установление нормальных требований в смысле обрабатываемости; 3) исследование режущих способностей инструментов из советских металлов натуральной тнердости („победит", „смена" и др.) с целью правильного их использования и дальнейшего усовершенствования; 4) исследование процесса фрезерования; нахождение зависимостей для давления и скорости резания с учетом всех факторов, влияющих на процесс фрезерования; 5) исследование процесса шлифования; 6)исследование работы специальных инструментов: зуборезных, протяжных, фасонных резцов, разверток и-проч. в соответствии с той большой ролью, которую играют эти инструменты на наших новых специализированных заводах. Настоящей работой автор имел в виду внести свою лепту в разработку некоторых из перечисленных вопросов пурем систематизации имеющихся данных и разработки новык (фрезерование), с учетом в то же время и потребностей преподавания курса резания в машиностроительных ВТУЗ’ах. Изложение материала построено по типам процессов (точение, сверление, фрезерование и шлифование), причем: по каждому процессу рассмотрены: 1) экспериментальные методы исследования; 2) вопросы давления резания; 3) вопросы скорости резания. Исходя из стремления увязать между собою закономерности, найденные экспериментальным путем для различных видов резания, автором систематически проведено исследование основных процессов (точения, сверления и фрезерования) во взаимной связи на основании закономерностей, установленных для точения. Такая установка, помимо чисто методического значения, вносит стройность в рассматриваемый вопрос и позволяет говорить о резании как о процессе, изучение которого может быть поставлено на основе прочных, логически связанных между собой положений. Все новейшие исследования (Шлезингера, Куррейна, Клопштока и др.) говорят в пользу такого положения. Учитывая всю важность для практики вопросов фрезерования и малую разработанность этих вопросов в теоретическом отношении, автор уделил особое внимание разработке формул для определения усилий и затраченной мощности при фрезеровании цилиндрической и торцевой фрезой. Разработкой этого, вопроса и ряда других имелось в виду сделать книгу полезной не только студентам, но и заводским работникам, соприкасающимся с вопросами резания и работающим в области нормирования и рационализации технологических процессов холодной обработки. О ПРОЦЕССЕ РЕЗДНИЯ И СТРУЖКООБРАЗОВАНИЯ § 1. Исторический обзор Начало изучения процесса резания относится к 1848 г., когда были произведены опыты Ко кил а над высверливанием болванок на токарном станке. За опытами Кокила идут опыты Жоселя (1864 г.) с токарным резцом. Однако получение первых достоверных результатов должно быть отнесено к 1868-1870 г, когда были произведены и опубликованы работы проф. Тимэ (Россия) по вопросу о стружкообразовании и давлении резания. Тимэ первый поставил ряд основных вопросов, которые в дальнейшем и являлись центральными при изучении прочем резания, а именно: 1) о способе образования стружки; 2) о разных видах стружек (стружки скалывания, сливные, надлома) и условиях, при которых они образуются; 3) о сопротивлении резанию. Тимэ первый изучил процесс образования элементообразной стружки, указав на более или менее постоянное направление линии скалывания в вязких металлах и обосновав чисто теоретически явление усадки стружки. Первые формулы для определения давления резания были также предложены Тимэ. Вопросы, затронутые Тимэ, подвергались дальнейшей разработке в тех же направлениях целым рядом исследователей конца XIX века: Гарантом (187Q — 72), Фишером (1900), Зворыкиным (1893J и др. Положения, высказанные Тимэ, уточнялись, подводилась механическая и математическая база (Фишер, Здорыкин), но направление работ оставалось то же. Новое направление наука о резании получила в связи с работами Ф. Тейлора (1880—1905). Уделив известное внимание вопросам, поставленным Тимэ,—стружкообразованию и давлению резания,—Тэйлор центром своей работы сделал исследование вопроса о скорости резания и стойкости режущего инструмента. Ему принадлежат некоторые дополнительные наблюдения в области стружкообразованшт, а именно о появлении опережающей трещины, о полном скалывании и отделении элементов не у самой вершины резца, а на некотором расстоянии от нее — уже в самой стружке. Тэйлором даны также формулы для определения давления стружки на резец в случае обработки чугуна и стали, причем нм с полной определенностью был установлен тот факт, что глубина резания и подача не одинаково влияют на давление резания, что в дальнейшем было подтверждено всеми исследователями. Однако наиболее ценными и важными следует считать работы Тэйлора в области скорости резания и отыскания наивыгоднейших скоростей резания с точки зрения использования резца. Закономерности, установленные в этой области Тэйлором, послужили осованием для учения об экономических скоростях у резания и оптимальном использовании станка и режущего инструмента. Благодаря этому новому направлению, наука о резании вашла себе путь к промышленности, к цеху, к станку. На,, ка о резании послетэйлоревского периода идет по трем основным направлениям, указанным работами Тимэ и Тэйлора. Эти главнейшие направления суть: 1) изучение процесса стружкообразования в разных случаях резания: точения, сверления, фрезерования; 2) изучение давления резания для указанных основных случаев; 3) изучение вопроса о стойкости режущего инструмента и наивыгоднейших скоростях резания в различных случаях резания. При этом необходимо отметить, что, вначале развивавшиеся самостоятельно и независимо, эти три разветвления вопроса о резании все ботее и более имеют тен шнцию к слиянию, к рассмотрению вопроса в синтетическом освещении, беря за исходное процесс образования струзккии рассматривая в связи с ним вопросы давления р -зання и скорости резания (работы Куррейна, Клопштока, Ратье, Шверда). Решающую роль в этом столь ценном для науки синтезе несомненно сыграет открывшаяся возможность проводить исследования в широких пределах для скоростей резания, в связи с применением режущих инструментов из металлов натуральной твердости („видна", „карболой“, „побелит" и др.). Краткость настоящего обзора не позволяет остановиться на весьма многочисленных и плодотворных работах, коими характе-риз., ется поспетэйлоровский и современный нам период развития науки о резании, а потому здесь будут указаны только основные этапы и упомянуты наиболее суще твенные исследования, относящиеся к изучению пропесса стружкообразования. В этой области наиболее ранними работами, относящимися к рассматриваемому периоду (1905—1932), являются работы троф. М. Куррейна (1905 г., Германия). Куррейном впервые был применен для изучения строения стружки микрофотографический метод. Наблюдая по этому методу расположение ферритных и перлитных зерен в деформированном материале стружки, Куррейн пришел к заключению о существовании двух основных типов стружек: с резко выраженным элементообразо-ванием и без такового (непрерывные стружки). Каждому ив этих видов стружек соответствует характерная для него деформация феррито-перлитных зерен. Куррейном даны на основании микрофотографических исследований структурные схемы стружек ибо их типов, вполне подтвердившиеся позднейшими исследованиями (Никольсон, Клопшток, Розшгайн, Стурней, Паткай и др.). Ближайшими по времени к работам Куррейна стоят работы профессора Нн-колъсона и Смита (1907 г., Манчестер, Англия): эти весьма ценные и поучительные работы по стружкообразованию проводились при весьма малых скоростях резания 1и5мм/мин Резание производилось па токарном станке, причем обрабатывался выступ в виде бурта с размерами стружки, показанными на фиг. 1, и шириной режущей кромки, превосходящей ширину бурта. Выбор подобного вида резания вызван был соображениями упрощения явления, так как резание в данном случае является „свободным": режущая кромка встречает материал только по своей длине при отсутствии боковых кромок, которые почти всегда имеют место при работе резцов, усложняя процесс резания. С другой стороны, при подобном фиг. 1 случаю резания и горизонтальном расположении режущей кромки получается более или менее постоянное направление сбегания стружки в плоскости, перпендикулярной к оси обрабатываемого предмета, что облегчает наблюдение и фотографирование. Указанными соображениями объясняется тот факт, что все обстоятельные исследования по стружкообразованию, сопровождавшиеся фотографированием явления, производились- и - после Никольсона над тем же видом „свободного" резания, с соблюдением „плоскостного" ограничения для сбегающей стружки, о котором указывалось выше (Клопшток, 1922-23, Розенгайн и Стерней, 1925 г.,Садаму Ишии—Япония, 1929 г., Шверд, 1931 г.). Такое нап;авление исследований, хотя и рассматривает явление резания в упрощенном его виде, тем не менее ¦ является весьма ценным, так как позволяет найти основной подход к процессу и, постепенно усложняя обстановку опытов, позволит, наконец, подойти к явлению резания во всей его сложности. Работами Никольсона и Смита были подтверждены заключения Тимэ и Куррейна о характере образования стружек с рез-жо выраженным элементоотделением и подтверждено явление опережающей трещины, указанное Тэйлором. Никольсоном был применен и один из первых по времени гидравлический динамометр, позволявший определять при помощи градуированных манометров давление резания (измерительный суппорт системы Никольсона имеется в лаборатории резания Московского маханико-машиностроительного инстюута (б. МВТУ). Наблюдая изменение давления в процессе образования отдельных элементов стружки при чрезвычайно малой скорости резания 1 мм/мин., Никольсон первый дал диаграмму изменения этого давления, известную под названием диаграммы Никольсона. Дальнейшим этапом в области изучения стружкообразования являются работы Я. Г. Усачова Ленинградский Политехнический институт, 1912—16 г.). Им дал изучения строения стружки также применялся микрпфотографический метод. Пользуясь этим методом, Усачов первый дал рельефное изображение так называемого нароста, образующегося на резце при обработке вязких металлов. Изображения нароста, данные Усачовыи, целиком подтвердились всеми позднейшими исследователями (Паткай) Шверд и др.). Подтвердилась так же высказанная Усачовым мысль о большом влиянии, которое оказывает нарост на характер стружкообразования. Правда, в толковании роли нароста имеются существенные расхождения между Усачовым и новейшими исследователей (Шверд): в то время, kjk Усачов считает нарост естественной защитой резца и видит в появлении нароста „приспособляемость" материала к обработке, Шверд характеризует нарост как отрицательный фактор, приводящий к ухудшению обрабатываемой поверхности. Период империалистической войны является периодом застоя в изучении вопросов резания. Продолжение работы по резанию и стружкообразованию мы встречаем лишь в 1922—23 г., к каковому времени относится исключительно ценная для "науки о резании работа Клопштока (Германия). Для изучения процесса стружкообразования Клопшток применял, с одной стороны, куррейновский метод микрофотографирования стружек, а с другой—метод фотографирования последовательных моментов резания и даже сделал первую попытку применить киносъемку для заснятия процесса резания. Последнее, правда, ему не удалось и было осуществлено с успехом позже (в 1929 г.) японским исследователем Садаму Ишии. Клошптоку принадлежит также впервые ясно выраженная мысль о том, что так называемые „непрерывные" стружки также образуются из отдельных элементов и что в этом смысле нет резкого разграничения между способом образования элементообразной струзйки и непрерывной стружки, как это предполагал Куррелн. Мы увидим, что в дальнейшем этот вопрос о двух типах стружек и о переходе одного типа в другой становится центральным и что предположения Клопштока об элемунтообразном строенйи „непрерырвной" стружки были подтверждены экспериментальным путем (Садаму Ишии) и теоретическими соображениями Большой заслугой Клопштока является также сосредоточение им, внимания на вопросе о влиянии формы передней грани резца на продесс стружкообразования, В поисках более легкого способа образования стр\ жек путем улучшения формы резца, Клопшток пришел к новой ф^рые проходного резца, известного под названием „резца Клопштока", об особенностях которого будет сказано в дальнейшем. Ближайшие к нам по времени исследования по стружкообразованию (1925—32) характеризуются, с однпй стороны, дальнейшем углублением вопроса и усовершенствованием самой техники исследования; с другой стороны—более практической постановкой самой задачи ис ледования. Исследования по стружкообразованию не носят более чисто академи теского характера,, а ставят перед собой вполне конкретную я .дачу, именно—улучшить и усовершенствовать технологический пьоцесс, (процесс-~ резания) путем изучения различных случаев стружкообразования и условий, которые влияют на тот или иной вид стружкообръ--зования. В этом смысле все рабо ы новейшего времени непосредственно примыкают к работам Клопштока, ставившего себе целью через изучение стружек и рациональное конструирование резца прийти к облегчению процесса резкния. Новейшие иссле-до! ания стараются шире охватить этот вопрос и рассмотреть влияний основных факторов, определяющих так называемый „режим ре аиия“, на процесс стружкообразования. Характеризуя более конкретно основную сущность всех новейших исследований по стружкообразованию. можно скашть, что они направлены к отысканию тех условий, при которых получаются непрерывные стружки, дающие наименьшее давление резания и наиболее чистые обработанные поверхности. |
