9.8. Методы улучшения обрабатываемости материалов резанием

К методам улучшения обрабатываемости относятся те, которые обеспечивают повышение уровня применяемых скоростей резания, производительности труда и снижение затрат на обработку резанием. Эти методы весьма многочисленны. Отметим лишь основные.

1. Изменение химического состава материала при его выплавке путем введения весьма малого количества легирующих компонентов, улучшающих обрабатываемость, например свинца, селена, теллура и др.

2. Усовершенствование инструментальных материалов с целью повышения их теплостойкости, прочности, твердости и теплопроводности.

3. Надлежащая термическая обработка заготовок: отжиг, нормализация и др.

4. Применение оптимальной смазывающе-охлаждающей среды и усовершенствование способа ее подвода к инструменту.

5. Нагрев металла перед обработкой, либо (что более эффективно) нагрев срезаемого слоя, находящегося впереди лезвия, до оптимальной температуры.

6. Применение низкочастотного и высокочастотного вибрационного резания.

7. Усовершенствование и внедрение инструментов ротационного резания.

8. Управление термоэлектрическими явлениями, происходящими на контактных поверхностях инструмента путем устранения ТЭДС электроизоляцией, либо пропусканием тока небольшой силы в направлении, противоположном термотоку.

Экспериментально было доказано, что введение некоторых химических элементов: свинца, селена, теллура и других в материал при его выплавке значительно улучшает его обрабатываемость, что объясняется уменьшением его адгезионной активности и уменьшением трения. Так, введение свинца в углеродистую сталь снижает коэффициент трения при обработке, так как свинец служит естественной смазкой. При этом уменьшаются силы резания, температура и интенсивность изнашивания инструмента. Механические показатели материала, определяющие его эксплуатационные свойства, при этом не снижаются.

Обработку резанием необходимо производить с обязательным применением смазывающе-охлаждающих сред, за исключением тех случаев, когда обработка производится с нагревом обрабатываемого материала от посторонних источников тепла. Смазывающе-охлаждающая среда (СОС) в общем случае оказывает многообразное влияние на обработку, изменяя протекание физических процессов:

• отводит тепло, выделяющееся при обработке, снижая температуру на контактных поверхностях инструмента и уменьшая интенсивность его изнашивания;

• проникая на поверхность контакта, оказывает смазочное действие и приводит к уменьшению трения, вследствие чего уменьшается сопротивление резанию и температура, наростообразование и др.;

• непосредственно уменьшает сопротивление материалов пластическому деформированию: проникая в микротрещины обрабатываемого материала, имеющиеся на поверхности заготовки и образующиеся в процессе пластической деформации, жидкость стремится глубже проникнуть в микротрещину и создает капиллярное давление на ее стенки;

• смывает и уносит пылеобразную стружку, а также транспортирует стружку из зоны резания.

Степень проявления того или иного из вышеуказанных эффектов СОС определяется конкретными условиями обработки, основным из которых является скорость резания.

При низких скоростях резания развивается невысокая температура резания, и значение смазывающе-охлаждающей среды проявляется в уменьшении трения и сопротивления пластической деформации. Рекомендуются при этом маслянистые жидкости, обладающие хорошей смачиваемостью с обрабатываемым материалом.

При высоких скоростях резания смазывающе-охлаждающая среда не успевает проникнуть на контактные поверхности инструмента - эффект уменьшения трения исчезает и смазывающе-охлаждающая среда оказывает при этом только охлаждающее действие. Поэтому при обработке инструментами из твердых сплавов, минералокерамики, эльбора и других рекомендуется применять смазывающе-охлаждающие среды на водной основе, обеспечивающие эффективный отвод тепла.

Практикой и наукой установлено, что многие металлы и сплавы в нагретом до некоторой температуры состоянии обрабатываются значительно лучше, чем в холодном состоянии. Это объясняется тем, что нагрев материала срезаемого слоя до 800°К уменьшает его прочность, твердость и склонность к упрочнению, не снижая эти же показатели для инструментального материала. При этом возрастает превосходство в твердости инструментального материала над обрабатываемым, что уменьшает интенсивность изнашивания инструмента. Снижается трение и сопротивление резанию, повышается производительность обработки и снижаются расходы. В настоящее время разработано множество способов нагрева срезаемого слоя. Наиболее эффективными из них является плазменный нагрев, а также нагрев током большой силы, достигающей 1000…3000 А.