1.Основные понятия и определения, относящиеся к процессу резания

1.1.Развитие и современное состояние развития науки о резании материалов

Наука о резании металлов сравнительно молода. Основоположником науки о резании металлов является русский ученый Тиме И.А. (1838 - 1920), который в 1868-1869 годах провел обширные, тщательно поставленные опыты по строганию различных материалов и описал их в книге «Сопротивление металлов и дерева резанию».

В 1870 году Тиме И.А. впервые указал невозможность рационально и научно проводить механическую обработку без детального изучения физических основ резания.

В опытах на Луганском заводе Тиме И.А. исследовал вопросы стружкообразования при обработке пластичных и хрупких материалов.

Он впервые описал механику образования стружки и классификацию типов стружек, которые приняты и в настоящее время. Наблюдая за процессом образования стружки, Тиме И.А. впервые указал на явление усадки стружки, установил понятие об угле скалывания и показал его зависимость от угла γ.

На основе динамических опытов Тиме И.А. предложил формулу для определения сил резания при строгании различных материалов и указал на периодичность изменения сил резания по мере движения инструмента.

Тиме И.А. впервые в общих чертах предвосхитил скоростные основные зависимости, на которых в настоящее время базируются нормативы расчета режима резания.

Работы Тиме И.А. заложили фундамент создания науки о резании металлов.

Теория Тиме И.А. нашла последующее развитие в работах Афанасьева А.П., Зворыкина К.А. (1861 - 1928), Брикса А.А. (1865 - 1900)

Зворыкин К.А. поставил ряд выдающихся по методу и результатам опытов по определению сил резания. Опыты он проводил на строгальном станке с применением оригинального сконструированного им гидравлического динамометра. Зворыкин К.А. предложил формулу для расчета удельной силы резания, которая в принципиальной форме сохранилась до сих пор. На основании этой формулы он установил, что толщина и ширина срезаемого слоя неодинаково влияет на главную составляющую силу резания. Зворыкин К.А. выявил систему сил, действующих на контактных поверхностях инструмента. Дал аналитическую формулу для определения угла сдвига, который качественно описывает влияние факторов процесса резания на стружкообразование.

В 1896 году вышла в свет монография Брикса А.А., «Резание металлов», где были приведены результаты теоретической разработки основных вопросов механики резания. В конце 19 века начал работать в области резания американский исследователь Тейлор Ф, формулы которого для расчета силы и скорости резания предназначены для решения частных практических задач и не затрагивали физическую сущность процесса.

Русские ученые исследовали физику резания во всем многообразии. Усачев Я.Г. (1873 - 1941) в 1914 году исследовал стружкообразование и тепловые явления. Впервые для изучения процесса стружкообразования он использовал металлографический метод, ранее применяли визуальный.

Металлографический анализ корней стружек позволил Усачеву Я.Г. разработать теорию нароста образования. Усачев Я.Г. исследовал тепловые явления при резании, для установления количества тепла, уходящего со стружкой. Он применил калориметрический метод, а для исследования температуры резания метод подведенных термопар. Изучая температуру резания, Усачев установил интенсивность влияния на нее глубины резания, подачи и скорости резания, которые затем подтвердились аналитически.

Усилиями Тиме И.А, Зворыкина К.А., Усачева Я.Г. и др. была создана российская школа резания металлов, которая изучала коренные вопросы процесса резания и на много опередила зарубежные исследования.

В 1925 году вышла работа Челюсткина А.Н. о силах резания при точении, которая по ясности и строгости изложения не имела себе равных.

В 1930-1935 годы появился ряд капитальных работ обобщающего характера: Кривоухова В.А., Рудника С.С., Резникова Н.И., Панкина А.В. и др.

В 1935 году при народном комиссариате (министерстве) тяжелой промышленности была создана комиссия по резанию металлов под представителем профессора Надеинской Е.П. в составе Каширина А.И., Кривоухова В.А., Тишина С.Д. и другие, далее по тексту «Комиссия резания». Под началом комиссии работали более тридцати вузов, исследовательских инструментов и заводских лабораторий, проводились в течение пяти лет по единой методике экспериментальные исследования силовых и стойкостных зависимостей при резании разных материалов. Было выполнено около 250 капитальных исследовательских работ, что позволило разработать нормативы и руководствующие материалы на работу режимов резания для всех основных видов обработки для всех существовавших материалов. Такого размаха исследовательской работы в области резания не имела ни одна страна в мире. Были разработаны методы скоростного резания металлов твердосплавными инструментами.

После Великой Отечественной войны качественно изменились методы исследования. Применяются высокоскоростная киносъемка, поляризационно-оптический метод, метод радиоактивных изотопов, рентгеноскопия и электроноскопия, сканирование.

К сожалению, наука о резании материалов не избежала идеологических нападок в конце сороковых годов двадцатого столетия, когда началась очередная борьба с чуждой идеологией. В октябре 1949 года «Литературная газета» напечатала статью под заголовком «На коленях перед Тейлором». В этой статье Резников Н.И., Клушин М.И. и Вульф А.М., и «Комиссия резания» подверглись нападкам за забвение «…не только русской школы… создавшей подлинную науку о резании, но и советской действительности» за преклонение перед буржуазными учеными, пропаганду «буржуазно-идеалистической идеологии», и самое парадоксальное, за якобы призыв к снижению скорости резания.

Относительно забвения русской школы резания. К тому времени никто не сделал больше для утверждения приоритета русских и советских ученых, как Резников Н.И. и Клушин М.И. В частности, на несколько месяцев раньше статьи, вышел в свет обстоятельный труд Клушина М.И. «Исследование процесса резания металлов» с подзаголовком «по материалам отечественных исследований» (Машгиз, 1949 г.).

Относительно якобы призыва к снижению скоростей резания. Именно Резников Н.И. и Клушин М.И. сделали больше всех для развития скоростного резания. Резников Н.И., «Комиссия резания» и все так называемые тейлоровцы исходили из того, что режимы резания должны назначаться не только с учетом возможно большей производительности, но и возможно меньшей стоимости их осуществления. Противники этого утверждали, что нельзя «крохоборствовать на инструменте и других мелких расходах» и, исходя из узкопонимаемого высказывания Ленина В.И., о том, что, в конечном счете, производительность – самое главное для победы нового общественного строя, считали, что режим резания должен обеспечивать максимальную производительность, а рентабельность производства при этом обеспечивается «автоматически». Жизнь, однако, доказала, что «экономика должна быть экономной» при любом общественном строе.

Грановский Г.И. и его коллектив разработали кинематику резания, где учитывались геометрические параметры инструментов в процессе резания, учитывалось стружкообразование, изнашивание и стойкость инструментов. Развивается наука о механике резания.

Исследователи Кривоухов В.А., Розенберг А.М., Зорев Н.Н., Исаев А.И., Клушин М.И., Полетика М.Ф.- изучали напряженное и деформированное состояние зоны резания, контактные процессы на передних и задних поверхностях инструментов, силы, действующие в процессе резания. Были разработаны аналитические формулы для определения силы резания.

На основании изучения механики резания получила развитие теплофизика резания - Аваков А.А., Даниелян А.В.- экспериментальные методы; Малкин А.П., Резников А.Н.- теоретические методы исследования. В основу был положен метод быстро движущихся источников тепла.

Грановский Г.И., Лоладзе Т.Н., Зорев Н.Н. и др.- занимались количественным описанием процесса изнашивания.

Получила развитие теория обрабатываемости металлов и сплавов. Исследованиями процесса резания лезвийным и абразивным инструментом с тонкими и сверхтонкими стружками занимались Маслов А.Н., Попов С.А., Подзей А.В., Редько С.Г., Маталин А.А. и др. исследованы физические основы резанием свободным и закрепленным абразивным зерном, состояние поверхностного слоя при шлифовании.

Теорией устойчивости процесса резания в результате повышения быстроходности металлорежущих станков занимались Каширин А.И., Дроздов Н.А., Кудинов В.А., Подураев В.Н. и др. Была создана теория колебаний инструмента при резании, она положила начало расчету станков на виброустойчивость.

Развитие науки о резании материалов немыслимо без разработки новых видов режущих инструментов, совершенствования и улучшения их конструктивных и геометрических параметров, без исследования возможностей экологически безопасного резания.