Затверджено Міністерством освіти і науки України як підручник для студентів вищих навчальних закладів, які навчаються за напрямами підготовки "Інженерна-механіка" та "Машинобудування" (лист№ 1/11-4006 від 10.06.2009) Рецензенти: доктор технічних наук, професор, заступник директора з наукової роботи ІНМ ім. В.М.Бакуля НАН України, лауреат Державної премії України С.А.Клименко доктор технічних наук, професор, директор Інституту промислових технологій, дизайну та менеджменту Одеського національного політехнічного університету В.М.Тонконогий Рекомендовано до друку Вченими радами Запорізького національного технічного університету (протокол №3 від 10.11.2008 року) та Хмельницького національного університету (протокол №5 від 19.11.2008 року) М 75 Мазур М.П. та інш. Мазур М.П. Основи теорії різання матеріалів : підручник [для вищ. навч. закладів] / М.П. Мазур, Ю.М. Внуков, В.Л. Доброскок, В.О. Залога, Ю.К. Новосьолрв, Ф.Я. Якубов ; під заг. ред. М.П. Мазура. - Львів : Новий Світ-2000, 2010. - 422 с. ЗМІСТ 1. ВСТУП....................................................................................................................................................................3 1.1. Місце і значення обробки різанням серед інших методів деталей.................................................................3 1.2. Історія розвитку науки про різання металів......................................................................................................5 2. ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ, ТЕРМІНИ ТА ВИЗНАЧЕННЯ ТЕОРІЇ РІЗАННЯ МАТЕРІАЛІВ....................9 2.1. Класифікація основних способів і нидів обробки поверхонь різанням.........................................................9 2.2. Елементи конструкції і геометричні параметри різальної частини інструмента (на прикладі токарного різця)............................................................................................................................................................................15 2.2.1. Інструментальні геометричні параметри леза різця (кути загострення)....................................................17 2.2.2. Статичні кути різальної частини різця..........................................................................................................19 2.2.3. Кінематичні (робочі) кути різальної частини інструмента........................................................................23 2.2.4. Особливості вибору геометричних параметрів різального леза токарних різців.................................... 24 2.3. Елементи режиму різання і розміри зрізуваного шару при поздовжнім точінні........................................28 2.4. Кінематика процесу, елементи конструкції, геометричні параметри гвинтового свердла й розміри зрізуваного шару при свердлінні..............................................................................................................................30 2.5. Кінематика процесу, елементи конструкції, геометричні параметри інструментів й розміри зрізуваного шару при фрезеруванні.............................................................................................................................................36 2.5.1. Схеми різання і параметри зрізуваного шару при фрезеруванні циліндричними фрезами...................39 2.5.2. Схеми різання і параметри зрізуваного шару при фрезеруванні торцевими фрезами.............................42 2.6. Елементи конструкції і геометричні параметри протяжки. Кінематика процесу та розміри зрізуваного шару при протягуванні.............................................................................................................................................44 2.7. Кінематика процесу, елементи конструкції і геометричні параметри різальної частини мітчика. Розміри зрізуваного шару при нарізанні різьби мітчиком ................................................................................................50 Список літератури до розділу..................................................................................................................................56 3. ІНСТРУМЕНТАЛЬНІ МАТЕРІАЛИ...............................................................................................................57 3.1. Вимоги, що висуваються до інструментальних матеріалів...........................................................................57 3.2. Інструментальні сталі.......................................................................................................................................59 3.2.1. Вуглецеві і леговані інструментальні сталі.................................................................................................59 3.2.2. Швидкорізальні сталі.................................................................................................................................... 59 3.3. Тверді сплави.....................................................................................................................................................62 3.3.1. Вольфрамо-кобальтові сплави (ВК)..............................................................................................................63 3.3.2. Титано-вольфрамо-кобальтові сплави (ТК)..................................................................................................64 3.3.3. Титано-тантало-вольфрамо-кобальтові сплави (ТТК)................................................................................65 3.3.4. Безвольфрамові (титанові) тверді сплави (БВТС)......................................................................................66 3.3.5. Короткі рекомендації з вибору твердих сплавів.........................................................................................66 3.3.6. Міжнародна класифікація сучасних інструментальних матеріалів за стандартом ISO і визначення умов ефективного використання твердих сплавів..........................................................................................................67 3.4. Різальна кераміка..............................................................................................................................................71 3.5. Надтверді матеріали інструментального призначення.................................................................................73 3.5.1. Особливості одержання інструментальних матеріалів на основі алмаза і кубічного нітриду бору.....73 3.5.2. Основні властивості та області застосування полікристалів синтетичного алмазу (ГІКА)..................76 3.5.3. Основні властивості та області застосування ПНТМ на основі щільних модифікацій нітриду бору ВТМ...........................................................................................................................................................................77 3.6. Інструментальні матеріали зі зносостійкими покриттями..........................................................................78 Список літератури до розділу..........................................................................................................................82 4. ОСНОВИ ФІЗИКИ ПРОЦЕСУ РІЗАННЯ....................................................................................................84 4.1. Деякі відомості про пластичну деформацію металів.......................................................................................84 4.2. Способи вивчення процесу утворення стружки і зони деформації.........................................................89 4.3. Типи стружок при різанні пластичних і крихких матеріалів.........................................................................91 4.4. Процес утворення зливної стружки при прямокутному вільному різанні…………………………………95 4.5. Схема утворення зливної стружки з єдиною площиною зсуву. Визначення степеню деформації стружки.......................................................................................................................................................................99 4.6. Особливості косокутного і невільного різання..............................................................................................106 4.7. Схема утворення елементної стружки...........................................................................................................109 4.8. Особливості стружкоутворення при нано-обробці.......................................................................................110 4.9 Методи моделювання процесів деформації при різанні пластичних матеріалів........................................112 4.10. Трібологія процесу різання матеріалів........................................................................................................116 4.11. Наростоутворення при різанні матеріалів............................................................................................125 4.12. Контактні явища назадній поверхні інструмента......................................................................................129 4.13. Взаємозв'язок явищ у процесі стружко утворення....................................................................................136 Список літератури до розділу 4 ............................................................................................................................141 5. СТАТИКА І ДИНАМІКА ПРОЦЕСУ РІЗАННЯ…………………………………………………………145 5.1. Сила і потужність при різанні........................................................................................................................145 5.1.1. Система сил при різанні...............................................................................................................................145 5.1.2. Розвиток теоретичних методів розрахунку сил різання.....................................................................149 5.1.3. Експериментальні прилади і методи вимірювання складових сили різання і побудова емпіричних формул для їх визначення.......................................................................................................................................160 5.1.4. Закономірності впливу умов різання на силу і потужність при різанні .................................................164 5.2. Коливання при різанні (динаміка різання).....................................................................................................185 5.2.1. Вимушені коливання.....................................................................................................................................185 5.2.2. Автоколивання при різанні...........................................................................................................................186 5.2.3. Вплив умов різання на інтенсивність автоколивань……………………………………………………..190 5.2.4. Вплив коливань при різанні на стійкість інструментів і якість обробленої поверхні............................191 5.2.5. Способи гасіння автоколивань.....................................................................................................................193 Список літератури до розділу 5..............................................................................................................................195 6. ТЕПЛОВІ ЯВИЩА У ПРОЦЕСІ РІЗАННЯ..................................................................................................197 6.1. Баланс теплоти при різанні металів................................................................................................................197 6.2. Експериментальні методи дослідження теплових процесів при різані…………………………………..199 6.3. Аналітичні методи розрахунку температурних полів у системі різання…………………………………207 6.3.1. Аналітичний метод розв'язання задачі теплопровідності у ріжучому лезі.........................................207 6.3.2. Метод джерел теплоти..................................................................................................................................208 6.4. Методи числового моделювання теплових явищ .......................................................................................218 6.5 Середня температура різання і вплив на неї основних факторів процесу обробки................................225 6.5.1. Залежність температури різання від умов обробки............................................................................226 6.5.2. Оптимальна температура різання........................:.......................................................................................229 Список літера тури до розділу 6............................................................................................................................233 7 . РУЙНУВАННЯ І ЗНОШУВАННЯ РІЖУЧОЇ ЧАСТИНИ ІНСТРУМЕНТІВ. СТІЙКІСТЬ ІНСТРУМЕНТІВ ........................................................................................................................................236 7.1. Працездатність інструментів.........................................................................................................................236 7.2. Міцність ріжучої частини інструмента........................................................................................................236 7.2.1. Крихке руйнування леза.............................................................................................................................237 7.2.2. Пластичне руйнування ріжучого леза........................................................................................................241 7.3. Зношування ріжучої частини інструмента....................................................................................................243 7.3.1. Зовнішній прояв зношування ріжучої частини інструмент…………………………………………….244 7.3.2. Фізична природа зношування різального інструменту.............................................................................248 7.3.3. Критерії зношування різальних інструментів.......................................................................................... 255 7.3.4. Рекомендації із призначення максимально допустимого зношування інструментів............................258 7.4. Стійкість інструмента і швидкість різання, що допускається його ріжучими властивостями...............261 7.4.1. Основні поняття про стійкість інструмента. Методи одержання стійкісних залежностей..................261 7.4.2. Вплив умов обробки на період стійкості інструмента.......................................................................265 7.5/ Діагностика стану різального леза інструмента...........................................................................................271 Список літератури до розділу 7.............................................................................................................................278 8. ФОРМУВАННЯ ХАРАКТЕРИСТИК ОБРОБЛЕНОЇ ПОВЕРХНІ ДЕТАЛІ У РЕЗУЛЬТАТІ ПРОЦЕСУ РІЗАННЯ............................................................................................281 8.1. Поняття якості поверхні, обробленої різанням. Геометричні показники якості......................................281 8.2. Природа утворення шорсткості обробленої по…………………………………………………………....283 8.2.1. Вплив параметрів процесу різання на шорсткість обробленої поверхні.................................................286 8.3. Механізми формування фізико-механічних властивостей поверхневого шару........................................287 8.3.1. Зміцнення поверхневого шару.....................................................................................................................288 8.3.2. Формування залишкових напружень...........................................................................................................289 8.3.3. Структурно-фазові зміни у матеріалі виробу...............................................................................................291 8.4. Вплив основних показників якості на експлуатаційні властивості деталей...............................................292 8.4.1. Вплив шорсткості...........................................................................................................................................292 8.4.2. Вплив зміцнення (мікротвердості) поверхневого шару.............................................................................293 8.4.3. Вплив залишкових напружень......................................................................................................................293 8.4.4. Вплив структури поверхневого шару..........................................................................................................294 Список літератури до розділу 8..............................................................................................................................295 9. ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ ПРО СИСТЕМУ РВАННЯ ТА її СКЛАДОВІ....................................................296 9.1. Поняття про систему різання.........................................................................................................................296 9.2. Робочий процес, як фізико-хімічна взаємодія елементів процесу різання………………………………300 Список літератури до розділу 9............................................................................................................................301 10. ВИЗНАЧЕННЯ РЕЖИМІВ РІЗАННЯ..................................................................................................302 10.1. Основні правила вибору послідовності визначення елементів режимів різання....................................302 10.2. Загальні методичні вказівки для розрахунку режимів різання при точінні, свердлінні,фрезеруванні.303 10.2.1. Вихідні дані...............................................................................................................................................303 10.2.2. Вибір устаткування...................................................................................................................................303 10.2.3. Вибір різального інструменту.................................................................................................................304 10.2.4. Призначення глибини різанні..................................................................................................................304 10.2.5. Розрахунок (вибір) періоду стійкості інструмента................................................................................305 10.2.6. Критерії оптимізації при визначенні режимів різання і призначенні стійкості різального інструменту..............................................................................................................................................................305 10.2.7. Аналітичний спосіб розрахунку режиму різання.....................................................................................306 10.2.8. Табличний спосіб розрахунку режимів різання.......................................................................................309 10.2.9. Розрахунок режимів різання за допомогою теоретичних прогнозуючих моделей..............................311 10.3. Розрахунок режимів різання для багатоінструментної обробки на автоматизованому обладнанні.....311 10.4. Особливості розрахунку режимів різання при обробці на верстатах із ЧПК...........................................................................................................................................................................313 Список літератури до розділу 10................... .......................................................................................................316 11. ОІТТИМІЗАІПЯ ПРОЦЕСУ РІЗАННЯ......................................................................................................318 11.1. Постановка задачі оптимізації......................................................................................................