절단 영역의 물리적 현상. 칩 형성 과정과 그에 수반되는 현상. 절단 공정의 본질

제3강

절단 공정의 본질

3.1. 구조 및 도구 재료

3.2. 절단 공정

3.3. 절단 공정에 수반되는 물리적 현상

건축 및 도구 재료

고품질 및 일반 품질의 탄소강, 합금강, 내열강 및 난삭재 등 구조 재료로 만들어진 공작물을 절단 가공합니다.

탄소강은 철(Fe)과 탄소(C)의 화합물로 널리 사용되며, 탄소강의 함량은 0.7% 이하이다. 기준 탄소강은 45강이며, 가공성은 단일성으로 간주됩니다.

절삭 공구는 다음 유형의 공구 재료로 만들어집니다.

Ø 공구강,

Ø 단단한 합금,

Ø 금속 세라믹스,

Ø 다이아 패 한 벌,

Ø 초경질 재료(엘보),

Ø 연마재.

공구 재료의 주요 요구 사항은 강도, 경도 및 내열성 측면에서 높은 물리적, 기술적 특성입니다. 공구 재료의 물리적, 기술적 특성은 가공 중인 공작물의 동일한 특성보다 2배 더 높아야 합니다.

공구강은 대량 생산되는 절삭 공구 제조에 널리 사용됩니다. 주요 공구강은 다음과 같습니다.

Ø 탄소강 등급 – U7, U8…U13.

Ø 합금강 등급 – ШХ-15, 9ХС, ХВГ.

Ø 고속도강 등급 – R18, R6M5, R6M5K5.

절단 공정

절단 공정칩 형태의 공작물에서 스톡을 분리하고 마찰력을 극복하기 위해 절삭 공구에 의해 수행되는 작업입니다.

절삭 공구의 주요 요소는 절삭 웨지입니다.

절단 웨지의 주요 매개변수는 샤프닝 각도(β)입니다.

절단 웨지의 주요 각도는 다음과 같습니다.

경사각(α)

여유각(γ)

β + α + γ= 90°

쌀. 1. 절단 웨지 매개변수

그림 2. 절단 웨지 다이어그램

커팅 웨지 다이어그램은 주요 표면과 각도를 보여줍니다.

1,2선은 평면의 궤적입니다. 전면.

3.4선은 평면의 흔적입니다. 뒷면.

이 두 표면은 실제로 한 점으로 수렴되지 않습니다. 왜냐하면 절단 쐐기를 날카롭게 할 때 최대 500μm의 반경 조인트가 형성되기 때문입니다. 결정 격자악기재료.

이 절단 웨지 모양은 모든 유형의 절단 도구에 일반적이며 작동 중에 여유분이 칩 형태로 분리됩니다.

칩 형성

완성된 부품의 모양과 크기를 부여하기 위해 공작물에서 제거된 금속층을 금속층이라고 합니다. 용돈.

절단 과정에서 수당은 부스러기.수당은 다음과 같이 제거될 수 있습니다. 하나, 그리고 여러 번의 패스절단 쐐기.

공작물에서 다음 표면이 구별됩니다.

ü 처리됨- 칩이 제거된 표면

ü 처리됨– 칩이 제거되는 표면;

ü 절단면, 절삭 공구의 절삭 날에 의해 직접 형성됩니다.

주 공작물과의 여유분 분리를 그래픽으로 묘사해 보겠습니다(그림 3).

그림 3. 주 공작물에서 여유분을 분리하는 방식

다음 요소는 다이어그램에서 점으로 표시됩니다.

3.5 – 처리된 표면

7.8 – 처리할 표면

3,8,9,2 – 변형 영역

2,9,10,11,2 – 칩

1,2,3,4 – 커팅 웨지

6,7,8,3 – 수당

1,2 – 커팅 웨지의 전면

3.4 – 커팅 웨지의 뒷면

r – 절삭날의 곡률 반경

α – 경사각

β - 샤프닝 각도

γ – 릴리프 각도

절삭 과정에서 절삭 쐐기 상단에 절삭력 R이 발생하여 공작물과의 분리 허용 저항력, 전면 칩의 마찰력 및 공작물 후면 마찰을 극복합니다. 가공된 표면의 절단 웨지. 이 경우 공차가 제거되면서 복잡한 탄성 및 소성 변형 과정이 발생합니다. 그림 3에서 공차 변형의 두 영역을 표시해 보겠습니다.

8.9 – 소성 변형 영역

9,10 – 결정간 결합 평면을 따라 제거되는 여유 입자의 전단 영역(12,13).

쌀. 4. 칩의 종류.

절단 과정에서 공작물과 절단 도구는 상대적으로 움직입니다. 절단 공정은 주 동작과 보조 동작이 있는 상태에서 수행됩니다.

공작물과 절삭 공구가 수행하는 주요 동작은 주 동작과 이송 동작으로 구분됩니다.

주요 움직임은 최고 속도로 수행되는 공작물 또는 도구의 움직임입니다.

주요 운동은 Dr. 주요 움직임은 최고 속도입니다.

이송 이동 속도는 더 낮습니다(이송 속도 S). 이 이동은 도구의 절단 웨지가 새로운 금속 층으로 절단되도록 보장하며 DS로 지정됩니다. 피드 이동으로 새로운 금속 층 절단이 보장됩니다.

Dr와 DS는 모두 본질적으로 회전식이거나 선형일 수 있습니다.

다양한 처리 방법을 사용하면 주 이동과 피드 이동이 공작물이나 절삭 공구에 의해 수행됩니다.

예를 들어:

· 회전할 때 박사준비를 통해 이루어지며, D.S.– 절삭 공구(커터) 그림. 4.

쌀. 4 터닝 다이어그램.

· 원통형 밀링용 박사절삭 공구(밀)를 사용하여 수행되며, D.S.– 공작물; 쌀. 5.

쌀. 5 절단 방식

· 드릴링 시 절삭 공구(드릴)에 의해 두 동작이 모두 수행되고 공작물이 움직이지 않는 것이 가능합니다.

Dr 및 DS 동작의 조합을 통해 필요한 모양의 표면을 얻을 수 있습니다. 속도의 크기와 이동 방향 Dr 및 DS를 고려하면 결과 이동 De를 고려할 수 있습니다.

De는 움직이는 공작물에 대한 절삭 공구의 전체 이동입니다. Movement De는 결과적인 움직임의 속도를 특징으로 합니다. 우에.

절단 공정의 효율성과 생산성은 다음에 따라 달라집니다.

Ø 금속(공작물 및 공구 재료)의 물리적 및 기술적 특성 HRC, HB, T °C;

Ø 공구 절단 부분의 기하학적 매개 변수;

Ø 절단 모드 매개변수(v, s, t);

Ø 처리 조건.

절단 공정에 수반되는 물리적 현상

절단 과정에서 작업이 수행되고 에너지가 소비됩니다. 이 에너지는 두 가지 유형의 작업에 분배됩니다.

N = Apol + Asp, 여기서:

Apol - 칩 형태로 공작물에서 스톡을 분리하는 데 유용한 작업

Avsp는 마찰력, 탄성 및 소성 변형에 대한 저항력을 극복하기 위한 보조 작업입니다.

수행되는 작업에는 전체 복잡한 물리적 현상이 수반됩니다.

기본 물리적 현상, 절단 과정에 수반되는 것은 다음과 같습니다:

1. 절삭력(R)

2. 절삭 온도 (T ˚С)

3. 공구 마모(절단 웨지)(h3)

4. 칩 수축(l)

절삭 공정(칩 형성)은 큰 열 발생, 금속 변형, 절삭 공구 마모 및 커터에 쌓이는 복잡한 물리적 공정입니다. 절단 공정의 법칙과 이에 수반되는 현상에 대한 지식을 통해 이 공정을 합리적으로 관리하고 더 나은 품질, 생산성 및 경제성으로 부품을 생산할 수 있습니다. 다양한 재료를 절단할 때 연속(연속), 치핑(원소) 및 파손과 같은 주요 유형의 칩이 형성됩니다(그림 참조).

부스러기 배출- a) 플라스틱 금속(예: 연강, 황동)을 절단할 때 형성됩니다. 고속 400-500°C의 온도에서 절단 및 저이송. 최적의 경사각에서 절단 각도를 줄이고 고품질의 절삭유를 사용하면 드레인 칩의 형성이 촉진됩니다.

칩칩- b) 서로 연결된 개별 요소로 구성되며 톱니 모양의 표면을 가지고 있습니다. 이러한 칩은 경강과 일부 황동을 낮은 절삭 속도와 높은 이송으로 가공할 때 형성됩니다. 절삭 조건이 변경됨에 따라 치핑 칩이 드레인 칩으로 변할 수 있으며 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.

깨진 부스러기- c) 저소성 재료(주철, 청동)를 절단할 때 형성되며, 별도의 조각으로 구성됩니다.

절단 도구는 절단되는 레이어뿐만 아니라 공작물의 표면 레이어도 변형합니다. 금속 표면층의 변형은 다양한 요인에 따라 달라지며 그 깊이는 100분의 1밀리미터에서 수 밀리미터까지 다양합니다. 변형의 영향으로 금속 표면층이 강화되고 경도가 증가하며 연성이 감소합니다. 즉, 처리된 표면이 경화되는 현상이 발생합니다. 가공되는 금속이 더 부드럽고 연성이 높을수록 경화 형성 과정이 더욱 강해집니다. 주철은 강철보다 경화 능력이 현저히 낮습니다. 가공경화의 깊이와 정도는 이송과 절삭깊이가 증가함에 따라 증가하고, 절삭속도가 증가함에 따라 감소합니다. 날카롭지 않은 도구를 사용하여 작업할 경우 날카롭게 날카롭게 만든 도구를 사용하여 작업할 때보다 작업 경화 깊이가 약 2~3배 더 큽습니다. 절삭유를 사용하면 표면층의 깊이와 경화 정도가 크게 감소합니다.

금속, 특히 연성이 있는 금속을 커터의 절삭날 가까이에서 가공할 때 가공되는 재료가 커터의 전면에 달라붙어 쐐기 모양의 금속 축적물을 형성하며 2-3 가공되는 재료의 경도보다 몇 배 더 단단합니다. 커터의 연속과 마찬가지로 빌드업(왼쪽 그림)은 커터의 기하학적 매개변수(δ1)를 변경합니다.<δ), участвует в резании металла и оказывает влияние на результаты обработки, износ резца и силы, действующие на резец. При обработке нарост периодически скалывается и вновь образуется; отрыв частиц нароста по длине режущего лезвия происходит неравномерно, что приводит к мгновенному изменению глубины резания. Эти явления, повторяющиеся периодически, увеличивают шероховатость обработанной поверхности. С увеличением пластичности обрабатываемого металла размеры нароста возрастают. При обработке хрупких металлов, например чугуна, нарост, как правило, не образуется.

절삭 속도 υ에서<5м/мин нарост не образуется. Наибольшая величина нароста соответствует υ=10-20 м/мин для инструмента из быстрорежущей стали и υ>초경 공구의 경우 90m/min. 따라서 이 속도에서는 마무리 작업을 권장하지 않습니다. 이송이 증가하면 빌드업도 증가하므로 정삭 가공에는 0.1-0.2mm/rev의 이송을 권장합니다. 절삭 깊이는 빌드업 크기에 큰 영향을 미치지 않습니다. 빌드업을 줄이려면 절삭 공구 전면 거칠기를 줄이는 것이 좋습니다. 가능하면 경사각 γ를 높이고(예를 들어 γ = 45°에서는 빌드업이 거의 형성되지 않음) 절삭유를 사용하십시오. 황삭 중에 구성인선이 형성되면 반대로 절삭 공정에 유익한 영향을 미칩니다.

발생하는 물리적 현상

절단 중

절단 과정에서 공작물 재료의 변형 및 파괴가 발생하며 다음과 같은 여러 가지 물리화학적 현상이 동반됩니다.

1) 공작물의 변형량에서는 재료의 복잡한 응력 상태가 발생하고 탄성 및 소성 변형이 발생하며 취성 및 연성 파괴가 발생합니다. 처리된 표면에 거칠기가 형성되고 가공물의 표면층에서 질감, 구조 및 모든 열물리적 및 전기적 특성의 변화가 발생합니다.

2) 절단 부위에 온도 불균일 발생

필드. 열 흐름의 복잡한 분포 패턴이 있으며 공구, 칩 및 부품의 표면층 사이에 열 전달을 위한 특수 조건이 생성됩니다.

3) 공구와 공작물 재료 사이의 접촉 영역의 마찰은 높은 압력과 온도에서 발생합니다. 때로는 비산화 표면에 특별한 유형의 마찰이 발생합니다. 즉 순수 마찰입니다.

4) 특정 절단 조건에서는 구성인선이라고 하는 층상 금속 형성이 웨지 전면에 나타납니다. 축적은 웨지의 형상을 변경하고 가공 조건에 영향을 미칩니다.

5) 마모, 긁힘, 접착, 확산 및 기타 현상의 영향으로 발생하는 다양한 유형의 웨지 파손(마모)이 발생합니다.

6) 냉각수 사용에는 윤활 및 냉각 물질이 ​​공구 및 공작물의 가열된 표면과 접촉할 때 발생하는 물리화학적 현상이 수반됩니다.

7) AIDS(Machine-Fixture-Tool-Workpiece) 시스템에서는 강제 진동 및 자체 진동이 발생하여 절삭 공정이 악화될 수 있습니다.

칩 형성

공구의 절단날 주위를 유동할 때 변형된 소재의 일부는 전면을 따라 이동하여 칩으로 변하고, 절단선 아래에 있는 다른 부분은 후면을 따라 이동하여 부품의 표면층을 형성합니다.

칩 형성과 부품 표면층의 형성은 절단 중 재료가 변형되고 파괴되는 단일 프로세스입니다.

칩의 종류

공작물 절단 조건에 따라 다양한 유형의 칩이 형성됩니다. 절삭 재료의 조건은 절삭 모드, 절삭 패턴, 절삭 공구의 형상, 공구 및 공작물 재료의 특성, 윤활제 냉각 기술제(LCTS)로 이해해야 합니다.

부스러기에 대한 최초의 분류는 1870년 러시아 과학자 I.A. 그의 논문 "절단에 대한 재료와 목재의 저항"에서 Thieme. 절삭 중에 발생하는 모든 칩은 연속형, 요소 결합형, 요소형 칩핑 및 파손의 네 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.

부스러기를 배출하십시오.배수 칩은 연속 테이프 형태를 가지며, 상단과 측면에는 작은 뾰족한 돌출부 형태로 소성 변형 흔적이 명확하게 보입니다(그림 14). 이러한 유형의 칩이 형성되면 가공물의 가공 표면이 매끄럽고 윤기나는 외관을 갖게 됩니다. 질긴 재료와 플라스틱 재료를 높은 절단 속도로 절단할 때 드레인 칩이 형성됩니다. , 중형 및 소형 큰 포지티브 경사각으로 이송 도구.

부스러기는 요소 연결되어 있습니다.요소 연결 쉐이빙은 서로 단단히 연결된 별도의 명확하게 정의된 요소의 모양을 갖습니다(그림 15). 이러한 칩이 형성되면 공작물의 가공 표면에는 소량의 찢어진 부분이 포함됩니다. 큰 크기의 플라스틱 재료를 가공할 때 요소 결합 칩이 형성됩니다. 평균 절삭 속도, 평균 이송 및 높은 그리고 평균 전면 모서리.

원소 치핑 칩.칩은 연결되지 않은 별도의 상대적으로 규칙적인 모양의 요소로 보입니다.

서로 (그림 16). 성형 후, 가공물의 가공 표면은 눈물로 인해 거칠어집니다. 이 유형의 칩은 중간 및 낮은 연성의 재료를 가공할 때 형성됩니다. 절단 속도, 중간 및 높음 피드 및 작은 경사각 .

1. 칩 형성. 앞서 언급했듯이 커터의 절단 부분은 비대칭 쐐기 모양으로 되어 있으며 특정 힘 P로 가공 중인 재료에 눌려집니다. 이 힘의 영향으로 절단 층이 압축되어 전체 길이를 따라 변형되지 않고 절단기 전면에 가까운 작은 영역에서만 변형됩니다.

가해진 힘의 영향으로 금속이 파괴되기 전에 변형의 특성이 점차적으로 변하는 것으로 알려져 있습니다. 따라서 연성 금속에서는 먼저 탄성(가역적) 변형이 발생하고 그 결과 금속 입자가 형성됩니다. 압축되거나 늘어납니다. 그런 다음 금속은 소성(되돌릴 수 없게) 변형되기 시작합니다. 이 경우 곡물은 서로에 대해 서로 멀어집니다. 그리고 마지막으로 가공되는 재료의 강도에 해당하는 일정한 외력 값에서 de

형성된 부분은 부서지고 주 덩어리에서 분리되어 칩 요소를 형성합니다. 이러한 현상은 절단 공정 전반에 걸쳐 지속적으로 반복됩니다.

부서지기 쉬운 금속은 탄성 한계에 도달하면 소성 변형 없이 거의 붕괴됩니다. 따라서 연성 금속보다 절단에 소요되는 작업이 훨씬 적습니다.

칩 요소의 치핑은 I. A. Thieme의 작품에서 전단 평면이라고 불리는 특정 평면 AB를 따라 발생합니다. 연성 금속을 절단할 때 이 평면은 절단 방향에 대해 거의 일정한 위치를 가지며 L-145-150e의 각도를 만듭니다. 이 각도를 전단 각도라고 합니다.

Ya.G, Usachev의 이후 연구에서는 금속 입자의 전단 방향이 전단 평면 AC를 따라 발생하고, 더 연성인 경우 전단 평면의 각도는 최대 30°이고, 덜 연성인 경우에는 0에 접근합니다.

절단 방식을 사용하면 다음 고려 사항을 통해 연성 금속 가공에 가장 적합한 절단기 경사각 값을 기하학적으로 설정할 수 있습니다. 전단 평면을 따라 이동하는 각 칩 요소는 동시에 이 평면에 수직으로 위쪽으로 이동합니다. 결과적으로, 칩 요소의 변형과 커터 전면에 대한 마찰을 줄이기 위해 후자가 이러한 움직임을 방해해서는 안됩니다. 이렇게 하려면 커터의 전면을 전단 평면에 수직으로 배치하는 것이 좋습니다. 이 경우, 각도 y와 0]은 서로 수직인 변을 갖는 각도로서 서로 동일해집니다. 전단각 D의 값을 사용하면 경사각의 합리적인 값은 30-35°여야 한다는 결론을 내릴 수 있습니다.^ 실제로는 절삭날의 강도를 높이기 위해 커터의 경사각을 상당히 작게 만듭니다. (약 1.5-2배) 가공된 재료 및 공구 재료의 기계적 특성에 따라 다릅니다.

절삭 공정(칩 형성)은 큰 열 발생, 칩 형성 중 금속 변형, 절삭 공구 마모 및 커터에 쌓이는 복잡한 물리적 공정입니다. 절단 공정의 법칙과 그에 수반되는 현상에 대한 지식을 통해 이 공정을 합리적으로 관리하고 더 나은 품질, 생산성 및 경제성으로 부품을 가공할 수 있습니다.

다양한 재료를 절단하는 과정에서 배수, 치핑 및 파손과 같은 주요 유형의 칩이 형성될 수 있습니다.

그림 1. 칩 유형 : a - 배수구, b - 치핑, c - 파손

부스러기 배출(그림 1a)는 연강, 황동 등 점성이 있고 부드러운 재료를 절단할 때 형성됩니다. 절단은 일반적으로 고속으로 발생합니다. 가공되는 금속의 절삭 속도와 점도가 높을수록 절삭 각도와 절삭 두께가 작아지고 절삭유 품질이 높아질수록 칩이 더 잘 배출됩니다.

깨진 부스러기(그림 1c)는 회주철과 같은 부서지기 쉬운 금속을 절단할 때 형성됩니다. 이러한 부스러기는 거의 관련이 없는 별도의 요소로 구성됩니다. 이러한 칩이 형성되면 처리된 표면은 큰 함몰과 돌출로 인해 거칠게 나타납니다. 예를 들어 중경도 주철을 가공할 때와 같은 특정 조건에서는 파손된 칩이 고리 형태로 나타날 수 있습니다. 여기서 배수 부스러기와의 유사점은 외부에만 있습니다. 왜냐하면 그러한 부스러기를 손에 가볍게 쥐는 것만으로도 충분하고 개별 요소로 쉽게 붕괴되기 때문입니다.

칩칩(그림 1 b)는 배수 칩과 파쇄 칩 사이의 중간 위치를 차지하며 높은 이송과 상대적으로 낮은 절삭 속도로 특정 유형의 황동 및 경강을 가공할 때 형성됩니다. 절삭 조건이 변경됨에 따라 치핑 칩이 드레인 칩으로 변할 수 있으며 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.

절삭 공구의 작용으로 절단된 금속층이 압축됩니다. 압축 과정(인장 과정 포함)에는 탄성 변형과 소성 변형이 수반됩니다.

가공 중에 절단 도구는 절단되는 레이어뿐만 아니라 공작물 재료의 표면 레이어도 변형합니다. 금속 표면층의 변형 깊이는 다양한 요인에 따라 달라지며 수백 분의 1에서 수 밀리미터에 이릅니다.

변형의 영향으로 금속의 표면층이 강화되고 경도가 증가하며 연성이 감소합니다. 경화처리된 표면.

가공되는 금속이 더 부드럽고 연성이 많을수록 더 많이 경화됩니다. 주철은 강철보다 경화 능력이 현저히 낮습니다. 가공 경화의 크기와 깊이는 이송과 절삭 깊이가 증가함에 따라 증가하고 절삭 속도가 증가함에 따라 감소합니다. 날카로운 절삭 공구로 작업할 때보다 무딘 절삭 공구로 작업할 때 가공 경화 깊이가 약 2~3배 증가합니다. 절삭유는 경화 깊이와 정도를 감소시킵니다.

특정 절단 조건에서 가공되는 재료는 커터 절단 가장자리의 전면에 달라붙어 소위 현상이 발생합니다. 성장. 쐐기 모양으로 되어 있으며, 가공하는 재료의 경도보다 2~3배 더 단단합니다. 말하자면 커터의 연속이기 때문에 빌드업은 기하학적 매개변수(d 1)를 변경합니다.<д), участвует в резании металла, влияет на результаты обработки, износ резца и силы, действующие на резец.

칩 수축절단 공정의 진행을 결정하는 중요한 매개 변수입니다. 따라서 칩 수축률의 변화는 절삭력, 가공 표면의 품질, 절삭 공구의 내구성 등의 변화를 수반합니다. 칩 수축 계수는 가공된 표면의 길이와 가공된 표면의 길이의 비율에 의해 결정됩니다. 칩의 범위는 1.1에서 10까지입니다. 칩의 수축 계수가 클수록 재료의 경도는 낮아지고 연성은 높아지며 가공성은 좋아집니다.

칩 수축 계수는 다양한 절삭 매개변수의 영향을 받습니다. 예를 들어 커터의 경사각이 증가하면 수축 계수는 감소하고 커터 팁의 곡률 반경이 증가하면 증가합니다. 절단 두께가 줄어들면 수축 계수가 감소합니다.