Тепловые деформации, остаточные напряжения при фрезеровании

Тепловые деформации, испытываемые инструментом, заготовкой, приспособлением и самим станком, происходят вследствие выделения значительного количества теплоты в процессе резания. Источником теплоты является работа, затрачиваемая на пластические деформации материала заготовки в зоне резания, трения стружки о переднюю поверхность зуба и задней поверхности зуба инструмента о заготовку.

Основная часть теплоты переходит в стружку (примерно 80—85 % теплового потока). Другая часть теплоты распределяется между режущим инструментом и заготовкой. Кроме этого, небольшой процент теплоты рассеивается окружающей средой. В зависимости от режима резания количество теплоты различно и возрастает с увеличением скорости резания.

При фрезеровании поверхностей, составляющих значительный процент от общей поверхности заготовки (15—25 % и более) за одну ее установку, количество теплоты, поступающей в тело заготовки, может быть относительно большим и вызвать тепловые деформации, влекущие нарушения требуемой точности, особенно в таких технических требованиях, как прямолинейность, плоскостность, параллельность и т. п. Для предотвращения нарушения точности применяют смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ), отводящие теплоту из зоны резания.

Остаточные напряжения — это те внутренние напряжения, которые сохраняются в заготовке при отсутствии внешних сил. Остаточные напряжения либо возникают в заготовках в процессе их изготовлении как полуфабрикатов (поковка, штамповка, отливка), либо "проходят" в них с металлом — прокатом. За некоторый период времени после возникновения остаточные напряжения в исходных заготовках уравновешиваются, т. е. не проявляются в виде их короблении, изогнутости, нарушения формы и т. п.

При механической обработке, когда с заготовки в виде припуска удаляется часть металла, происходит перераспределение внутренних напряжений, и их временное равновесие нарушается. Освобожденные, ранее уравновешенные силы деформируют заготовку (изделие), причем не егхмуь а постепенно за некоторый относительно продолжительный период времени. При этом изменение формы может быть таким значительным, что сделает изделие вовсе недоброкачественным.

Сам процесс механической обработки резанием также служит источником (не столь существенных по значению) остаточных напряжений, которые возникают в процессе пластических деформаций поверхностного слоя и в результате нагрева в зоне резания.

Мерой устранения вредных последствий остаточных напряжений служит разделение обработки резанием на несколько этапов. На первом этапе выполняется черновая (предварительная) обработка фрезерованием, удаляющая наибольшую часть припуска с поверхностей заготовки. Затем заготовка подвергается получнетовои обработке по тем же поверхностям, и заканчивают изготовление изделии чистовой, окончательной обработкой. Такой порядок обработки может быть рекомендован и в тех случаях, когда в процессе фрезеровании за одну операцию могут и не возникнуть сколько-нибудь существенные остаточные напряжения, но к детали предъявляются высокие технические требования.

Для уменьшения износа фрезы также прибегают к использованию СОЖ в процессе резания. Это продиктовано необходимостью снижения температурных деформаций для зубьев фрезы и обрабатываемой заготовки, а также уменьшения трения между зубом фрезы, стружкой и заготовкой.

В табл. IV. 4. приведены рекомендации по применению СОЖ для различных условий фрезерования. Существенное влияние оказывает и способ подачи охлаждающей жидкости к обрабатывающей фрезе. Наиболее распространен способ подачи свободным поливом, но он одновременно и наименее эффективен. Хорошие результаты получаются при подаче жидкости в распыленном виде под давлением [(15÷20) 104 Па] со стороны задней поверхности зубьев. При попадании СОЖ на раскаленный инструмент происходит интенсивное парообразование и отвод тепла существенно улучшается. Стойкость фрезы повышается в ряде случаев в 2—3 раза. Однако испарения СОЖ вредны при их вдыхании. Мерами защиты человека являются: использование фрезеровщиком респиратора; экранирование зоны обработки и создание путем ее вентилирования небольшого понижения в ней давления по сравнению с окружающим пространством.

Таблица IV.4. Смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ), рекомендуемые для фрезерования