Змащувально-охолодні рідини (ЗОР) сприятливо впливають на процес різання металів, значно зменшують знос різального інструменту, підвищують якість оброблюваної поверхні та знижують витрати енергії, а також перешкоджають утворенню наросту біля різальної кромки інструмента і сприяють видаленню стружки та абразивних часток із зони різання.

Оброблюючи чавун та інші крихкі матеріали, ЗОР не застосовують, оскільки ефект від їхньої дії незначний. При роботі твердосплавним інструментом на високих швидкостях слід подавати інтенсивний і безперервний струмінь рідини, оскільки при переривистому охолодженні можуть утворюватися тріщини в різальних пластинках з твердого сплаву.

Найбільш ефективні змащувально-охолодні рідини при різанні в'язких, пластичних і таких, що дуже усталюються при деформації металів. При цьому із збільшенням товщини зрізу й швидкості різання позитивний ефект на стружкоутворювання від дії ЗОР зменшується.

ЗОР повинні мати високі охолодні, змащувальні, антикорозійні властивості й бути нешкідливими для працюючого. Усі застосовувані рідини можна розбити на дві основні групи — охолодні та змащувальні. До першої групи належать водні розчини й емульсії, що мають велику теплоємність і теплопровідність. Дуже поширені водні емульсії (кольору від молочно-білого до коричневого), до складу яких входять 2—20 % мастила та 0,3—2 % мила, і поверхнево-активні речовини. Водні емульсії застосовують під час обдиральних робіт, коли до шорсткості поверхні не ставлять високих вимог. До другої групи належать ЗОР, що мають високу маслянистість; мінеральні мастила, гас, а також розчини в мастилі або гасу поверхнево-активних речовин. Рідини цієї групи застосовують при чистових і оздоблювальних роботах. Застосовують також осірчені мастила, так звані сульфофрезоли, що містять сірку як активовану добавку.

Зношування різального інструмента під час різання металів значно відрізняється від зношування деталей машин. Зона різання характеризується високою хімічною чистотою тертьових поверхонь, високими температурою та тиском у зоні контакту.

Механізм зношування інструменту при різанні металів дуже складний. Тут мають місце абразивне, адгезійне та дифузійне зношування. Питома вага кожного з них залежить від властивостей контактуючих матеріалів інструмента і деталі, умов оброблення (перш за все від швидкості різання).

Абразивне зношування інструмента полягає у впровадженні матеріалу стружки в робочу поверхню інструмента. При цьому знімання металу з робочої поверхні інструмента відбувається мікродряпанням.

Адгезійне зношування інструмента відбувається в результаті схоплювання та прилипання тертьових поверхонь і подальшого відривання найдрібніших часток матеріалу інструмента.

Результатом цього виду зношування, що відбувається за температур нижчих 900 °С, є кратери на робочих поверхнях інструмента, при злитті яких утворюються лунки. При цьому дія адгезійного зношування підсилюється в зоні низьких і середніх швидкостей різання. Зменшити адгезійне зношування можна підвищенням міцності інструмента.

Дифузійне зношування інструмента відбувається в результаті взаємного розчинення металу деталі та матеріалу інструмента. На активність процесу розчинення впливає висока температура (900—1200 °С) контактного шару, що виникає за високої швидкості різання. Це призводить до зміни хімічного складу та фізико-хімічних властивостей поверхневих шарів інструмента, знижує його зносостійкість. Тому дифузійне зношування можна розглядати як різновид хімічного зношування.

Чим вищі механічні властивості оброблюваного матеріалу та вміст у ньому вуглецю, хрому, вольфраму, титану, молібдену, тим інтенсивніші зношування інструмента. Найбільше на інтенсивність зношування впливає швидкість різання, найменший — подача та глибина різання.

Як правило, інструменти зношуються по задній і передній поверхням. За критерій зношування зазвичай беруть допустимий знос hз, по задній поверхні інструмента (рис. 1.10.3, а–г). Наприклад, для твердосплавних різців при чорновій обробці знос hз складає 1,0—1,4 мм для сталі, 0,8—1,0 мм для чавуну, а при чистовій обробці 0,4—0,6 мм для сталі, 0,6—0,8 мм для чавуну.

Переважне зношування задньої поверхні зазвичай спостерігається при обробці сталей з малою товщиною зрізу (не більше 0,15 мм) і низькими швидкостями різання, а також при обробці чавуну. Пояснюється це так: за малих товщин зрізу радіус заокруглення різальної кромки порівняний із товщиною зрізу; за тонкої стружки зростає відносне значення пружної деформації поверхового шару; шлях тертя металу по задній поверхні більший, ніж по передній через усадку стружки.

Стійкість інструмента характеризується його здатністю без переточування якомога тривалий час обробляти заготовки відповідно до технічних вимог. Стійкість визначається тривалістю безпосередньої роботи (за винятком часу перерв) інструмента від переточування до переточування на заданому режимі різання до настання прийнятого критерію затуплення. Цей час називають періодом стійкості або стійкістю інструмента, його позначають літерою Т і вимірюють у хвилинах.

Швидкість різання значно впливає на стійкість інструмента. Зростання швидкості різання на 50 % знижує стійкість приблизно на 75 %, у той же час аналогічне збільшення подачі — лише на 60 %. Навпаки, зниження швидкості різання на 30 % може в певному інтервалі режимів оброблення збільшити стійкість інструмента в 2,5 рази, а зменшення подачі — усього в 1,4 рази.

Навантаження, що виникають під час різання металу, сприймаються інструментом і пристроєм для його кріплення, а також деталлю та пристроєм для її установлення та кріплення. Навантаження, що виникають, передаються через пристрої на вузли та механізми верстата, утворюється замкнена технологічна система: верстат — пристрій — інструмент — деталь.

У процесі оброблення сила різання не залишається постійною через зміни перерізів зрізуваної стружки, припуску на обробку, нерівномірності механічних властивостей матеріалу і розподілу сили різання. Зміна сили різання викликає затуплення і знос різального інструмента, наростоутворення й інші фактори, що впливають на процес різання. Під дією сил різання, що змінюються, елементи системи верстат — пристрій — інструмент — деталь деформуються, змінюючи цим умови різання, тертя та роботи приводу верстата. Характер зміни умов оброблення залежить від жорсткості зазначеної системи, тобто здатності перешкоджати пересуванню її елементів при впливові на них навантажень. Жорсткість є одним із основних критеріїв працездатності верстата і його точності роботи під навантаженням.

Характер зміни коливань у часі називають вібраціями. Коливання при різанні розділяють на вимушені, коли причиною коливань є періодично діючі збурні сили, і автоколивання, що не залежать від дії періодично збурних сил. Джерелами збурних сил вимушених коливань є незрівноважені частини верстата (шківи, зубчасті колеса, вали); дефекти в передавальних ланках; неврівноваженість оброблюваної заготовки; нерівномірний припуск на обробку та інші фактори.

Основними джерелами виникнення коливань є вимірювання сил різання через неоднорідність механічних властивостей оброблюваного матеріалу; поява змінної сили різання за рахунок зриву наросту; зміна сил тертя на поверхнях інструмента внаслідок зміни швидкості різання в процесі оброблення; сліди вібрацій від попереднього робочого ходу, що викликають зміну сил різання та пружні деформації оброблюваної деталі та різця тощо. На інтенсивність автоколивань впливають фізико-механічні властивості оброблюваного матеріалу, параметри режиму різання, геометричні параметри інструменту, жорсткість окремих елементів і всієї системи верстат — пристрій — інструмент — деталь, зазори в окремих ланках цієї системи.

Із збільшенням швидкості різання вібрації спочатку зростають, а потім зменшуються. При збільшенні глибини різання амплітуда коливань зростає, а зі збільшенням подачі зменшується. Із збільшенням головного кута в плані φ амплітуда коливань зменшується, а при збільшенні радіуса r заокруглення різця зростає. Знос різця по задній поверхні підсилює вібрації. Чим більший виліт різця і менші розміри його державки в поперечному перерізі, тим менша його жорсткість і, отже, більші виникаючі вібрації, причому з підвищенням швидкості різання вплив виліту різця на збільшення вібрацій зростає.

Знаючи причини виникнення вібрацій, можна знайти способи їх зменшення. Однак ці шляхи не завжди є раціональними. Наприклад, збільшення головного кута в плані хоча й зменшує вібрації, але разом із тим збільшує інтенсивність зношування різального інструмента тощо. Тому необхідно застосовувати такі способи зменшення вібрації, які не знижували б продуктивності та якості оброблення.

 Контрольні запитання

1. Що називають зносом фрези і які його причини?

2. Які поверхні головки фрези найбільше піддані зносу?

3. Як пояснити процес зносу фрези?

4. Що називають стійкістю інструмента?

5. Як впливає на стійкість фрези швидкість різання?

6. З якою метою при різанні металів застосовують змащувально-охолодні рідини (ЗОР)?

7. На які групи поділяються змащувально-охолодні рідини?

8. Чому чавун та інші крихкі матеріали обробляють без охолодження?