Обрабо́тка мета́ллов ре́занием, процесс отделения (срезания) с металлической заготовки (детали) поверхностного слоя (припуска) в виде стружки при помощи режущего инструмента. Применяется для придания деталям заданных форм и размеров, обеспечения точности и качества обработанных поверхностей, а также для удаления некачественных или загрязнённых слоёв материала.

Обработка металлов резанием – совокупность взаимосвязанных процессов стружкообразования (в результате различных деформаций), образования обработанных поверхностей и изнашивания рабочих поверхностей режущих инструментов, сопровождающихся большим тепловыделением.

Виды обработки металлов резанием.Виды обработки металлов резанием.Основные способы обработки металлов резанием – точение, строгание, сверление, развёртывание, протягивание, фрезерование, шлифование, хонингование. Они характеризуются различными движениями инструмента и обрабатываемой заготовки, обеспечивающими перемещение инструмента относительно заготовки, непрерывный или многократный съём припуска обрабатываемого материала путём образования стружки, а также конструктивными особенностями режущих инструментов. Обработка металлов резанием осуществляется лезвийными или абразивными режущими инструментами преимущественно на металлорежущих станках.

Основные характеристики любого вида обработки металлов резанием: скорость резания, глубина резания, подача. Скорость резания – это скорость инструмента или заготовки в направлении главного движения, в результате которого происходит отделение стружки от заготовки (м/мин). Глубина резания – это толщина (мм) снимаемого слоя металла за один проход (расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное по нормали). Подача – это перемещение режущей кромки резца в мм за один оборот заготовки.

При обработке металлов резанием обрабатываемый металл получает большие сдвиговые пластические деформации в зоне стружкообразования и ещё бóльшие деформации – в узкой прирезцовой зоне пластичного контакта стружки с инструментом.

При резании действует система сил, которая может быть приведена к единой равнодействующей силе. Важное значение имеют её составляющие:

• P_z – сила резания, действующая в плоскости резания в направлении главного движения;

• Р_у – радиальная составляющая, действующая перпендикулярно к оси заготовки (при точении) или к оси инструмента (при сверлении и фрезеровании);

• P_x – сила подачи, действующая в направлении подачи.

Силы P_z, P_y, Р_x влияют на условия работы станка, инструмента и приспособления, точность обработки, шероховатость обработанной поверхности детали и т. д. Величина сил резания зависит от свойств и структуры обрабатываемого материала, режима резания, геометрии и материала режущей части инструмента, метода охлаждения и др.

Важное значение для обработки металлов резанием имеет выбор рациональных конструкций и параметров режущих инструментов, инструментальных материалов, смазочно-охлаждающих сред, обеспечивающих наименьшую себестоимость обработки при выполнении требований к точности и качеству обработанных поверхностей, износостойкости инструмента и др.

При резании различных материалов образуются следующие основные типы стружек: сливные (непрерывные), скалывания (элементные), надломы (состоят из отдельных кусочков). Сливные стружки образуются при резании пластичных материалов (например, мягкой стали, латуни) с высокими скоростями резания и малыми подачами. Скалывания образуются при обработке твёрдой стали и некоторых видов латуни с малыми скоростями резания и большими подачами. Надломы появляются при резании малопластичных материалов (чугуна, бронзы).

На тип стружки оказывают влияние геометрические параметры режущего инструмента и режимы обработки. При резании пластичных материалов увеличение подачи приводит к последовательному переходу от сливной стружки к элементной, а хрупких материалов – от элементной стружки к стружке надлома. Тип стружки практически не зависит от глубины резания.

Под действием деформации при резании поверхностный слой обрабатываемого материала упрочняется (увеличивается твёрдость и уменьшается пластичность), происходит наклёп обрабатываемой поверхности. Смазочно-охлаждающие технологические средства уменьшают действующие силы резания, глубину и степень упрочнения поверхностного слоя.

При некоторых условиях резания на передней поверхности режущей кромки резца образуется застойная зона и нарост (налипает обрабатываемый материал), который имеет клиновидную форму и повышенную твёрдость обрабатываемого материала. Нарост изменяет геометрию режущей части инструмента, влияет на износ резца и силы резания.

Максимальные температуры поверхностей инструмента и соответствующие им режимы резания ограничиваются допускаемыми интенсивностями изнашивания или износостойкостью инструмента, а также пластичными деформациями режущего лезвия под действием напряжений и температур. При резании сталей твердосплавными инструментами максимальная температура составляет 900–1000 °С, а при резании труднообрабатываемых материалов (например, жаропрочных сплавов) она достигает более высоких значений – около 1200 °С.

Основы теории обработки металлов резанием разработаны российским учёным И. А. Тиме (1870) в конце 19 – середине 20 вв. Значительный вклад в развитие обработки резанием внесли К. А. Зворыкин (исследования сил резания), Я. Г. Усачёв (методы исследования процесса стружкообразования), Н. Н. Зорев (механика резания), А. Н. Резников (теплофизика резания), В. С. Кушнер (термомеханика резания), Т. Н. Лоладзе, М. Ф. Полетика (изнашивание и износостойкость инструментов при резании), А. С. Верещака (разработка износостойких покрытий), А. Д. Макаров, С. С. Силин (определение оптимальных режимов резания), А. И. Марков, В. Н. Подураев (вибрация при резании) и др.

Из-за сложности моделирования процесса резания рациональные режимы резания и параметры режущих инструментов определяются на основе эмпирического обобщения экспериментальных и производственных данных. При моделировании технологического процесса обработки металлов резанием учитывают расчётные температуры, силы резания, интенсивность изнашивания и характеристики износостойкости режущих инструментов, основанные на термомеханическом подходе.

В области совершенствования технологического оборудования перспективы связаны с созданием новых, более прочных и износостойких, инструментальных материалов и покрытий, а также высокоточных обрабатывающих центров, способных осуществлять различные способы обработки металлов резанием.