Науки, изучающие явления при резании материалов
Резание – это процесс изменения формы, который основан на образовании новых поверхностей посредством отделения силовым воздействием части обрабатываемого материала, подвергаемого пластической деформации или разрушению всего объема отделяемой части.
Из-за многогранности явлений, которые протекают при резании материалов, в исследовании этого процесса принимают участие многие фундаментальные науки:
- Механизмы действия сил, которые обусловливают удаление срезаемого слоя с заготовке в виде отделяемых элементов – область изучения механики.
- Физика и теплофизика занимаются изучением механизмов электрических явлений, выделения тепла, появления колебаний и вибраций в зоне резания, а также образования и распространения тепловых потоков между стружкой, заготовкой и инструментом.
- Трибоника и трибология занимаются изучением трения между обрабатываемой поверхностью, инструментом и стружкой, а также износа режущего инструмента и процесса формирования рельефа обработанной поверхности.
- Химия занимается изучением действия охлаждающих и смазочных свойств органических соединений, которые используются при резании.
- Технология металлов (как наука о свойствах и способах получения металлов, сплавов и неметаллических материалов) занимается изучением исходных физико-механических свойств сырья, заготовки.
- Металловедение изучает структурные изменения поверхности инструментальных материалов, при разрушительном воздействии во время резания.
- Сопротивление материалов изучает особенности деформации срезаемого слоя под действием режущего инструмента.
- Технология машиностроения изучает проблемы обеспечения оптимальных условий формообразования поверхности изделия и технико-экономических показателей производственного процесса при помощи различных этапов резания.
История развития науки о резании металлов в производстве
До середины 18 века основным материалом, который использовался в инженерных сооружениях, было дерево. Токарные и другие станки в основном изготавливались из дерева и, в большинстве случаев, применялись для обработки деревянных деталей. Такие процессы, как растачивание ствола пушки, изготовление металлических винтов и деталей небольших инструментов были исключением. Появление паровой машины, которая требовала обеспечения беспрецедентной точности размеров на больших металлических цилиндрах и прочих деталях, стало причиной развития процессов обработки металлов резанием.
При появлении паровых машин станкостроительной промышленности не существовало. С 1760 по 1860 г. происходило основание предприятий, которые занимались производством металлорежущих станков. Моделей, Уитворт и Эли Уитни, посвятили свою жизнь совершенствованию- основных видов металлорежущих станков, которые использовались при обработке цилиндрических и плоских поверхностей, резьбы, канавок, пазов и т. п. Были разработаны жесткие токарные, поперечно-строгальные, фрезерные и сверлильные станки, а также механические пилы, на которых мастера обрабатывали большое количество точных деталей и конструкций, различных форм и размеров.
К 1860 году основные проблемы получения деталей необходимой формы были в основном решены. Имелось небольшое количество материалов, подлежащих обработке, к ним относятся чугун, пудлинговое железо и некоторые сплавы основе меди. Высокоуглеродистая инструментальная сталь, закаленная и отпущенная кузнецом, должна была отвечать всем требованиям, которые предъявлялись к инструментам. Состав и качество инструментальных сталей были значительно улучшены за сто лет практики выплавки в тиглях, но недостатки даже лучших инструментов из углеродистых сталей стали причиной очевидного сдерживания роста производительности механической обработки.
Сейчас обработка металлов резанием занимает большой удельный вес в промышленности. Автомобильная промышленность, электротехническая, железнодорожная, судостроительная, авиационная, производство бытового оборудования и собственно станкостроение имеют большие заводы с тысячами рабочих, занятых механической обработкой. В 1971 году в Соединенном Королевстве было более одного миллиона станков, из которых около 85 % были металлорежущими. Стоимость всей механической обработки в Соединенных Штатах Америки, в 1971 году составляла порядка 40 миллиардов долларов. Оценка, которые была проведена в 1957 году в Америке, показала, что более 15 миллионов тонн металлов было переведено в стружку, в тот же год было произведено 100 миллионов тонн стали. Таким образом можно сделать вывод, что около 10 % всего производимого металла переводилось в стружку.
