Резание металлов и режущие инструменты

РЕЗАНИЕ МЕТАЛЛОВ 
И РЕЖУЩИЕ 
ИНСТРУМЕНТЫ

В.Г. СОЛОНЕНКО
А.А. РЫЖКИН

Рекомендовано 
Межрегиональным учебно-методическим советом 
профессионального образования в качестве учебного пособия 
для учебных заведений, реализующих программу 
среднего профессионального образования 
по техническим специальностям 
(протокол № 5 от 11.03.2019)

Москва
ИНФРА-М
2020

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

УДК 621.9(075.32)
ББК 34.63я723
 
С60

Солоненко В.Г.
С60 
 
Резание металлов и режущие инструменты : учебное пособие / 
В.Г. Солоненко, А.А. Рыжкин. — Москва : ИНФРА-М, 2020. — 415 с. — 
(Среднее профессиональное образование). 

ISBN 978-5-16-015247-9
В учебном пособии рассмотрены элементы процесса резания металлов, инструментальные материалы, явления, сопровождающие процесс 
резания металлов, виды смазочно-охлаждающих жидкостей, режимы резания при точении, особенности отдельных видов лезвийной обработки, 
конструкции режущих инструментов, шлифование, инструментальное 
обеспечение автоматизированного производства. Даны элементы теории 
проектирования режущих инструментов, освещены вопросы моделирования и надежности режущих инструментов и процесса резания.
Для студентов учреждений среднего профессионального образования, 
обучающихся по техническим специальностям.

УДК 621.9(075.32)
ББК 34.63я723

Р е ц е н з е н т ы:
Старков В.К., доктор технических наук, профессор Московского 
государственного технологического университета «СТАНКИН», заслуженный деятель науки и техники РФ;
Безъязычный В.Ф., доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Технология авиационных двигателей, общего машиностроения и управление качеством» Рыбинской государственной 
авиационной технологической академии, заслуженный деятель науки 
и техники РФ

ISBN 978-5-16-015247-9
© Солоненко В.Г.,
 Рыжкин А.А., 2019

ПРЕДИСЛОВИЕ

В основу учебного пособия положены материалы, сформировавшиеся в результате многолетнего преподавания авторами таких дисциплин, как «Резание материалов», «Процессы формообразования и 
инструменты», «Режущий инструмент», «Проектирование инструментов», «Проектирование и производство режущих инструментов», 
«Теория проектирования инструментов», «Математическое модели­
рование процесса резания и режущих инструментов», «Физико-химические основы обработки материалов», «Надежность станочных и 
инструментальных систем» и др. Базовыми при подготовке лекционных курсов и, соответственно, настоящего учебного пособия явились 
книги известных советских и русских ученых и педагогов А. А. Авакова, В.Ф. Боброва, А,М. Вульфа, А.Д. Макарова, П.Р. Родина, И.И. Се- 
менченко, В.М. Матюшина, Г.Н. Сахарова, В.К. Старкова, П.И. Яще- 
рицина, М.Л. Еременко, Н.И. Жигалко и др. В некоторых разделах 
приведены результаты собственных исследований авторов.

В учебном пособии даны разделы, посвященные изучению явлений, сопровождающих резание металлов; дана информация о современных инструментальных материалах, о конструкциях режущих инструментов; изложены вопросы, связанные с их проектированием.

Можно надеяться, что научный уровень и последовательность 
изложения будут способствовать успешному усвоению учебного материала студентами технических специальностей для решения тех 
задач, которые будут возникать перед ними в их деятельности.

Авторы

ВВЕДЕНИЕ

С тех пор как человечество научилось применять для своих нужд 
металлы и сплавы, возникли вопросы, связанные с их обработкой для 
придания заготовкам из них соответствующих форм деталей. Основным способом получения деталей является способ удаления (скоблением, опиловкой, резанием) слоя металла в виде стружки с заготовки. 
Первые объяснения процессов, происходящих при этом, появились 
во второй половине XIX века и в начале XX столетия, когда зародилась 
наука о резании металлов (И.А. Тиме, К.А. Зворыкин, А.А. Брике, 
Я.Г. Усачев).

За прошедшие 100 с лишним лет проблемы, связанные с обработкой металлов резанием, не потеряли актуальности, а скорее — возросли. Это связано прежде всего с глобальным направлением человеческой деятельности — изготовлением всевозможных машин и агрегатов, которые бы снизили затраты живого труда. При этом в целом 
какой-либо серьезной альернативы сегодняшним металлическим 
конструкциям, несмотря на достаточно широкое применение, например, пластмасс, нет и не предвидится ее в обозримом будущем. 
Больше того, проблема не снижается в условиях широкого использования безотходных технологий получения деталей машин (высокоточных литья и ковки, порошковой металлургии) и методов, основанных на лазерных технологиях. Во всех случаях как минимум чистовая обработка путем снятия стружки (лезвийными или абразивными инструментами) нужна.

Необходимо также иметь в виду следующее. Машиностроение и 
важнейшая подотрасль его — станкостроение являются базами для 
изготовления любых изделий, которые люди применяют в своей деятельности и жизни. Для получения наибольшей отдачи от отрасли и 
подотрасли необходимо совершенствование с выведением их на качественно новый уровень максимальной автоматизации. Эта задача 
не может быть решена без внедрения в производство прогрессивных 
конструкций режущих инструментов на основе изучения физических 
процессов, сопровождающих резание металлов. Такое изучение необходимо как продолжение столетнего исследования в связи с ис4

пользованием новых конструкционных материалов, обладающих неизвестными свойствами с точки зрения их обрабатываемости резанием; в связи с появлением перспективных инструментальных материалов, не содержащих, в частности, дефицитных вольфрама и кобальта 
(появление новых инструментальных материалов, позволяющих работать на повышенных скоростях резания по сравнению с традиционными режущими материалами, всегда приводило к модернизации 
существующих станков или замене их парка — требовались более 
мощные приводы, повышенные жесткость, точность и т. д.), и, главное, со стремлением повысить производительность металлообработки.

Международные данные говорят о том, что незапланированные 
остановки автоматизированного и автоматического оборудования 
из-за несвоевременного вывода из строя режущих инструментов и 
других проблем обработки резанием составляют до 50 % всех отказов 
такого оборудования. Это еще раз подчеркивает значимость металлообработки резанием, которая согласно тем же международным данным будет превалировать при изготовлении деталей машин в обозримом будущем. 
. .

В учебном пособии даны десять разделов, включающих вопросы 
элементов процесса резания, инструментальных материалов, явлений, сопровождающих процесс резания металлов, смазочно-охлаждающих жидкостей, особенностей отдельных видов лезвийной 
обработки с конструкциями режущих инструментов, шлифования, 
элементов теории проектирования, моделирования и надежности 
режущих инструментов. Авторы надеются, что книга поможет студентам глубже изучить особенности процесса обработки металлов 
резанием и использовать полученные знания в своей дальнейшей 
практической деятельности.

1. ЭЛЕМЕНТЫ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ МЕТАЛЛОВ

Сущность технологии изготовления деталей машин состоит в последовательном использовании различных технологических способов воздействия на обрабатываемую заготовку для придания ей заданных формы и размеров. Одним из таких способов является механическая обработка резанием, которая осуществляется режущими 
инструментами (РИ) на металлорежущих станках. Обработка резанием заключается в срезании с обрабатываемой заготовки некоторой 
части металла, оставленной на обработку и названной припуском. Он 
может удаляться одновременно с нескольких поверхностей заготовки 
или последовательно друг за другом с каждой обрабатываемой поверхности. Иногда припуск может быть настолько большим, что его 
срезают не сразу, а за несколько проходов. После срезания всего припуска заготовка превращается в готовую деталь.

Металл, удаляемый в процессе резания с заготовки, подвергается 
пластическому деформированию и разрушению, в результате чего, 
отделившись от заготовки, приобретает характерную форму; в таком 
виде его называют стружкой. Срезаемая с заготовки стружка является отходом обработки металлов резанием. Пластическое деформирование и разрушение материала с превращением его в стружку проходит в специфических условиях. Это определяет и специфические условия процесса, справедливые только для резания металлов. Таким 
образом, все виды и способы получения деталей машин, основанные 
на срезании припуска и превращения его в стружку, определяются 
сочетанием «резание металлов» [18; 66].

При всем многообразии вопросов, касающихся обработки металлов резанием, необходимо начать с элементарных понятий, определившись с поверхностями, имеющими место при резании металлов. 
При этом следует ориентироваться на самый простой способ обработки резанием — точение.

1.1. ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ТОЧЕНИИ

Технология изготовления большинства деталей механизмов и машин включает операции механической обработки снятием стружки — для обеспечения формы, размеров и шероховатости поверхно
6

1.2*. КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ТОКАРНОГО РЕЗЦА

Державка II резца (рис 1.2) представляет собой стержень прямоугольного, квадратного или другого сечения и служит для закрепления его в резцедержателе станка.

Головка резца (рабочая часть) /участвует непосредственно в снятии стружки; ограничивается она передней 6, главной задней 7, вспомогательной задней 5, нижней и боковой поверхностями. Пересечение передней и главной задней поверхностей образует главную режущую кромку 2, а пересечение передней и вспомогательной задней — 
вспомогательную режущую кромку 4. Пересечение главной и вспомогательной режущих кромок образует вершину 3 резца.

По передней поверхности 2, воспринимающей давление срезаемого слоя, сходит стружка 1 (рис. 1.3). Главная задняя поверхность 
обращена к поверхности 2 (см. рис. 1.1), с которой снимается стружка 
и которая называется поверхностью резания. Вспомогательная задняя поверхность обращена к обработанной поверхности 3, т. е. к по­
верхности, полученной после снятия припуска [78].

Рис. 1.2. Конструктивные элементы токарного резца

7

1.3. ДВИЖЕНИЯ ПРИ ТОЧЕНИИ

При обработке на токарных станках различают два движения: 
главное — вращательное движение v заготовки и движение подачи S 
резца (рис. 1.4) [78].

а 
б

Рис. 1.4. Схемы главного движения и движения подачи при точении: 

а — продольном; б — поперечном

1.4. СИСТЕМЫ КООРДИНАТ И КООРДИНАТНЫЕ ПЛОСКОСТИ 
(НА ПРИМЕРЕ ТОЧЕНИЯ)

Согласно ГОСТ 25762—83 [8] различают следующие системы координат и координатные плоскости.

Инструментальная система координат — прямоугольная система 
координат с началом в вершине лезвия, ориентированная относительно геометрических элементов режущего инструмента, принятых 
за базу. Инструментальная система координат применяется для изготовления и контроля инструмента.

Статическая система координат — прямоугольная система координат с началом в рассматриваемой точке режущей кромки, ориентированная относительно направления скорости главного движения 
резания. Статическая система координат применяется для приближенных расчетов углов лезвия в процессе резания и для учета изменения этих углов после установки инструмента на станке.

Кинематическая система координат — прямоугольная система координат с началом в рассматриваемой точке режущей кромки, ориентированная относительно направления скорости результирующего 
движения резания.

8

Основная плоскость — координатная плоскость, проведенная через рассматриваемую точку режущей кромки перпендикулярно направлению скорости главного или результирующего движения резания в этой точке.

Инструментальная основная плоскость — основная плоскость инструментальной системы координат.

Статическая основная плоскость — основная плоскость статической системы координат.

Кинематическая основная плоскость — основная плоскость кинематической системы координат.

Плоскость резания — координатная плоскость, касательная к режущей кромке в рассматриваемой точке, перпендикулярная основной плоскости.

Инструментальная плоскость резания — координатная плоскость, 
касательная к режущей кромке в рассматриваемой точке и перпендикулярная инструментальной основной плоскости.

Статическая плоскость резания — координатная плоскость, касательная к режущей кромке в рассматриваемой точке и перпендикулярная статической основной плоскости.

Кинематическая плоскость резания — координатная плоскость, 
касательная к режущей кромке в рассматриваемой точке и перпендикулярная кинематической основной плоскости.

Главная секущая плоскость — координатная плоскость, перпендикулярная линии пересечения основной плоскости и плоскости резания.

Инструментальная главная секущая плоскость — координатная 
плоскость, перпендикулярная линии пересечения инструментальной 
основной плоскости и плоскости резания.

Статическая главная секущая плоскость — координатная плоскость, перпендикулярная линии пересечения статических основной плоскости и 
плоскости резания.

Кинематическая главная секущая плоскость — координатная плоскость, перпендикулярная линии пересечения статических основной плоскости и плоскости резания.

Кинематическая главная секущая плоскость — координатная плоскость, перпендикулярная линии пересечения кинематических основной плоскости и плоскости резания. 
точении

9

Нормальная секущая плоскость — плоскость, перпендикулярная 
режущей кромке в рассматриваемой точке.

Секущая плоскость схода стружки — плоскость, проходящая через 
направления схода стружки и скорости резания в рассматриваемой 
точке режущей кромки.

На рис. 1.5 показано взаимное положение плоскости резания 1 и 
основной плоскости 2.

1.5. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ТОКАРНОГО РЕЗЦА

Обработка резанием производится различными РИ: резцами, 
сверлами, фрезами, протяжками и т. д. В каждом из них можно выделить режущий клин, определяющий возможности срезания некоторого слоя металла (припуска). Форма режущего клина бывает различной и определяется наиболее простым и удобным видом инструмента 
для изучения геометрических параметров его режущей части. На основании понятий и определений геометрических параметров токарного резца, имеющего в своем сечении режущий клин, изучают геометрию более сложных РИ.

На рис. 1.6 даны геометрические параметры токарного резца.
Передний угол у — угол между следом касательной к передней поверхности в рассматриваемой точке и нормалью в той же точке к следу плоскости резания. Назначение переднего угла — обеспечить беспрепятственный сход стружки по передней поверхности РИ. Он может быть положительным, направленным в тело резца (см. рис. 1.6), 
нулевым и отрицательным. Зависит величина переднего угла от 
свойств обрабатываемого материала: для материалов, дающих сливную стружку, он положительный; для материалов, дающих стружку 
скалывания, он нулевой или отрицательный. Кроме того, нулевой передний угол применяют у фасонных режущих инструментов (в частности, резцов) с целью сохранения профиля при переточках таких 
инструментов по передним поверхностям.

Главный задний угол а — угол между следом касательной к главной 
задней поверхности в рассматриваемой точке и следом плоскости резания. Назначение заднего угла — обеспечить свободное перемещение задней поверхности резца относительно поверхности резания. 
Он может быть положительным, направленным в тело резца (см. рис. 
1.6). В исключительных случаях он может быть нулевым; в этом случае след задней поверхности совпадает со следом плоскости резания. 
Главный задний угол не может быть отрицательным, поскольку в

10