Резание материалов: в 2 ч. Часть 1

Министерство образования и науки Российской Федерации 
 
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение 
высшего образования 
«Томский государственный архитектурно-строительный университет» 
 
 
Серия «Учебники ТГАСУ» 
 
 
В.И. Васильев, А.В. Негодин 
 
 
РЕЗАНИЕ МАТЕРИАЛОВ 

Часть 1 
 
 
Рекомендовано Учебно-методическим советом ТГАСУ  
в качестве учебного пособия для подготовки  
бакалавров, специалистов, магистров по направлениям: 
23.03.02 «Наземные транспортно-технологические комплексы»,  
23.05.01 «Наземные транспортно-технологические средства»,  
08.03.01 «Строительство»,  
23.03.03 «Эксплуатация транспортно-технологических машин  
и комплексов», 08.04.01 «Строительство» 
 
 
 
 
 
Томск 
Издательство ТГАСУ 
2016 

УДК 621.86(075.8) 
ББК 34.5я7 
 
 
Серия «Учебники ТГАСУ» основана в 2013 году 
 
 
Васильев, В.И. Резание материалов: в 2 ч. Часть 1 
[Текст] : учебное пособие / В.И. Васильев, А.В. Негодин. – 
Томск : Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та, 2016. – 236 с. 
ISBN 978-5-93057-738-9 (общ.) 
ISBN 978-5-93057-736-5 (ч. 1) 
 
В учебном пособии изложен материал для изучения курса по технологии машиностроения. Дана техническая информация о материалах российского и зарубежного производства, используемых в машиностроении и строительстве, приведена техническая характеристика оборудования, приспособлений для токарной и фрезерной групп станков. Рассмотрены режимы 
резания, представлены их расчетные данные и виды режущего инструмента. 
Учебное пособие рекомендовано Учебно-методическим советом 
ТГАСУ. Предназначено для подготовки бакалавров, специалистов, магистров 
по направлениям: 23.03.02 «Наземные транспортно-технологические комплексы», 23.05.01 «Наземные транспортно-технологические средства», 08.03.01 
«Строительство», 23.03.03 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов», 08.04.01 «Строительство». Пособие может быть использовано инженерами и специалистами в области машиностроения, производства 
и ремонта машин. 
УДК 621.86(075.8) 
ББК 34.5я7 
Рецензенты: 
докт. техн. наук, профессор кафедры теоретической и прикладной механики Национального исследовательского Томского политехнического университета Л.А. Саруев; 
канд. техн. наук, доцент кафедры строительных и дорожных 
машин Томского государственного архитектурно-строительного университета С.М. Кравченко. 
 
ISBN 978-5-93057-738-9 (общ.) 
ISBN 978-5-93057-736-5 (ч. 1) 
© Томский государственный 
    архитектурно-строительный 
    университет, 2016 
© Васильев В.И., Негодин А.В., 2016 
 

В20 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Введение ........................................................................................ 5 
1. Материалы ............................................................................... 8 
1.1. Чугуны и его сплавы ........................................................... 8 
1.2. Стали и сплавы ...................................................................18 
1.3. Алюминий и его сплавы ....................................................25 
1.4. Магний и магниевые сплавы .............................................26 
1.5. Титан и титановые сплавы.................................................27 
1.6. Медь и медные сплавы ......................................................28 
1.7. Никелевые сплавы .............................................................29 
1.8. Кобальтовые сплавы ..........................................................30 
1.9. Инструментальные материалы ..........................................32 
1.10. Пластмассы ......................................................................39 
1.11. Термопласты ....................................................................40 
1.12. Ректопласты .....................................................................40 
1.13. Эластомеры ......................................................................41 
1.14. Термопластичные эластомеры ........................................42 
1.15. Пластмассы, армированные волокном ............................42 
1.16. Стеклопластики ................................................................43 
2. Основные принципы резания ...............................................49 
2.1. Качество поверхности........................................................61 
2.2. Процесс образования стружки ..........................................74 
3. Классификация металлорежущих станков .........................88 
3.1. Станки токарной группы ...................................................96 
3.2. Расчет режимов резания при токарной обработке.......... 102 
4. Процесс фрезерования ......................................................... 133 
4.1. Требования к точности фрезерной обработки ................ 137 
4.2. Фрезерование уступов ..................................................... 141 
4.3. Фрезерование торцевых поверхностей ........................... 142 
4.4. Фрезерование профильных поверхностей ...................... 143 

4.5. Фрезерование пазов ......................................................... 143 
4.6. Резьбофрезерование ......................................................... 145 
4.7. Силы резания и критерии мощности............................... 164 
4.8. Периферийное фрезерование .......................................... 176 
4.9. Торцевое фрезерование ................................................... 178 
4.10. Режимы резания при круговой интерполяции .............. 181 
4.11. Факторы, влияющие на результат фрезерования .......... 186 
5. Вспомогательный инструмент ............................................ 188 
5.1. Приводные головки для фрезерных станков .................. 199 
Библиографический список .................................................... 202 
Приложение ............................................................................... 206 
 

ВВЕДЕНИЕ 

Машиностроение является важнейшей отраслью промышленности, производящей различные машины, станки, приборы 
и металлические предметы культурно-бытового назначения. 
Уровень развития машиностроения в решающей степени определяет состояние всех других отраслей промышленности, производительность труда в производстве совокупного продукта 
и, в конечном итоге, уровень жизни людей. Как самостоятельная 
отрасль производства машиностроение сложилось в XVIII в. 
Быстрое развитие оно получило в Англии и странах Западной 
Европы, затем в США. В России первые машиностроительные 
заводы построены в конце XVIII в. – в середине XIX в. По своему техническому уровню и масштабам производства машиностроение России существенно отставало от западноевропейских 
стран. Половину необходимого оборудования для различных 
отраслей производства приходилось ввозить из-за границы. 
Бурное развитие машиностроения в нашей стране произошло 
после Великой Октябрьской социалистической революции. 
В связи с развитием отечественного машиностроения для 
более эффективного использования его возможностей потребовались научно обоснованные руководящие материалы и нормы 
по рациональному использованию имеющихся мощностей, выбору оптимальных условий и режимов обработки. Для удовлетворения этих потребностей впервые в мировой практике машиностроения были составлены и в предвоенные годы изданы 
массовым тиражом «Единые нормативы» по оптимальной механической обработке всех используемых в то время конструкционных материалов для всех видов работ и всех используемых режущих инструментов. 
Свидетельством колоссальных достижений машиностроения Советского Союза является создание оборудования для атомных электростанций, крупнейших в мире установок для изучения 
атомного ядра, атомных подводных лодок и ледоколов, уникаль

ной реактивной авиационной техники, космических ракет, искусственных спутников Земли и долговременных орбитальных станций, а также строительство таких гигантов машиностроения, как 
Атоммаш, АвтоВАЗ, КамАЗ и другие промышленные предприятия. Современное машиностроение характеризуется широким 
применением металлорежущих станков с числовым программным управлением и автоматизированных технологических комплексов, работающих по принципу «безлюдной технологии». Для 
изготовления режущих инструментов используются новые сверхтвердые композиционные материалы, синтетические и природные алмазы. Производственный потенциал отечественного машиностроения за годы Советской власти сильно возрос и был 
очень велик, однако в настоящее время в связи с переустройством 
страны он используется крайне мало. 
В данном учебном пособии изложены современные представления о резании материалов. Охарактеризованы основные 
направления оптимизации режущих инструментов, режимов резания, а также описаны современные инструментальные материалы и износостойкие покрытия. Рассмотрены вопросы обрабатываемости резанием углеродистых, легированных и жаропрочных 
сталей, описываются элементы срезаемого слоя и геометрические 
параметры режущего инструмента, исходя из их температурных 
и других физических явлений. Даны характеристики процесса 
резания, например износ, стойкость, сила резания, процесс 
стружкообразования, качество обработанной поверхности. Рассмотрены вопросы формирования обработанной поверхности, 
общие представления о конструкции и геометрии режущего инструмента для отдельных видов обработки (точения, фрезерования). Даны общие представления о конструкции и геометрии режущего инструмента, используемого в станочных системах. 
Рассмотрены современные металлические и неметаллические конструкционные материалы, способы формообразования 
резанием цилиндрических, плоских и фасонных поверхностей, 
особенности процесса резания труднообрабатываемых кон

струкционных материалов. При рассмотрении каждого способа 
обработки приведены технологические особенности и возможности, описание основных схем, технологические требования, 
предъявляемые к заготовкам. Даны практические рекомендации 
по выбору способа и режима обработки. 
Резание – это процесс снятия лишнего материала (припуска) с заготовки режущим инструментом для получения детали 
с заданными размерами и шероховатостью (качеством поверхности). Отходом при резании является стружка, которая может 
быть разной (скалывания, надлома, сливной и др.), в зависимости от свойств материала, скорости резания, сечения снимаемого слоя и состояния инструмента: угла резания, заточки, материала режущей кромки и др. При резании заготовка и режущий 
инструмент испытывают большие деформации и нагрузки, превращающиеся в теплоту, которая распределяется между стружкой (до 80 %), деталью и режущим инструментом. Температура 
режущей кромки инструмента всегда выше температуры стружки. В зависимости от режима резания температура нагрева перераспределяется. Так, с повышением скорости резания количество теплоты, отводимое в обрабатываемую деталь, уменьшается, а в инструмент и стружку – увеличивается. 
Данное учебное пособие предназначено для научных и инженерно-технических работников машиностроительных предприятий и научно-исследовательских институтов, будет полезно 
преподавателям, аспирантам, студентам, специализирующимся 
в области обработки материалов резанием. 

1. МАТЕРИАЛЫ 

1.1. Чугуны и его сплавы 

Под чугуном понимаются сплавы железа с углеродом с содержанием углерода C > 2 % (в большинстве случаев до 4 %). 
В качестве легирующих элементов используются, в основном, 
кремний, марганец, фосфор и сера. Коррозионная стойкость 
и жаропрочность достигаются путём добавления никеля, хрома, 
молибдена и меди. Легирующие элементы, добавляемые в чугун, оказывают воздействие на обрабатываемость резанием 
в той мере, в какой они могут оказать её в качестве карбидообразующих элементов и/или в той мере, в какой они воздействуют на их прочность и/или закалку. 
Отбелённый чугун имеет хрупкую структуру и не обладает 
столь высокой прочностью на разрыв, как литейная сталь. 
В машиностроении отливки из сплошь отбелённого чугуна (литьё, застывшее добела по всему поперечному сечению) применяются сравнительно мало и почти всегда только в необработанном состоянии. Значительно большое значение имеет чугун 
с отбеленным поверхностным слоем (целенаправленное охлаждение, при котором набело застывает только верхний слой) 
с твёрдой и износостойкой поверхностью с оптимизированной 
вязкостью внутри. Примеры использования: валки, распределительные валы, штампы и т. п. 
Свои специфические свойства ковкий чугун приобретает 
только после термообработки (отжиг). В зависимости от способа 
термообработки образуется чёрный или белый ковкий чугун. По 
своей прочности ковкий чугун занимает промежуточное положение между серым чугуном и литейной сталью. Обрабатываемость резанием толстостенных деталей из белого ковкого чугуна хуже, вследствие повышенной доли перлита, чем у тонкостенных деталей (обезуглероженный слой достигает толщины 
7 мм). Поэтому белый ковкий чугун преимущественно исполь

зуется для изготовления тонкостенных деталей. Чёрный ковкий 
чугун в отличие от белого имеет по всему поперечному сечению 
отливки однородную структуру из феррита с включениями углерода отжига. Таким образом, чёрный ковкий чугун лучше 
поддаётся обработке резанием, чем отбелённый. Этот чугун используется преимущественно для толстостенных деталей, которые затем проходят обработку резанием. 
Различные типы серого чугуна отличаются друг от друга 
в основном геометрической формой графита. Чугун с пластинчатым графитом (другое его название серый чугун или сокращенно СЧ) обладает уникальными демпфирующими свойствами, однако он не так прочен, как белый чугун. Даже небольшие 
изменения структуры приводят к значительным изменениям 
стойкости режущих инструментов. 
Чугун с шаровидным графитом (ВЧ) обладает более низкой 
демпфирующей способностью (примерно в 2 раза). Однако относительно хорошо поддаётся обработке резанием ковкий чугун, 
обработанный изотермическим отпуском, – относительно новая 
группа обрабатываемых материалов на базе чугуна с шаровидным графитом. В результате многоступенчатой термообработки 
данного материала удается добиться качества, которое характеризуется такими свойствами, как значительная продольная деформация при высокой прочности на растяжение и исключительная 
износостойкость, что позволяет использовать материал при экстремальных нагрузках. За счет термообработки создаётся особая 
микроструктура. Подобная структура состоит из игольчатого 
феррита в перенасыщенной углеродом аустенитной матрице (углерод присутствует преимущественно в форме сферических частиц). В качестве названия данной структуры используется термин «аусферрит». По сравнению с традиционными чугунами чугун обладает значительно более высокой удельной прочностью. 
По этому показателю он соответствует высокопрочным сталям 
и лёгким металлам. Применяется данный чугун главным образом 
для изготовления рассчитанных на высокие нагрузки конструк

тивных элементов автомобилей, гидравлического оборудования, 
а также приводных механизмов. Однако по причине высокой 
прочности и износостойкости обработка чугуна резанием является низкорентабельной с точки зрения реальной стойкости инструмента. Чугун с компактным червеобразным графитом – новейший материал, который объединяет в себе положительные 
свойства серого чугуна и чугуна с шаровидным графитом. 
Таким образом, этот тип чугуна находится между серым 
чугуном и чугуном с шаровидным графитом. Этот чугун образуется в форме отростков и ответвлений, отходящих от жилы, 
и содержит не более 20 % графита. Данный материал должен 
быть востребован, в особенности в производстве дизельных 
двигателей. Проблемы, которые существуют в настоящее время 
с этим видом чугуна, связаны с его обрабатываемостью резанием. Обрабатываемость резанием чугуна сильно зависит от количества и формирования включений графита. Включения графита 
в чугунолитье, с одной стороны, снижают трение между инструментом и материалом, а с другой, – нарушают металлическую структуру последнего. В сравнении со сталью это приводит к оптимальной обрабатываемости резанием, выгодно отличающейся образованием быстроломкой стружки, снижением сил 
резания и высокой стойкостью режущего инструмента. 
В процессе резания закалённого литья (отбелённый чугун) 
режущая кромка инструмента подвергается высокой нагрузке 
вследствие высокой доли цементита в структуре материала. Для 
достижения экономически выгодной стойкости режущего инструмента с увеличением твёрдости материала следует уменьшать скорость резания. При уменьшении толщины срезаемого 
слоя снижается нагрузка на режущую кромку инструмента. Использование минералокерамических режущих инструментов, 
в сравнении с твёрдыми сплавами, позволяет увеличить скорость резания в 3–4 раза. 
Вследствие хорошей деформируемости сортов ковкого чугуна в процессе резания образуется нежелательная сливная