Одной из разновидностей прерывистого резания, т. е. механической обработки, когда процесс срезания стружки чередуется с холостым пробегом инструмента, является ударнопрерывистое резание. Физическая картина ударнопрерывистого резания характеризуется двумя явлениями: ударное воздействие на материал срезаемого слоя и прерывистый характер обработки, т. е. обработка происходит в два этапа: резание — отдых инструмента. Ударнопрерывистое резание можно рассматривать как разновидность вибрационного резания, когда гармоническое синусоидальное движение заменяется формой колебаний в виде отдельных импульсов, имеющих форму, близкую к прямоугольной, и процесс резания протекает прерывисто. Применение ударно-прерывистого резания в ряде случаев оказывается конструктивно более простым и вместе с тем технологически более эффективным, так как для получения вследствие гармонических колебаний достаточно высоких скоростей и ускорений требуются высокие частоты. Однако этого же можно добиться, изменив форму колебаний на импульсную.
Для осуществления ударно-прерывистого способа резания МВТУ им. Баумана была создана конструкция патрона, преобразующего равномерное вращательное движение шпинделя станка в нестационарное, импульсное движение. Патрон состоит из корпуса с крышкой в которой собраны поводок, два бойка, качающиеся на осях, и ведомая втулка с закрепленным в ней с помощью сменной оправки инструментом. Поводок своими выступами входит в пазы бойков и при вращении, передаваемом от шпинделя станка, поворачивает бойки вместе с корпусом.
Бойки ударяют по кулачкам ведомой втулки, сообщая ей начальную скорость резания. Приобретенная при ударе кинетическая энергия втулки переходит в дальнейшем в работу сил резания; после этого процесс резания прекращается. После удара боек под действием реактивной силы, направленной во внешнюю сторону от оси вращения, соскакивает с кулачка и обходит его. При последующем движении бойка над поверхностью кулачка, он в результате соответствующей конфигурации скользящих поверхностей положение, при котором может быть следующему кулачку. Далее процесс вновь разворачивается в нанесен новый удар повторяется, причем за один оборот шпинделя каждый боек наносит два удара по поводку ведомой втулки. Следовательно, в отличие от обычно принятых устройств для обработки резанием заготовка не имеет жесткой связи с вращающимся шпинделем. Ударно-прерывистое резание опробовано для двух типовых операций — точения, когда ось вращения патрона горизонтальна, и резьбонарезания, где ось вращения патрона вертикальна. В обоих случаях патрон крепится в шпинделе станка.
Ударно-прерывистое резание представляет собой сложный физикохимический процесс, использующий ударное взаимодействие инструмента и заготовки. Преимущество ударных методов разрушения металлов — разрушение с высокими скоростями деформации — общеизвестно. Оно приводит к охрупчиванию металлов, сужает зону интенсивных пластических деформаций, снижает величину (работы и количество выделяемого тепла при резании. Жаропрочные и нержавеющие стали и сплавы обладают повышенной способностью к упрочнению и поэтому воздействие на них ударного нагружения особенно эффективно. Однако интенсивные ударные нагрузки не находят применения на операциях механической обработки, кинематические схемы которых характеризуются непрерывным процессом резания при равномерном относительном движении инструмента и заготовки. Это объясняется тем, что при возрастании скорости резания количество теплоты, выделяющейся на единице пути резца, уменьшается вследствие снижения величины работы пластической деформации, но в то же время оно увеличивается пропорционально пути, проходимому резцом в единицу времени, т. е. скорости резания. Поэтому с резким повышением скорости при обычном резании возрастает величина износа. Этого недостатка не имеет ударно-прерывистое резание, совмещающее высокие скорости деформации с «отдыхом» режущей кромки. Время отдыха зависит от конструкции патрона, вида обрабатываемого материала и режимов резания; для резьбонарезания оно составляло примерно 70% времени.
Оптимальные условия обработки этим методом определяют исходя из обеспечения достаточной прочности режущего клина инструмента при многократном нагружении и создания при этом возможно более интенсивного воздействия на материал срезаемого слоя заготовки. Разрушение обрабатываемого материала при ударе наиболее легко происходит при критических скоростях деформации, равных, например, для нержавеющей стали 60 м/сек. Однако это приводит к завышению значений ударного импульса, а следовательно, выкрашиванию режущих кромок инструмента. Поэтому для данных условий обработки существует оптимальная величина импульсной нагрузки, передаваемой шпинделем инструменту. Для резьб М10 и Ml2 с шагами 1,25 и 1,5 в деталях из стали Х18Н10Т наилучшие результаты достигают при нагрузках, соответствующих приращению динамического момента ведомой втулки с инструментом на 1,3Ю3 кгсмсек2. При больших импульсных нагрузках резко снижается стойкость рабочего инструмента, при меньших нагрузках снижается производительность резания.
Одной из положительных особенностей ударно-прерывистого резания является наличие перерывов, облегчающих работу режущего клина вследствие лучшего омывания его смазочно-охлаждающей жидкостью. Поэтому ударно-прерывистое резание осуществляется на более интенсивных режимах, чем обычное непрерывное резание. Однако стойкость инструмента вследствие этого не снижается, а даже повышается. Относительная длина участка резания, определяемая углом, должна выбираться исходя из того, чтобы температура в зоне резания не успевала достигнуть своего установившегося значения, равного температуре резания при обычном длительном резании, осуществляемом непрерывно.
Ударно-прерывистый метод обработки применяют на операциях нарезания глухих резьб М12Х1,5 в гайках из стали Х18Н9Т в двух вариантах: 1) нарезание полного профиля резьбы одним метчиком вместо применяемых двух-трех, 2) замена ручной калибровки резьбы последним метчиком механической калибровкой ударно-импульсным методом. В обоих случаях повышается производительность обработки по сравнению с обычным методом. Стойкость метчиков в первом случае осталась примерно той же — 50-60 отверстий; во втором случае она увеличилась до 250—300 отверстий. При ручном резьбонарезании стойкость метчиков составляет 60—100 отверстий. Наряду с повышением стойкости в 3—3,5 раза этот метод позволяет механизировать эти трудоемкие и массовые операции.
