0 руб
Оформить заказ1. ПРОЦЕСС СТРУЖКООБРАЗОВАНИЯ
Процесс резания характеризуется структурной схемой, которая включает входные и выходные параметры. Входные (первичные) параметры задаются конструктором (материал, размеры и допуски детали) и технологом (станок, приспособление, инструмент, технологическая среда, элементы режима резания).
Вторичные (выходные) параметры, определяющие результаты выполнения механической обработки, включают такие эксплуатационные характеристики детали, как точность и качество поверхности, стойкость и прочность инструмента, производительность и экономичность обработки.
Процесс резания определяется характером стружкообразования, который оказывает решающее влияние на работоспособность инструмента, производительность труда и качество изделия.
Превращение срезаемого слоя в стружку происходит в зоне стружкообразования LOM (рис. III.1). Объем зоны стружкообразования зависит от свойств обрабатываемого материала, геометрических параметров инструмента, режима резания. Чем больше пластичность металла, тем больше этот объем. При резании хрупких металлов, например чугуна, толщина зоны стружкообразования очень мала.
С увеличением скорости резания объем зоны стружкообразования резко уменьшается (от OAB до OAʹBʹ). Это приводит к снижению степени пластической деформации и уменьшению толщины стружки (от a1 до ). При высокой скорости резания зона стружкообразования сужается настолько, что пластические деформации можно считать происходящими в плоскости пластических сдвигов ОС, расположенной под условным углом сдвига Ф (рис. III.2).
В зависимости от условий резания образуется стружка: элементная, суставчатая, сливная, надлома (рис. III.3). Элементная стружка (рис. III.3, a), состоящая из отдельных не связанных между собой частиц, образуется при резании твердых и маловязких металлов с малой скоростью резания.
Суставчатая стружка (рис. III.3, б) состоит из прочно связанных между собой частиц, которые хорошо обозначены зазубринами на внутренней стороне; прирезцовая сторона стружки — гладкая. Суставчатая стружка получается при резании стали и других пластичных металлов со средней скоростью.
Сливная стружка (рис. III.3, в), представляющая собой ленту с гладкой блестящей прирезцовой поверхностью и малозаметными зазубринами на внутренней стороне, получается при резании стали и других металлов с высокой скоростью. Для образования сливной стружки требуется затратить меньше энергии, обработанная поверхность получается чище. Однако сливная стружка может быть опасна для рабочего, повреждает обработанную поверхность, трудно транспортируется на зоны резания и от станка (см. параграф 5 гл. III).
Стружка надлома (рис. III.3, г) образуется при резании хрупких материалов (чугуна, бронзы, керамики) и состоит из отдельных мало деформированных шероховатых частиц различной формы и величины. Обработанная поверхность получается шероховатой с зазубринами и вырывами.
Образование сливных стружек происходит при установившемся процессе пластического течения. Обтекая режущий клин, часть деформированного материала перемещается по передней поверхности и превращается в стружку, а другая часть (ниже линии среза) — по задней поверхности, образуя поверхностный слой детали (рис. III.4). Условно в деформированном объеме выделяют несколько зон с различными характеристиками напряженно-деформированного состояния материала [44].
В зоне I упругих и малых пластических деформаций зерна металла слегка вытягиваются и поворачиваются, появляется текстура. Напряжения в зоне достигают предела текучести. Начальная граница зоны характерна тем, что относительная деформация и скорость деформации равны нулю. Конечная граница первой зоны представляет собой поверхность, на которой скорость деформации достигает максимума.
Зона II характеризуется наибольшей интенсивностью деформации. Зерна металла максимально вытягиваются, поворачиваются и перемещаются. Четко выявляется текстура. На площадках контакта стружки и заготовки с передней и задней поверхностями вследствие торможения силами трения происходит дополнительное деформирование, а также частичное смятие округленной режущей кромкой.
Расположение конечной (верхней) границы второй зоны зависит от скорости резания, толщины срезаемого слоя, свойств обрабатываемого материала, условий резания. После этой границы материал полностью деформирован и переходит в стружку. Напряженно-деформированное состояние материала во второй зоне характеризуется бóльшими (конечными) пластическими деформациями, меньшими скоростями деформации , увеличенной интенсивностью деформаций и напряжений .
Вблизи режущей кромки возникает сетка микротрещин. Вытянутые волокна обрабатываемого материала разрываются у вершины режущего клина, длина трещины становится соизмерима с толщиной срезаемого слоя. Если при резании пластичных металлов трещина выходит на наружную поверхность второй зоны, образуется стружка скалывания (элементная или суставчатая).
При образовании стружки надлома происходит хрупкое разрушение, и трещина, распространяющаяся со скоростью, близкой к скорости звука, полностью отделяет частицу стружки от основного материала. Распространяясь ниже линии среза, трещины вызывают появление на обработанной поверхности взрывов и зазубрин.
В зоне III деформированный металл переходит в стружку. Сливная и суставчатая стружка может сходить в виде прямой ленты, которая при помощи специальных устройств завивается или дробится.
Зона IV — поверхностный слой обработанной детали. Обработанная поверхность характеризуется шероховатостью, а поверхностный слой — особыми физическими свойствами, значительно отличающимися от свойств исходного материала заготовки.
При резании пластичных металлов на передней поверхности инструмента, у режущей кромки и над ней образуется нарост, который состоит из упрочненного обрабатываемого металла и имеет форму скошенного клина с притупленной вершиной (рис. III.5). Твердость нароста в 2–3 раза превосходит исходную твердость обрабатываемого материала. Поэтому нарост может выполнять роль режущей кромки.
При этом увеличивается действительный передний угол, что способствует уменьшению степени пластической деформации и теплообразования в зоне резания, силы резания и мощность уменьшаются. Нарост способствует образованию задиров на обработанной поверхности, а частицы разрушенного нароста, запрессованные в поверхность, увеличивают шероховатость.
Нарост не появляется при резании мало пластичных хрупких металлов, когда образуется элементная стружка и стружка надлома. Образования нароста можно избежать, увеличивая передний угол, тщательно затачивая инструмент, используя ЗОЖ, нагревая зону резания.
Величина нароста и частота его разрушений в большой мере определяются скоростью резания. Так, при обработке конструкционной углеродистой стали нарост наблюдается в диапазоне скоростей от 0,1 до 1 м/с. При скорости 0,4–0,5 м/с он достигает наибольшей величины.
Усадка стружки характеризуется коэффициентом усадки, который определяется по формуле
где и — коэффициенты усадки соответственно по длине и площади; и — соответственно длина и площадь поперечного сечения срезаемого слоя ; и = — соответственно длина и площадь поперечного сечения стружки (рис. III.6); a и b — соответственно толщина и ширина стружки. Зависимость между коэффициентом усадки и условным углом сдвига Ф выражается формулой
Коэффициент усадки стружки в большой степени зависит от свойств обрабатываемого материала (табл. III.1). Чем пластичнее металл, тем легче он деформируется и тем больше его усадка. Хрупкие металлы, имеющие малое сопротивление отрыву, претерпевают незначительные пластические деформации, и стружка получает малую усадку. При обработке весьма прочных, но мало пластичных титановых сплавов усадка стружки мала.
III.1. Усадка стружки при обработке различных материалов
Обрабатываемый материал
| Скорость резания, м/с | Коэффициент усадки |
Молибденовый сплав ВМ-1, кованый Медь (= 245 МПа) Сталь 20Х (НВ 135) Сталь 40 (= 630 МПа) Титановый сплав ВТ2 (= 1075 МПа) Чугун серый (НВ 210)
| 1–1,7 1,1 1–1,7 1,1–2,3
0,1–1 0,03–6,7 | 7,3–5 6,5 3,4–2,9 2,2–2,1
1,4–0,7 1,2 |
Значительное влияние на усадку стружки оказывают скорость резания, передний угол, толщина срезаемого слоя и СОЖ. При резании пластичных металлов коэффициент усадки изменяется немотонно с увеличением скорости резания (рис. III.8). Это объясняется влиянием нароста и изменяющегося коэффициента трения.