книги / Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки

ГЛАВА 2. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РЕЗАНИЯ

Целью процесса резания является образование новых поверхностей.

В сущности, процесс резания является процессом больших пластических деформаций срезаемого слоя и удалением его из зоны резания. Удаленный с поверхности заготовки слой называется стружкой.

Так как в процессе резания большая часть энергии тратится на образование стружки, изучение процесса стружкообразования является одной из актуальных задач, решение которой позволяет повысить эффективность процесса формообразования.

Условно процесс стружкообразования можно разделить на следующие этапы (рис. 2.1):

1.В начальный момент, когда резец под действием силы R соприкасается с металлом, в материале возникают упругие деформации.

2.При дальнейшем движении резец своей кромкой вдавливается в металл, вызывая его пластическое деформирование.

3.По мере перемещения резца объем пластически деформированного металла увеличивается и внутренние напряжения достигают значений, превышающих временное сопротивление металла на сдвиг.

4.Весь пластически деформированный металл под действием сил сдвигается резцом в виде стружки.

Рис. 2.1. Процесс стружкообразования

12

При рассмотрении процесса стружкообразования выделяют две основных зоны (рис. 2.2):

•зона стружкообразования – переходная зона между срезаемым слоем и стружкой;

•зона вторичной деформации.

Рис. 2.2. Зоны формирования стружки

Фактически зона стружкообразования представляет собой совокупность наложенных друг на друга плоскостей сдвига. Однако для упрощения расчетов принято заменять всю совокупность плоскостейвсегоодной– плоскостьюсдвига О– О(рис. 2.3).

Рис. 2.3. Плоскость сдвига

Плоскость сдвига – плоскость, по которой происходит отделение стружки от заготовки.

Расположение плоскости сдвига относительно направления движения инструмента определяется углом сдвига β1.

Зона вторичной деформации образуется в результате дополнительного трения стружки о переднюю поверхность инструмен-

13

та. В этой зоне степень пластической деформации в 20 раз превышает среднюю деформацию стружки.

В результате трения о переднюю поверхность инструмента окончательная структура срезаемого слоя формируется в виде вытянутых зерен (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Текстура

Упорядоченную ориентацию деформированных кристаллических зерен называют текстурой. Угол, определяющий текстуру, называют углом текстуры θ.

2.1. Контактные процессы на передней поверхности инструмента

В зоне 2 (см. рис. 2.2) трение настолько велико, что зачастую срезаемый контактный слой останавливается и прилипает к передней поверхности инструмента, образуя нарост. Последующие слои срезаемого слоя начинают взаимодействовать уже не с передней поверхностью, а с наростом.

Под наростом понимают неподвижное твердое тело, образовавшееся по режущей кромке на передней поверхности инструмента (рис. 2.5).

Нарост приводит к изменению геометрии режущей части инструмента.

Передний угол фактический γф становится больше номинального (см. рис. 2.5).

14

Первые три типа стружки называются стружками сдвига (подвержены сдвигающей деформации). Четвертый тип стружки подвергается растягивающим напряжениям.

Формирование стружки зависит от глубины резания, подачи, материала заготовки и геометрии инструмента.

Сливная стружка (рис. 2.6) представляет собой сплошную ленту, завивающуюся в винтовую либо плоскую спираль.

Суставчатая стружка (рис. 2.7) представляет собой сплошную ленту которая также завита либо в винтовую, либо в плоскую спираль, при этом стружка как бы разделена на отдельные сегменты, «суставы», на боковой поверхности часто видны границы между отдельными элементами. Эти границы видны со стороны свободной стороны стружки и доходят до середины толщины стружки.

Элементная стружка (рис. 2.8) представляет собой отдельные элементы, которые либо слабо связаны друг с другом, либо не связаны вообще.

Стружка отрыва (рис. 2.9) представляет собой отдельные элементы непостоянной формы, не связанные друг с другом. Образующаяся обработанная поверхность представляет собой сочетание раковин и отдельных участков гладкой поверхности.

16

Сточки зрения стабильности процесса резания оптимальной является сливная стружка, однако сливная стружка представляет опасность для рабочего, поэтому на практике вынуждены применять устройства для ее дробления.

Сточки зрения удаления и транспортировки стружки оптимальной является стружка надлома, однако при таком стружкообразовании наблюдается ухудшение качества обработанной поверхности, появляются вибрации и, как следствие, снижается стойкость инструмента.

При назначении режимов обработки необходимо учитывать тип дробления стружки во время резания.

При точении выделяют три основных типа дробления струж-

ки [4].

1. Самодробление (рис. 2.10).

Самодробление стружки происходит под действием внутренних напряжений. В процессе резания стружка изгибается и ломается.

2. Дробление об инструмент (рис. 2.11).

Стружка ломается об инструмент. В процессе резания она начинает загибаться в сторону инструмента, соприкасается с пластиной или державкой и отламывается. Для более эффективного

18

дробления стружки об инструмент, на передней поверхности пластины создается макрогеометрия со стружколомом.

3. Дробление о заготовку (рис. 2.12).

Стружка ломается о заготовку, при этом может контактировать с уже обработанной поверхностью. Этот тип стружкодробления, как правило, не подходит для случаев, когда требуется высокое качество обработанной поверхности.

На практике для конкретной геометрии пластины определяется область устойчивого стружкодробления в зависимости от подачи и глубины резания. Зачастую для этих целей используются диаграммы стружкодробления (рис. 2.13).

Глубину резания и подачу необходимо подбирать в соответствии с областью устойчивого стружкодробления для заданной геометрии пластины. Данные об области режимных параметров для заданных пластин приводятся в каталогах фирм-производителей.

2.3. Усадка стружки

Усадка стружки – это изменение размеров срезаемого слоя в результате пластической деформации (рис. 2.14) [5–14].

19