Деформация и напряжения при резании

 

Стружкой называется металл, срезанный с заготовки режущим инструментом.

Процесс резания (стружкообразования) – сложный физический процесс, при котором возникают и упругие и пластические деформации (сжатия, растяжения, сдвига); этот процесс сопровождается большим трением, тепловыделением, наростообразованием, завиванием и усадкой стружки, повышением твердости деформируемых слоев металла и износом режущего инструмента.

Под действием режущего инструмента срезаемый слой подвергается сжатию. Процессы сжатия и растяжения сопровождаются упругими и пластическими деформациями. Пластическое деформирование заключается в сдвиге одних слоев относительно других по плоскостям скольжения, которые совпадают в основном с направлением наибольших сдвигающих напряжений. Сдвиги происходят между отдельными частицами кристаллического зерна (монокристалла) и между самими зернами в поликристалле; в результате сдвигов изменяется форма зерен, их размер и взаимное расположение. Процесс пластического деформирования сопровождается большим тепловыделением и изменением свойств металла; одним из таких изменений является повышение твердости (а следовательно, и хрупкости).

Режущий клин действует на срезаемый слой толщиной а на контактной площадке шириной С. Сила R, с которой инструмент передней поверхностью давит на срезаемый слой, получила название силы стружкообразования. Линия ОК разграничивает области сжимающих (слева от ОК) и растягивающих (справа от ОК) напряжений в обрабатываемом материале ниже поверхности резания.

Зона I, обозначенная ОАВNО и расположенная перед передней поверхностью инструмента, является зоной первичной деформации. Нижняя граница ОА зоны I вогнута и пересекает продолжение поверхности резания. Правее линии ОВ находятся зерна стружки, а левее линии ОА – недеформированные зерна материала срезаемого слоя. Зерно материала срезаемого слоя проходит по траектории FQ и сильно деформируется. Деформация зерна заканчивается в точке Q, и оно приобретает скорость u_с, равную скорости стружки.

Линией ОА показана поверхность сдвига (скольжения), на которой сдвигающие напряжения t равны пределу текучести t_с материала на сдвиг. Вся зона ОАВNО делится на подобные поверхности, на каждой из которых сдвигающие напряжения равны пределу текучести материала, уже получившего упрочнение в результате предшествующей деформации.

В результате взаимодействия поверхности стружки с поверхностью инструмента, зерна стружки продолжают деформироваться и после их выхода из зоны первичной деформации. Так возникает зона II вторичной деформации стружки, ограниченная передней поверхностью инструмента и линией OND. Ширина OD этой зоны приблизительно равна половине ширины площадки контакта С, а максимальная ее толщина D₁ составляет примерно 0,1 а_с. Степень деформации зерен во II зоне может в 20 и более раз превышать среднюю деформацию стружки.

Размеры зоны вторичной деформации и степень деформации зерен в этой зоне определяются силами трения на контактных поверхностях стружки и инструмента. Чем меньше силы трения, тем меньше размеры зоны II и деформация в ней зерен.

Виды стружки и условия ее образования

Классификация стружки: сливная, скалывания (суставчатая), элементная и надлома.

Стружка скалывания состоит из отдельных элементов. Поверхность стружки, контактирующая с передней поверхностью резца, гладкая. Она образуется в результате обработки сталей и других пластичных материалов при большой толщине срезаемого слоя, относительно низкой скорости резания и небольшом переднем угле лезвия. При уменьшении толщины среза, повышении скорости резания и увеличении переднего угла отдельные элементы стружки станут менее отчетливыми и будут сходить без зазубрин на ее внешней стороне (сливная стружка). Если увеличить толщину среза, уменьшить скорость резания и передний угол g, отдельные элементы стружки будут менее связными, т.е. образуется элементная стружка. Эти три вида стружки получаются при обработке пластичных металлов.

В случае обработки хрупких материалов при больших толщинах среза и больших углах g происходит вырывание или откалывание крупных частиц металла неправильной формы. Получаемая при этом стружка называется стружкой надлома (обработка чугуна).

 

7