Типы стружек, образующихся при резании

В зависимости от условий обработки и свойств обрабатываемого мате­риала при резании металлов могут образовываться четыре основных типа стружки: элементная, суставчатая, сливная и стружка надлома (рис. 8.2).

Элементная стружка (рис, 8.2, а) состоит из отдельных «элемен­тов», слабо связанных друг с другом. Суставчатая стружка (рис. 8.2, б) также состоит из отдельных элементов (сегментов), однако эти элемен­ты прочно соединены друг с другом. Сливная стружка (рис. 8.2, г) от­личается сплошностью, и если на ее пути нет препятствий, она сходит непрерывной лентой или завивается в спираль. Поверхность 1 называется контактной поверхностью стружки, а поверхность 2 - свободной поверх­ностью. Наиболее часто эти три вида стружки образуются при обработке пластичных материалов, причем с увеличением твердости и прочности, а также с увеличением подачи и уменьшением переднего угла инструмента более часто образуются элементная и суставчатая стружки. С увеличением скорости резания и переднего угла инструмента происходит переход от элементной к суставчатой, а затем - к сливной стружке. Стружка надлома (рис. 8.2, в) образуется при обработке хрупких материалов и сходит в виде кусочков неправильной формы, отрываемых от обрабатываемой поверх­ности, поэтому обработанная поверхность в этом случае отличается повы­шенной шероховатостью.

Рис. 8.2. Типы стружек, образующихся при резании

а) элементная стружка; б) суставчатая стружка; в) стружка надлома; г) сливная стружка

Тип образующейся стружки не только внешне отражает условия проте­кания процесса резания, но имеет и вполне определенное влияние на эф­фективность и качество обработки. Так, при образовании сливной стружки в виде сплошной ленты необходимо на ее пути создавать специальные стружкозавивающие элементы в виде канавок или уступов, поскольку сплошная горячая стружка может представлять опасность для оператора, снижать качество обработанной поверхности, приводить к поломке инстру­мента и увеличению времени простоев оборудования. Тип стружки влияет на характер распределения напряжений и температуры на контактных по­верхностях инструмента, а, следовательно, на его стойкость и прочность.

2. Процесс образования сливной стружки

Методами металлографических исследований экспериментально установ­лено, что в процессе резания между материалом заготовки и образовав­шейся стружкой располагается переходная зона с более или менее четкими границами, называемая зоной стружкообразования. Предложенные различны­ми исследователями модели этой зоны отличаются друг от друга степенью детализации, т.е. степенью приближения к реальному процессу резания. Наиболее простой, и в то же время достаточно точной является модель с единственной плоскостью сдвига, предложенная русским ученым И.АТиме.

Более подробная модель процесса образования сливной стружки разра­ботана, советским ученым Н.Н.Зоревым. Эта модель представлена на рис.8.3. Режущий инструмент своей передней поверхностью через площадку С действует на срезаемый слой толщиной а. Зона OABСO называется зоной первичной деформации (зона 1) и имеет форму клина с вершиной на ре­жущей кромке инструмента. Ее нижняя граница ОА вогнута и пересекает траекторию движения режущей кромки. Верхняя граница ОB выпукла и по длине в 2-4 раза меньше, чем ОА. Линия АВ плавно сопрягает обрабатывае­мую поверхность со свободной поверхностью стружки. Левее линии ОА на­ходятся недеформированные элементы зерна обрабатываемого материала, правее линии ОВ - полностью сформированная стружка. Зерно обрабатывае­мого материала, двигаясь в направлении передней поверхности инструмен­та со скоростью v, начинает деформироваться в точке F, и проходя по траектории своего движения, приобретает все большую степень деформа­ции. В точке Q деформация зерна заканчивается и оно приобретает ско­рость v _с, равную скорости стружки. Линия ОА физически представляет собой сечение поверхности сдвига, на котором сдвигающие напряжения равны пределу текучести материала на сдвиг. Вся зона 1 состоит из таких по­верхностей, на каждой из которых сдвигающие напряжения равны пределу текучести материала, получившего определенную степень упрочнения в результате предшествующей деформации. На поверхности, представленной линией ОВ, происходит последняя сдвиговая деформация окончательно упрочненного материала, превращенного в стружку.

Однако, между прирезцовой стороной стружки и передней поверхностью инструмента имеет место трение. Поэтому зерна, проходящие при движении вблизи от режущей кромки, продолжают деформироваться и после выхода из зоны первичной деформации. Так возникает зона 2 вторичной деформации, ограниченная линией CD и передней поверхностью. Ширина OD этой зоны примерно равна половине ширины площадки контакта С, а ее максимальная высота D₁ в среднем составляет 0,1 толщины стружки а_с. Наличие зоны вторичной деформации приводит к тому, что по толщине образовавшейся стружки деформация распределена неравномерно. В слое D₁ деформация может быть в 20 раз больше средней величины.

Рис. 8.3. Схема зоны деформации срезаемого слоя при образовании сливной стружки

Зона первичной деформации имеет достаточно развитые размеры лишь при низких скоростях резания. С увеличением скорости резания, границы зоны деформации сближаются, поэтому с достаточной точностью можно при­нять допущение, что при практически используемых скоростях резания де­формации локализуются в плоскости ОЕ, имеющей конечную толщину Dх и на­зываемой условной плоскостью сдвига. При такой идеализации процесс об­разования сливной стружки представляется процессом последовательных сдвигов тонких слоев обрабатываемого материала вдоль условной плоскос­ти сдвига, а деформированное состояние является плоским, т.е. подчиня­ется закономерностям простого сдвига. Угол b, под которым плоскость сдвига наклонена к поверхности резания, называется углом сдвига.

Рис. 8.4. Идеализированная схема превращения срезаемого слоя в сливную стружку

Для того чтобы произошел сдвиг слоя материала, к нему должна быть приложена соответствующая сила. Передняя поверхность инструмента воз­действует на срезаемый слой силой N,которая создает силу трения F = m N, где m - коэффициент трения между стружкой и инструментом. Сумма этих двух сил является силой стружкообразования Р, наклоненной к поверхности резания под углом действия w. Силу Р можно разложить на две состав­ляющие: силу P_N, нормальную к плоскости сдвига, и силу P _t, направлен­ную вдоль плоскости сдвига. Сила P_N сжимает срезаемый слой толщиной Dх, а сила P _t сдвигает его. При прямоугольном резании напряжение на условной плоскости сдвига равно

, (8.2)

где b - ширина среза в направлении, перпендикулярном плоскости чертежа.

Так как mn = a /sinb, то t= P _tsin b/ аb. Но сила сдвига P _t= P cos(w+b). Поэтому

(8.3)

Процесс стружкообразования начнется при условии t³t_S, где t_S - пре­дел текучести на сдвиг обрабатываемого материала.