§3.Элементы резания. Геометрия срезаемого слоя

К элементам резания относят глубину, подачу и скорость резания (рис. 6).

Глубиной резания называют величину снимаемого слоя металла между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеряемую перпендикулярно последней и снимаемую за один проход режущего инструмента. Глубина резания измеряется в миллиметрах и обозначается буквой t. При точении глубина резания определяется как полуразность диаметров до и после прохода резца, т. е.

, мм.

Подача— величина перемещения режущего лезвия резца в направлении вспомогательного движения за один оборот обрабатываемой заготовки (об/мм). Пои обтачивании различают подачу продольную S_пр (по направлению оси центров станка), поперечную S_п (перпендикулярно к оси центров станка) и наклонную S_н (под углом к оси центров станка, например, при обтачивании конической поверхности).

Скорость резания— путь перемещения обрабатываемой поверхности заготовки относительно режущего лезвия резца в единицу времени. Скорость резания обозначается буквой V и измеряется в м/мин.

На рис. 6 показано исходное положение и пунктиром новое положение резца в результате перемещения его за один оборот заготовки на величину подачи— S мм/об. Заштрихованную площадь называют площадью поперечного сечения срезаемого слоя. Размер b обозначает ширину, размер а— толщину срезаемого слоя.

Ширина срезаемого слоя b— расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное по поверхности резания. Она равна проекции рабочей длины режущего лезвия резца на основную плоскость.

Толщина срезаемого слоя а— расстояние, измеренное в направлении, перпендикулярном к ширине срезаемого слоя, между двумя последовательными положениями главного режущего лезвия за один оборот заготовки.

Как видно из рис. 6, площадь поперечного сечения срезаемого слоя для резцов с прямолинейным режущим лезвием определяется по формуле

мм².

§4.Процесс образования стружки

В машиностроении обработка металлов резанием осуществляется различными режущими инструментами, отличающимися между собой по форме и размерам. Но принцип работы и снятие срезаемого слоя у всех видов режущих инструментов одинаков. Проследим его на примере работы токарного резца.

Головка резца представляет собой клин, который под действием приложенной к нему внешней силы Р вдавливается в металл и, срезая с него слой, превращает срезаемый слой в стружку (рис. 7). При этом имеют место деформации: упругая, пластическая, а затем— разрушение. При обработке пластического металла (стали, меди, латуни и т. п.) наибольшее место занимает пластическая деформация. В процессе образования стружки на внешней стороне срезаемого слоя происходят следующие фазы стружкообразования:

1. Под действием внешней силы Р (рис. 7) резец (клин) вдавливается в металл. В срезаемом слое возникают упругие, а затем пластические деформации и создается сложное напряженное состояние как впереди передней поверхности, так и ниже линии среза I—I (рис. 7, а).

2. Вдавливаясь далее в металл, резец производит последующее сжатие срезаемого слоя. Пластические деформации нарастают и наступает момент, когда металл, находящийся перед передней поверхностью, выпучивается вверх (рис. 7, б), появляются деформации растяжения. Упругие и пластические деформации распространяются далее вперед.

3. Когда пластические деформации дойдут до своего предела и напряжения превзойдут силы сцепления частиц металла, происходит отрыв или скалывание элемента 1 от основного материала по плоскости скалывания A₁B₁.

В процессе резания металлов и стружкообразования происходят сложные физические процессы, сопровождающиеся многими внутренними и внешними явлениями.

Образование и скалывание элемента стружки в процессе резания происходит при больших напряжениях, соответствующих пределу прочности данного металла.

Научное обоснование явлений, происходящих при резании металлов, было впервые выполнено в России. Опубликованные профессором Петербургского горного института И. А. Тиме труды «Сопротивление металлов и дерева резанию» в 1870 г., а затем «Мемуар о строгании металлов» в 1877 г. были переведены на французский и немецкий языки. После этого И. А. Тиме был признан основоположником науки о резании металлов. Профессор И. А. Тиме установил, что скалывание элементов стружки происходит по поверхности, названной им плоскостью скалывания, а угол ψ (рис. 7), определяющий положение этой плоскости, он назвал углом скалывания. Величина угла скалывания ψ для всех вязких металлов постоянная, равная 145—150°; она не зависит от положения передней поверхности резца.

Деформации металла в срезаемом слое происходят между плоскостью скалывания и передней поверхностью резца в пределах угла η, названного И. А. Тиме углом действия.

Деформациям срезаемого слоя сопутствует ряд физических явлений: усадка стружки, появление опережающих трещин и нароста на резце, теплообразование и нагрев материала, трение и сопутствующий ему износ, возникновение вибраций.

В результате удаления срезаемого слоя с обрабатываемой поверхности образуются три вида стружки: скалывания, сливная и надлома.

Стружкой скалывания (рис. 8, а) называют стружку, элементы которой остаются соединенными между собою, образуя сплошную ленту с гладкой внутренней стороной, примыкающей к передней поверхности резца, и наружной стороной с зазубринами в местах скалывания отдельных элементов. Сливной стружкой (рис. 8, б) называют стружку, у которой отсутствуют зазубрины на внешней стороне. Стружкой надлома называют отдельные элементы неопределенной формы (рис. 8, в), не соединённые между собой, получающиеся при обработке хрупких металлов (чугун, фосфористая бронза и др.). Вид получающейся стружки зависит от качества обрабатываемого металла, режимов резания, геометрии режущего инструмента. Однако следует отметить, что при обработке одного и того же пластичного или хрупкого металла могут получиться все виды стружек, так как пластичность и хрупкость являются состоянием вещества, а не его свойствами.

Усадкой стружки называют ее укорочение и утолщение по сравнению с длиной и шириной срезанного слоя вследствие пластических деформаций обрабатываемого металла. Величина усадки стружки является одним из приближенных способов оценки деформации обрабатываемого материала:

,

где К— усадка стружки; L₀— путь резца в теле заготовки; L— средняя длина стружки.

Как видно, величина усадки показывает, во сколько раз укоротился снятый слой металла и характеризует пластичность металла, т. е. его способность претерпевать под действием силы большие или меньшие пластические деформации. Чем пластичнее металл, тем больше величина усадки.