3. Наростообразование при резании металлов

На основе металлографических исследований пластической де­формации металла в зоне стружкообразования в 1915 г. Я. Г. Усаче­вым были раскрыты структурные изменения строения металла. При изучении корней стружки, т. е. о&ьема металла и стружки, прилегающих к передней поверхности резца, он обнаружил обра­зование слоя металла, налипшего на переднюю поверхность резца- нароста.

По данным Я. Г. Усачева, нарост - это слой с деформирован­ного при резании металла, заторможенного на рабочей поверхно­сти инструмента. Часть металла около вершины резца уходит в стружку, часть образует деталь, и на режущей кромке образуется зона нулевых скоростей - «застойная зона». Благодаря высокой температуре пластически деформированного металла, большому давлению со стороны стружки на переднюю поверхность инстру­мента, силы трения между срезаемым слоем металла и передней поверхностью инструмента в застойной зоне превышают силы внутреннего сцепления и материал оседает на передней поверхно­сти, образуя нарост. Далее нарост увеличивается по объему и при­нимает различные формы и размеры.

Упрощенную схему наростообразования можно разбить на пять позиций (табл. 3.1).

Таблица 3.1

Схема наростообразования

Позиция	Схема	Описание схемы наростообразования
1	Л	В 1-й начальной позиции (при врезании) нароста еще нет

Позиция	Схема	Описание схемы наростообразования
2		В позиции 2 нарост появляется
3		В 3-й позиции нарост увеличивается в своих размерах, частично сходит со стружкой и частично внедряется в обра­ботанную поверхность
4		В 4-й позиции нарост достигает наи­больших размеров и начинает разру­шаться
5		В 5-й позиции нарост сходит со струж­кой. Этот процесс периодически повто­ряется

В процессе обработки при малых скоростях до 5-8 м/мин (при прочих постоянных условиях) температура резания повышается незначительно, формируется легко отделяемая элементная стружка и нарост не образуется. При дальнейшем увеличении скорости об­работки температура резания повышается, образуется нарост, дос­тигающий максимального значения при скоростях 18-30 м/мин. При больших скоростях резания нарост под действием тепла ста­новится пластичным, размягчается и его частицы уносятся вместе со стружкой. При скоростях больше 60-80 м/мин нарост не образу­ется (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Зависимость высоты нароста от скорости резания

Максимальному наросту соответствует наибольшая шерохо­ватость поверхности. При увеличении подачи толщина срезаемого слоя и размеры нароста, а соответственно и шероховатость поверх­ности увеличиваются. Поэтому чистовое точение производят при малых подачах, напимер, 5 = 0,1 - 0,2 мм /об. Увеличение глубины резания существенного влияния на нарост не оказывает.

Нарост имеет твердость, в 2,5-3,5 раза превышающую твер­дость обрабатываемого материала и отличается от него по структу­ре. Поэтому он начинает играть роль режущего лезвия с увеличен­ным передним углом у. Так как нарост периодически появляется и исчезает, то изменяются угол резания и процесс стружкообразова- ния, сопровождаемые большими колебаниями сил и температур в зоне резания. Колебание величины силы резания может вызвать появление вибраций узлов станка и инструмента, что приводит к ухудшению качества обработанной поверхности.

Нарост является положительным явлением при грубой черно­вой обработке, когда нет высоких требований к шероховатости по­верхности. Так как режущее лезвие защищено слоем нароста, сни­жается износ инструмента, увеличение переднего угла приводит к снижению сил резания. Теплоотвод от режущего лезвия улучшается.

Нарост играет отрицательную роль при окончательной чисто­вой обработке. Увеличивается шероховатость обработанной по­верхности за счет образования натиров частицами нароста, впрес­сованными в обработанную поверхность. Обработанная поверх­ность получается волнистой, так как изменяются ее размеры в по­перечных сечениях из-за изменения фактической глубины резания, связанной с изменением геометрии инструмента, упругих дефор­маций элементов технологической системы и других причин.

Для предотвращения появления нароста нужно использовать все средства, позволяющие снизить трение по передней поверхно­сти инструмента: применение смазочно-охлаждающих жидкостей, тщательная доводка передней поверхности резца, увеличение его переднего угла, сообщение инструменту ультразвуковых колеба­ний, обработка деталей в диапазонах скоростей, где нарост не об­разуется.