Процесс образования сливной стружки

Модель с единственной плоскостью сдвига, предложенная И.А. Тиме, является наиболее простой моделью стружкообразования. Более сложной моделью с большей степенью детализации является модель процесса образования сливной стружки.

Рис. 14. Схема образования сливной стружки

Режущий клин инструмента через площадку контакта с своей передней поверхностью действует на срезаемый слой толщиной а. Сосредоточенная сила Р, с которой передняя поверхность инструмента давит на срезаемый слой, получила название силы стружкообразования.

Зона ОАВСО (рис. 14) называется зоной первичной деформации и имеет форму клина с вершиной на режущей кромке инструмента. Ее нижняя граница ОА вогнута и пересекает траекторию движения режущей кромки. Верхняя граница ОВ 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 зерна обрабатываемого материала, правее линии ОВ – полностью сформированная стружка.

Зерно обрабатываемого материала, двигаясь в направлении передней поверхности инструмента со скоростью резания 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 которой сдвигающие напряжения равны пределу текучести обрабатываемого материала на сдвиг. Вся зона I состоит из таких поверхностей и на поверхности, представленной линией ОВ, происходит последняя сдвиговая деформация окончательно упрочненного материала, превращенного в стружку.

Если бы между передней поверхностью инструмента и контактной поверхностью стружки отсутствовало трение, то на этом деформирование зерен срезаемого слоя закончилось. Но т.к. существует трение, то зерна, проходящие при своем движении вблизи от режущей кромки, продолжают деформироваться и после выхода из зоны первичной деформации. Так возникает зона II – вторичной деформации, ограниченная линией CD и передней поверхностью. Ширина OD этой зоны примерно равна половине ширины площадки контакта с, а ее максимальная высота Δ₁ в среднем составляет десятую часть толщины стружки а_с .

Наличие зоны вторичной деформации приводит к тому, что по толщине образовавшейся стружки деформация распределена неравномерно. В слое Δ₁ деформация может быть в 20 раз больше средней величины.

Зона первичной деформации имеет достаточно развитые размеры лишь при низких скоростях резания. С увеличением скорости резания границы зоны деформации сближаются, приближаясь к некоторой линии ОЕ, наклоненной к поверхности резания под углом сдвига β₁.При этом плоскость ОЕ называется условной плоскостью сдвига.

Вопрос 4. Коэффициент усадки стружки

Характеристиками пластической деформации при резании являются коэффициент усадки стружки, угол сдвига и относительный сдвиг.

В результате пластической деформации при резании металлов наблюдается усадка стружки, которая является внешним выражением этой деформации и до некоторой степени характеризует условия протекания процесса резания.

Рис. 15. Размеры срезаемого слоя и стружки

Коэффициент усадки стружки измеряется по отношению длины пути инструмента L (рис. 15) к длине стружки L_c, либо по отношению толщины стружки а_с к толщине среза а. Изменение ширины стружки b_с по сравнению с шириной среза b незначительно, поэтому этим изменением обычно пренебрегают. Тогда:

.

Коэффициент усадки дает возможность некоторой количественной оценки степени пластической деформации. Чем меньше усадка, тем с меньшими пластическими деформациями протекает процесс резания, тем, следовательно, более благоприятные условия для стружкообразования, меньший удельный расход мощности на обработку данной детали.

Коэффициент усадки стружки позволяет качественно оценить разные условия резания с точки зрения действующих сил, энергонапряженности процесса, температуры. Коэффициент усадки стружки при резании пластичных материалов больше, чем при резании хрупких материалов.

С увеличением переднего угла инструмента, толщины среза и скорости резания коэффициент усадки стружки уменьшается, а от ширины среза он практически не зависит. При использовании СОЖ, снижающей трение между стружкой и инструментом, коэффициент усадки стружки уменьшается.

Коэффициент усадки стружки позволяет определить величину скорости стружки по скорости резания:

.

Т.е. скорость стружки меньше скорости резания и увеличивается с уменьшением коэффициента усадки стружки.

При известном значении переднего угла γ и экспериментально установленном значении коэффициента усадки стружки можно определить значение угла сдвига β₁ и относительный сдвиг ε:

,

.

Значения угла сдвига и относительного сдвига используются в теоретических расчетах сил и напряжений в зоне резания.