4.5. Способы исследования зоны стружкообразования

Вопросам изучения зоны стружкообразования при обработке различных материалов в теории резания уделяется большое внимание. Все существующие способы исследования параметров стружкообразования можно условно разделить на 4 основные группы: экспериментальные, исследующие непосредственно процесс резания; экспериментальные, исследующие зону стружкообразования с помощью универсальных методов; экспериментальные, исследующие зону стружкообразования путем физического моделирования; расчетно-аналитические (математическое моделирование).

Группа 1. Непосредственное исследование зоны резания можно осуществить с помощью скоростной киносъемки системы инструмент-деталь, причем на деталь наносится система координат в виде сетки с постоянным шагом, как следствие, можно оценить положение плоскости сдвига, закономерности формирования стружки и другие факторы. Зону стружкообразования при резании можно оценить также по корню стружки. С помощью специальных устройств обеспечивается мгновенная остановка инструмента. На основе полученного корня изготовляют шлиф, который позволяет определить угол сдвига, угол текстуры, размеры зон деформации и ряд других параметров. К этой группе можно также отнести способ выявления линий скольжения, при котором корень стружки подвергается травлению, после чего линии скольжения выявляются в виде темных полос.

Группа 2. Характерным представителем этой группы является способ определения напряженного состояния по изменению твердости. Он основан на том, что при деформации материалов между касательными напряжениями и твердостью существует зависимость

На поверхность детали наносится сетка с достаточно малым шагом и в каждом из квадратов определяется твердость (микротвердость). По точкам равной твердости строятся области первичных и вторичных деформаций.

Группа 3. К этой группе можно отнести поляризационно-оптический способ и способ муаровых полос. В первом случае на изучаемую поверхность наносят тонкие слои оптически активного материала. В результате нагружения в поляризованном свете по картине полос можно определить главные напряжения, деформации и их направление. При использовании способа муаровых полос на поверхность детали наносят сетку и совмещают ее с эталонной. После деформации материала в результате смещения сеток возникает изображение, по которому можно оценить все параметры деформации. К указанной группе можно отнести также электротензометрический способ: на поверхность детали наклеивают тензометрические первичные преобразователи и по их показаниям после нагружения фиксируют напряжение и его знак.

Группа 4. Способы математического моделирования позволяют определить параметры стружкообразования без проведения экспериментальных исследований. Они основаны на том, что процесс резания представляют как процесс деформации тела с определенными свойствами и закономерностями поведения. Широкое распространение в настоящее время получил метод конечных элементов (МКЭ). Это способ численно-математического моделирования, реализуемый с помощью ЭВМ. Сущность его заключается в том, что тело, поля напряжений и деформаций которого нужно вычислить, разбивается на малые участки ‑ конечные элементы. В плоских задачах это чаще всего треугольники и четырехугольники, в объемных ‑ пирамиды и параллелепипеды. Затем задаются способ закрепления тела и внешние нагрузки. Погрешность МКЭ не превышает нескольких процентов, что вполне приемлемо для инженерных расчетов.