Вопрос 1. Физические и тепловые явления при резании

Резание материалов представляет собой сложный процесс, со­провождающийся многими внутренними и внешними явлениями, и если резанию подвергаются металлы и металлические сплавы, то имеют место три стадии деформации срезаемого слоя: упру­гая, пластическая и разрушение.

Характер и величина деформации зависят от физико-механи­ческих свойств обрабатываемого материала, режимов резания, геометрии инструмента, применяемых смазочно-охлаждающих жидкостей. При резании пластичных материалов наибольшее значение имеет пластическая деформация.

Пластические деформа­ции при резании протекают в сложных усло­виях, им сопутствуют высокие температуры, причем тепло неравномерно распределяется по деформируемому объему, процесс совершается зачастую при значительных скоростях резания и больших удельных давлениях.

Различные физические явления, сопутствующие деформа­ции срезаемого слоя металлических мате­риалов, находятся в следующей взаимозави­симости:

1. Характер получающихся стружек, их усадка, завивание, упрочнение.

2. Выделение тепла, действующего на инструмент, срезаемый слой, на обработанную поверхность и прилегающий к ней верх­ний слой материала изделия.

3. Образование нароста.

4. Упрочнение поверхностного слоя обработанной детали (на­клеп), возникновение остаточных напряжений, явление отдыха (разупрочнение и рекристаллизация).

5. Трение стружки о переднюю поверхность инструмента и трение задней поверхности инструмента о поверхность резания.

6. Возникновение вибраций (вынужденных колебаний и авто­колебаний).

При резании почти вся механическая энергия деформации и трения переходит в тепло. Тепло оказывает влияние на износостойкость инструмента, на качество поверхности детали, на процесс трения и наростообразования, изменяет физико-механическое и структурное состояние материала в зоне резания. Общее количество тепла приближенно определяется по формуле:

где А – работа деформаций и трения.

Тепловые потоки быстро распространяются в деталь, инструмент, стружку и окружающую среду.

При резании конструкционных сталей наибольшее количество тепла уходит со стружкой. В процессе шлифования почти все тепло уходит в деталь и окружающую среду.

Подача и глубина резания оказывают меньшее влияние на изменение температуры резания, чем скорость резания. С увеличением подачи усиливается теплоотвод от контактных поверхностей в тело резца и стружку, а с увеличением глубины резания пропорционально увеличивается длина активной части режущей кромки резца и усиливается теплоотвод от поверхностей трения в тело инструмента.

Вопрос 3. Износ ри.

Из-за трения возникающего в местах контакта материал режущей части инструмента изнашивается, однако величина износа в различных точках отличается друг от друга. Точки на контактных площадках, которые находятся под большими нагрузками и более высокими температурами будут изнашиваться быстрее.

- износ только по задней поверхности в виде характерной площадки шириной h_З обычно наблюдается у РИ срезающих сравнительно малую толщину среза до 0,15 мм.

- одновременный износ по передней и задним поверхностям наблюдается у РИ работающих с малыми и средними скоростями резания, при толщине среза более 0,1 мм, на передней поверхности обработки вогнутая площадка – лунка шириной (В). В случае образования нароста лунка обычно не примыкает непосредственно к режущей кромки и отстоит от неё на расстоянии (f).

- РИ срезающий слой больше 0,5 мм при большой скорости резания и при отсутствии СОЖ изнашивается в основном по передней поверхности.

В различных условиях резания возникновение участка износа на режущей части инструмента, может быть вызвана различными причинами и иметь различные механизмы.

Механическое изнашивание – выступы макро и микронеровностей контактирующих поверхностей РИ и заготовки воздействуют друг на друга в процессе взаимного скольжения неровностей обрабатываемого инструментального материала. Данный тип изнашивания наблюдается при малом различии в твёрдости обрабатываемого материала и инструментального материала.

Абразивное изнашивание – обрабатываемый материал содержит твёрдые включения, которые изнашивают лезвие микроцарапинами. На практике это наблюдается при обработке литых заготовок с коркой, горячештампованных и термообработанных заготовок с поверхностной окалиной, а также при обработке силумина, имеющего высокое содержание кремния и некоторых сплавов и пластмасс (стеклопластиков) с твёрдыми включениями.

Окислительное изнашивание – присутствие кислорода воздух между контактирующими поверхностями обрабатываемого и инструментального материала приводит к непрерывному окислению тонкого поверхностного слоя инструментального материала. Оксиды обычно менее прочные, чем исходный материал, поэтому их тонкий слой разрушается силами трения и удаляется в виде продуктов износа. Для повышения износостойкости целесообразно исключить попадания воздуха в зону контакта, путём обдува струёй защитных газов, таких как азот или аргон.

Адгезионное изнашивание - в условиях резания, когда в зоне температура больше давления, а трущиеся поверхности непрерывно очищаются от окисных плёнок, возникает состояние, когда пластичные поверхностные слои в отдельных точках могут сблизится на столько, что между атомами металлов могут возникнуть отгезионные (межмолекулярные) силы сцепления (схватывание). Движение стружки и детали относительно РИ приводит к разрушению межмолекулярных связей и образованию новых, в результате многократных воздействий разрушается пограничный слой инструментально материала, а оторванные частицы представляют собой продукты износа. Если разрушается приграничный слой обрабатываемого материала, оторванные частички остаются на лезвии в виде налипов (на передней поверхности в виде нароста).

Диффузионное (химическое) изнашивание - тот вид изнашивания объясняется на основе диффузионного растворения инструментального материала в обрабатываемом материале, т.е. способности атомов одного тела проникать (диффундировать) в другое тело, находящиеся с ним в контакте. В стационарных условиях происходит быстрое изнашивание поверхностного слоя продуктами диффузии в процессе резания, обрабатываемый материал всё время обновляется и поэтому насыщение не происходит, кроме этого при повышенных температурах в зоне резания диффузионный перенос усиливается. Помимо образования площадок износа наблюдается разрушение РИ в виде местного выкрашивания режущей кромки, что чаще всего наблюдается у твёрдосплавного РИ.

В связи с циклическими нагрузками, вызванными прерывистым резанием или периодическими сдвигами при стружкообразовании, в режущей части возникает перемещение напряжения значительной амплитуды, что влечёт за собой образование усталостных микротрещин.

Условие работы режущего клина приводит к развитию этих трещин, что приводит к микровыкрашиванию или даже к скалыванию значительной его части.

При высоких температурах возникают пластические деформации инструментального материала, которые приводят к изменению формы режущего клина, что отражается на его работоспособности.

При пластических деформациях не происходит удаления инструментального материала, но его пластическое состояние способно резко интенсифицировать процессы изнашивания.

При возникновении больших пластических деформаций говорят о потери формоустойчивости режущего клина.