Типы образующихся стружек

И. А. Тиме впервые дал следующую классификацию стружек: сливная, скалывания, или суставчатая, элементная и надлома (рис. 1.4).

Р ис. 1.4. Типы стружек а) сливная, б) скалывания в) элементная, г) надлома.

Стружка скалывания состоит из отдельных элементов. Поверхность стружки, скользящая по передней поверхности резца, гладкая. Образуется стружка ска­лывания в результате обработки сталей и других пластичных мате­риалов при большой толщине срезаемого слоя, относительно низ­кой скорости резания и небольшом переднем угле.

При уменьшении толщины среза, повышении скорости резания и увеличении перед­него угла отдельные элементы стружки станут менее отчетливыми и будут сходить без зазубрин внешней стороны (сливная стружка).

Если увеличить толщину среза, уменьшить скорость резания и передний угол γ, отдельные элементы стружки станут менее связанными, т. е. образуется элементная стружка. Эти три вида стружки получаются при обработке пластичных металлов.

При больших толщинах среза и больших значениях угла γ в случае обработки хрупких материалов происходит вырывание или откалывание крупных частиц металла неправильной формы (стружка надлома). Такая стружка получается при обработке чугуна. Чугун плохо сопротивляется растяжению. При больших значениях угла γ в срезаемом слое появляются значительные напряжения отрыва, под действием которых происходит выламывание кусков металла. Если увеличить скорость резания, то при обработке чугуна получится элементная стружка.

При резании с высокими скоростями и чугун дает сливную стружку, которая легко разделяется на элементы по сравнению со сливной стальной стружкой, отличающейся монолитностью и сравнительно высокой прочностью.

Таким образом, на образование стружки влияют скорость резания, толщина среза, величина переднего угла, свойства обрабатываемого материала и другие факторы. Наибольший интерес пред­ставляет стружка сливная, образующаяся при обработке стали с высокими скоростями резания.

Усадка стружки

О дин из признаков стружки скалывания — усадка в резуль­тате пластической деформации. Усадкой Kc называется отношение толщины стружки а1 (рис. 1.5) к толщине среза а (поперечная усадка) или отношение длины пути l1, пройденного резцом, к длине снятой стружки lc (продольная усадка).

Рис.1.5. Расчет коэффициента усадки стружки

Величина Kc является одной из основных характеристик процесса резания. Ее вели­чина — различная для разных металлов в зависимости от скорости резания. При обработке хрупких металлов, когда образуется стружка надлома, усадка ее весьма мала или отсутствует. Здесь сказывается слабое сопротивление отрыву сравнительно с сопротивлением сдвигу. Очень малая усадка и даже так называемая «отрицательная» усадка может быть и при обработке некоторых весьма проч­ных материалов, например жаростойкого и титанового сплавов. Это получается вследствие малой пластичности их и резко выра­женного элементного характера стружки. На величину 'усадки влияют и другие параметры: передний угол γ, толщина среза а, скорость резания V и пр.

Усадка стружки уменьшается с увеличением углов γ и φ. Она характеризует степень пластической деформации срезаемого слоя металла. При этом считают, что имеет место плоская пластическая деформация и потому принимают, что срезае­мый слой в такой же мере утолщается, в какой он укорачивается. В действительности это не всегда бывает так. Наряду с деформа­цией сдвига происходит гидростатическое сжатие металла в зоне резания и тогда с утолщением одновременно стружка уширяется и укорачивается при постоянном объеме снятого металла.

В практических расчетах уширением стружки пренебрегают, так как оно заметно лишь при срезании достаточно толстых стру­жек при малом отношении — и особенно при свободном резании.

Чем различается свободное и несвободное резание? В первом случае работает один участок режущей кромки, сдвиг элемента стружки происходит вдоль одной плоскости, при этом стружка свободно утолщается и расширяется, и одновременно происходит значительное укороче­ние ее. При несвободном резании работают две режущие кромки — главная и вспомогательная ; сдвиг осуществляется вдоль поверхности. У вершины резца происходит сложная объемная деформация в результате наложения сопротивлений двух поверхностей сдвига у главной и вспомогательной кромок. Стружка расширяется лишь в одну сторону и к тому же отклоняется вбок под влиянием сил, действующих на вспомогательной кромке. Металл у вершины упрочняется и в меру уменьшения пластич­ности, углы сдвига вдоль ширины стружки увеличиваются к вер­шине. В результате усадка стружки при несвободном резании уменьшается сравнительно со свободным резанием; соответственно уменьшаются силы резания. Однако при обработке менее пластичного металла может получиться и обратный результат, как это показывают исследования ряда экспериментаторов. Противоречия вызваны тем, что при обработке различных металлов в зависимости от режимов резания в разной степени проявляются упруго- и вязкопластические деформации и особенно явления разрушения, играющие значительную роль в процессе резания.

Пластическая деформация при резании металлов внешне проявляется в том, что толщина стружки а1 становится больше тол­щины среза а.. Но так как при этом происходит измене­ние формы, а объем остается прежним, оказывается, что длина стружки обычно становится короче пути, пройденного резцом. Явление укорочения стружки по длине и уширения по толщине на­зывают усадкой стружки. Ее величина характеризуется коэффици­ентом усадки

a1/а =L/L1 = Кстр>1 (1.1)

Коэффициент усадки является косвенным показателем интен­сивности пластической деформации при резании металлов.

Таким образом, когда относительный сдвиг имеет минимальное значение, т. е. стружка получает наименьшую пластическую дефор­мацию, коэффициент усадки стружки Кс = 1, т. е. усадки не наблю­дается. Коэффициент усадки стружки косвенно выражает пласти­ческую деформацию, а количественную характеристику дает коэффициент относительного сдвига.

Рассмотрим факторы, влияющие на усадку стружки:

1) изменение переднего угла γ. При увеличении угла γ коэффициент усадки стружки уменьшается. Это подтверждается рядом исследований, которые показывают, что при увеличении переднего угла уменьшается трение стружки о переднюю поверхность инструмента, что в свою очередь приво­дит к увеличению угла скалывания . Известно, что чем больше угол, тем меньше коэффициент усадки стружки;

2) по этой же причине применение смазочно-охлаждающей жидкости также приводит к уменьшению усадки стружки;

3) изменение толщины среза. Чем больше толщина срезаемого слоя металла, тем меньше коэффициент усадки стружки, что также связано с изменением угла

4) изменение скорости резания. С увеличением скорости резания происходит немонотонное изменение усадки стружки. Характер изменения величины Кс при различных значениях скорости резания объясняется изменением размеров нароста.

5) Нарост. Минимальный коэффи­циент усадки стружки соответствует наибольшему размеру наро­ста. Характерные точки, соответствующие максимальному значе­нию коэффициента усадки на кривых Кс = f(а), или точки перегиба, тем больше сдвигаются в область низких скоростей резания, чем пластичнее обрабатываемый материал и меньше передний угол и толщина среза.

Такой вид кривых объясняется тем, что при малых скоростях резания нарост не образуется и передний угол мал, т. е. коэффи­циент усадки стружки Кс велик.

С достижением скорости резания примерно 50 м/мин, в преде­лах которой нарост имеет максимальную величину, увеличивается действительный передний угол γд и, следовательно, снижается Кс. При скоростях резания 80...100 м/мин нарост отсутствует, поэтому Кс становится максимальным. При дальнейшем увеличении V (более 80... 100 м/мин) в прирезцовой зоне под действием высокой температуры граничный слой металла сильно размягчается и выполняет роль «твердой смазки». В этих условиях коэффициент трения на передней поверхности инструмента сильно снижается, что сопро­вождается уменьшением коэффициента усадки стружки.