Вопросы для самопроверки:
Какие основные требования предъявляются к инструментальным материалам?
На какие основные группы подразделяются инструментальные материалы?
Основные группы инструментальных сталей?
Основные группы быстрорежущих инструментальных сталей?
Что такое теплостойкость инструментального материала?
Что представляют собой твердые сплавы?
Основные группы твердых сплавов?
От чего зависит прочность твердых сплавов?
Какими особенностями обладают безвольфрамовые твердые сплавы?
Что такое режущая керамика?
Область применения режущей керамики?
Что относится к сверхтвердым материалам?
Классификация абразивных материалов?
Виды и область применения электрокорунда?
Виды и область применения карбида кремния?
Область применения карбида бора?
4. Динамика резания
Резания сопровождается процессами деформирования и трения.
Различают деформацию упругую, пластическую и разрушение.
При упругой деформации изменяются расстояния между атомами в кристаллической решетке. После снятия нагрузки атомы возвращаются в исходное состояние. Поэтому упругую деформацию называют обратимой деформацией. Упругие деформации обычно малы и пропорциональны приложенному напряжению (закон Гука).
При пластической деформации происходят значительные сдвиги одной части кристалла относительно другой. После снятия нагрузки атомы не возвращаются в исходное состояние. Поэтому пластическую деформацию называют необратимой деформацией (изменяется форма тела). При пластической деформации происходят процессы упрочнения, связанные с увеличением напряжений по мере нарастания степени деформации. Под действием температуры возможен также процесс разупрочнения материала, т.е. снижение напряжений при увеличении степени деформации.
При резании разрушение может происходить путем среза под действием касательных напряжений (вязкое разрушение), а также путем отрыва под действием нормальных напряжений (хрупкое разрушение).
4.1. Схематизация процесса стружкообразования
При резании конструкционных углеродистых и легированных сталей и сплавов образуются четыре вида стружек: элементная, суставчатая, сливная и надлома (рис. 4.1).
Рис. 4.1. Типы стружек: а – элементная; б – суставчатая; в – сливная; г – надлома
Элементная стружка состоит из отдельных элементов приблизительно одинаковой формы, не связанных или слабо связанных друг с другом.
У суставной стружки разделения ее на отдельные части не происходит.
Основным признаком сливной стружки является сплошность, однородность ее структуры. Контактная поверхность сливной стружки гладкая, блестящая; свободная поверхность стружки – с мелкими зубчиками. При высокой скорости имеет бархатистый вид. Цвет сливной стружки обычно синий.
Стружка надлома образуется при обработке хрупких материалов. Ее частички имеет различные размеры и форму, в которых отсутствует пластическая деформация.
Наиболее характерным типом стружки при резании пластичных металлов является сливная стружка.
В общем случае зона стружкообразования имеет клинообразную форму и ограничена криволинейными поверхностями [2, 3, 4], рисунок 4.2.
а) б)
Рис. 4.2. Схема стружкообразования (а) и расчетная схема (б)
На рисунке обозначено:
OL – начальная граница стружкообразования;
OM – конечная граница стружкообразования;
LOM – зона стружкообразования;
NOM – узкая зона стружкообразования;
OA – плоскость сдвига;
β – угол наклона плоскости сдвига;
n-n – нормаль к передней поверхности инструмента.
Степень пластической деформации в зоне стружкообразования LOM растет сначала медленно, а затем, в зоне NOM, – достаточно быстро. Поэтому можно считать, что основная часть деформации происходит в относительно узкой зоне. При высоких скоростях резания можно предположить, что деформация сдвига происходит в единственной плоскости OA (рис. 3.2б). Эта плоскость называется условной плоскостью сдвига, или просто – плоскостью сдвига.
Эта схема (модель) хорошо описывает процесс стружкообразования пластичных металлов с высокими скоростями резания, характерными для твердосплавного инструмента.