4.4. Определение степени деформации при резании

Представим зону деформации ограниченной двумя прямыми параллельными линиями [2] (рис. 4.4).

Ширина зоны деформации равна ∆y, т.е. стороне элементарного квадрата. Вершина квадрата (точка А) находится на пересечении обрабатываемой поверхности с верхней границей зоны деформации. После деформации квадрата точка А перемещается на свободную поверхность стружки в точку А'. Расстояние между точками А и А' равно абсолютному сдвигу ∆x. Запишем выражение для относительного сдвига (см. 4.6):

Выразим ∆x и ∆y через скорость сдвига V₂ и скорость V_y, перпендикулярную плоскости сдвига. Для этого разделим числитель и знаменатель выражения (6.6) на ∆t – время, в течение которого частица металла проходит через зону деформации.

Рис. 4.4. Схема простого сдвига при резании: β – угол наклона плоскости сдвига

Получим

. (4.9)

Из рисунка 4.4 имеем:

(4.10)

Подставив (4.5) и (4.10) в выражение (4.9), получим

(4.11)

Кроме формулы (4.11) для расчета относительного сдвига могут быть использованы другие формулы, тождественные (4.11):

(4.12)

(4.13)

4.5. Нарост при резании

При резании широкой номенклатуры конструкционных материалов при определенных условиях (режимах резания) на передней поверхности инструмента образуется нарост [2] (рис. 4.5).

В сечении главной секущей плоскостью нарост имеет форму клина. Нарост состоит из частиц обрабатываемого материала. Твердость нароста в 2,5…3,5 раза выше твердости обрабатываемого материала. Поэтому он выполняет роль режущего инструмента, изменяя действительный передний угол γ_д (γ_д > γ). Нарост всегда увеличивает передний угол инструмента.

Рис. 4.5. Схема образования нароста

В связи с этим нарост оказывает существенное влияние на процесс деформации, силу и температуру резания.

Нарост может выступать за режущую кромку (∆a – приращение толщины среза), изменяя тем самым размеры обработанной поверхности.

Важнейшей особенностью нароста является его способность разрушаться и вновь образовываться, вызывающая колебания технологической системы.

При этом часть нароста уносится со стружкой, а другая его часть остается на обработанной поверхности детали, увеличивая тем самым шероховатость поверхности.

В тех случаях, когда нарост становится достаточно устойчив, он способен защищать заднюю и переднюю поверхности инструмента от износа.

Установлено, что при малых температурах резания нарост не образуется. Это связано с тем, что при малых температурах резания (что имеет место при малых скоростях резания) недостаточно велики силы молекулярного прилипания (адгезии), удерживающие основание нароста на передней поверхности инструмента.

С увеличением температуры резания условия молекулярного прилипания улучшаются.

Заторможенный на передней поверхности слой принимает форму клина, ибо только в такой форме нарост способен резать обрабатываемый материал.

Так как температура резания еще не слишком велика, нарост способен упрочняться, принимать большие размеры и большие передние углы γ_υ.

Однако нарост больших размеров очень неустойчив. Он быстро разрушается и возникает вновь. При этих условиях он оказывает особенно сильное влияние на шероховатость поверхности.

Таким образом, с увеличением температуры резания действительный передний угол γ_υ увеличивается. Увеличение γ_д наблюдается лишь до некоторой температуры резания. Для конструкционных сталей эта температура равна примерно 300 ºС. При θ > 300 ºС нарост разупрочняется, и с повышением θ высота нароста уменьшается, вместе с тем уменьшается и γ_д (рис. 4.6).

Рис. 4.6. Схема влияния температуры резания θ на высоту нароста H и действительный передний угол γ_д

При θ = θ₃ = 600º нарост исчезает и при более высоких температурах действительный передний угол равен статическому (γ_д = γ).

С учетом явления наростообразования зависимости коэффициента усадки стружки и сил резания от скорости резания выражаются типичными горбооразными кривыми (рис. 4.7).

Рис. 4.7 Схема влияния скорости резания V на коэффициент усадки стружки K и силу резания P

Причем скорости V₁ соответствует температура θ = 80…100 ºС, скорости V₂ – температура θ₂ = 300 ºС, а скорости V₃ – температура θ₃ = 600 ºС.

При обработке таких материалов, как медь, латунь, бронза, олово, закаленные стали, большинство титановых сплавов, белый чугун, стали с большим содержанием хрома и никеля нарост не образуется.

Меры борьбы с наростом. Уменьшение высоты нароста и его влияние на шероховатость и точность обработки достигается за счет:

• уменьшения толщины срезаемого слоя и увеличения переднего угла;

• применения смазочно-охлаждающих жидкостей;

• выбора режимов резания, при которых температура резания θ > 600 ºС.

• предварительного нагрева или охлаждения заготовки.