2.1.4 Елементи режиму різання і переріз зрізуваного шару

Елементи режиму різання. Основними елементами режиму різання є глибина різання, подача і швидкість різання. Глибиною різання t (рисунок 2.4) називають товщину шару металу, що знімається за один прохід, її визнача­ють як відстань між оброблюваною і обробленою поверхнями, виміряну по перпендикуляру до обробленої. При поздовжньому точінні

, (2.2)

де D – діаметр заготовки, мм;

d – діаметр обробленої деталі, мм.

Подачею s називають переміщення різця у напрямі руху подачі за час, поки деталь зробить один оберт. Залежно від напряму руху подачі вона може бути поздовжньою, поперечною або розташованою під кутом до заготовки.

Швидкість головного руху називають швидкістю різання. Це шлях, який проходить точка, що лежить на оброблюваній поверхні заготовки, віднос­но різальної кромки інструмента за одиницю часу. Швидкість різання при обертальному русі, м/хв,

ν=πDn/1000, (2.3)

де D - діаметр заготовки, мм;

п - частота обертання заготовки, хв^-1.

Переріз зрізуваного шару. Основними елементами зрізуваного шару є ширина і товщина його, глибина різання і подача.

Рисунок 2.4 – Елементи перерізу зрізуваного шару

Шириною зрізуваного шару b (рисунок 2.4) називають відстань між оброблюваною і обробленою поверхнями, виміряну на поверхні різання.

Товщина зрізуваного шару а - це від­стань між двома послідовними по­ложеннями різальної кромки за один оберт заготовки, виміряна у напрямі, перпендикулярному до ширини зрізува­ного шару.

Номінальну площину поперечного перерізу зрізуваного шару f_н = АВСD (рисунок 2.4) визначають як добуток подачі на глибину різання або товщи­ни зрізуваного шару на його ширину, мм²

f_н = st = ab. (2.4)

Дійсний переріз зрізуваного шару ВСDЕ відрізняється від номінального, і на обробленій поверхні залишаються нерівності, так звані залишкові гре­бінці, які залежать від геометричної форми різця, подачі та інших факторів.

2.1.5 Процес стружкоутворення при різанні металів та явища, що його супроводять

Схема процесу різання. Процес різання шару металу вперше був до­сліджений засновником вчення про різання металів І.А.Тіме. На основі своїх досліджень він розробив схему процесу, яку подано на рисунку 2.5. Різець під впливом сили Р вдавлюється в оброблюваний метал, стискую­чи розташований перед ним шар (рисунок 2.5, а), внаслідок чого у зрізува­ному шарі утворюються значні напруження, що спричинюють пружні і пластичні деформації. В момент, коли напруження, що виникло, переви­щує міцність оброблюваного металу, відбувається зрушення (сколюван­ня) елемента стружки по площині АВ (рисунок 2.5, б), яку Тіме назвав пло­щиною сколювання. Ця площина утворює з обробленою поверхнею кут β₁, який називають кутом сколювання. При подальшому переміщенні різця він своєю передньою поверхнею послідовно стискує і зсуває наступний об'єм зрізуваного шару, внаслідок чого утворюються елементи 1, 2, 3... стружки (рисунок 2.5, в), які також будуть відокремлені під кутом β₁ від основного металу. З таких окремих елементів і утворюється стружка (рисунок 2.5, г). Кут β₁ не залежить від геометрії різця і властивостей оброб­люваного металу і, як правило, дорівнює 30°. Отже, різання - це процес безперервного зсуву окремих елементів стружки.

Види стружок. Дослідження процесу різання різних металів, дозволило встановити, що залежно від оброблюваного металу, умов різання утворюються три види стружки: зливна, сколювання і надлому.

Зливна стружка (рисунок 2.5, д) - це безперервна стрічка, яка звивається у спіраль. Поверхня її, що ковзає по передній поверхні різця, чиста і гла­денька. Утворюється зливна стружка при обробці пластичних металів (м'якої сталі, латуні, алюмінію та ін.) зі значними швидкостями різання і невеликими подачами різцями з оптимальними передніми кутами.

Стружка сколювання (рисунок 2.5, е) складається з окремих, зв'язаних один з одним, елементів. Обернений до різця бік стружки гладенький, а протилежний - пилкоподібний. На ньому чітко видно окремі елементи стружки. Утворюється вона при обробці пластичних металів з невисоки­ми швидкостями різання і значними подачами різців, що мають невеликі передні кути.

Стружка надлому (рисунок 2.5, є) складається з окремих і слабкозв'яза­них між собою кусочків металу неправильної форми. Утворюється стружка надлому при обробці крихких металів (чавуну, бронзи, деяких сплавів алюмінію). Оброблена поверхня в цьому разі має значні нерівності.

Досить часто замість зливної намагаються дістати стружку надлому, яку зручніше видаляти із зони різання і транспортувати. Для цього ін­струменту надають певних геометричних параметрів або встановлюють спеціальні стружколамальні пристрої.

Рисунок 2.5 – Схема процесу різання і види стружок

Пружне та пластичне деформування зрізуваного шару. Коли різець під дією сили Р (рисунок 2.6, а) тисне на метал, у зрізуваному шарі виника­ють пружні деформації, які при подальшому переміщенні різця перехо­дять у пластичні. В матеріалі заготовки поблизу різця виникають танген­ціальні τ_х. та нормальні σ_у напруження. Напруження τ_х. бувають найбіль­шими біля вершини різця А і при віддаленні від неї зменшуються до нуля.

Нормальні напруження біля вершини різця є напруження розтягування (+σу) і най­більші біля точки А. Саме вони спричинюють надривання металу в зоні різання і появу випереджальної тріщини. Віддаляючись від вершини, σу зменшується і переходить через нуль у напруження стискання (-σу).

Рисунок 2.6 – Схема пружно-напруженого стану (а) і деформацій (б) у зоні різання

Під дією напружень σу та τх зрізуваний шар пластично деформується. В зоні стружкоутворення ВАС відбуваються зсувні деформації, які призводять до ковзання окремих частин зерен по кристалографічних площи­нах, і зерна металу, що мають вихідну форму А (рисунок 2.6, б), набувають витягнутої форми В. Безпосередньо біля поверхонь різця внаслідок тертя по них зерна деформуються і витягуються ще більше Б.

Отже, обробка різальними інструментами є процесом послідовного пружного і пластичного деформування зрізуваного шару металу і подаль­шого його руйнування. Пластичне деформування поверхневого шару на глибину від сотих часток до кількох міліметрів призводить до його зміц­нення – наклепу.

Утворення наросту. Під час різання пластичних металів, таких як сталь, латунь тощо, відбувається явище, яке називають наростоутворенням. Воно полягає в тому, що внаслідок адгезійної взаємодії, великого тертя між струж­кою та різцем і значного виділення теплоти на передній поверхні різця біля різальної кромки затримується і дуже міцно укріплюється на ній шар металу стружки, який безпосередньо прилягає до перед­ньої поверхні різця (рисунок 2.7).

Рисунок 2.7 – Утворення наросту на різці

Метал наросту дуже деформований, і твердість його значно (іноді в 2...З рази) перевищує твердість оброблюваного металу. Наріст утворю­ється в зоні відокремлення стружки і бере безпосередню участь у різанні. Він періодично руйну­ється, виноситься стружкою, що сходить і утворюється знову.

Наріст зменшує кут різання (δ_нар < δ), вна­слідок чого зменшуються витрати потужно­сті на різання. Він захищає вершину різця і різальну кромку від передчасного спрацю­вання, поліпшує відведення теплоти із зони різання. Проте точність і якість обробки при утворенні наросту погіршуються, оскільки форма його неправильна і нестала, а також через появу вібрацій. Тому при чорновій обробці наріст сприятливо впливає на процес різання, а при чистовій, коли якість обробки поверхні особливо важлива, утворення наросту слід уникати.