4 Механизм образования сливной стружки

В образовании сливной стружки можно выделить три переходящие друг в друга этапа (рис. 3):

Рисунок 3 – Основные этапы стружкообразоваия:

а – образование элемента смятия; б – разрушение элемента смятия;

в – формирование стружки

1. При воздействии лезвия инструмента на срезаемый слой (рис. 3,а) впереди него создается упруго – пластическая зона, сконцентрированная в ограниченной области обрабатываемого материала и примыкающая к передней поверхности лезвия инструмента. Образуемый в результате пластической деформации смятия элемент срезаемого слоя увеличивается в объеме. В нем возрастают пластические напряжения смятия вплоть до величины предела прочности материала.

2. В некоторой области деформированного элемента напряжения смятия превосходят предел прочности обрабатываемого материала и этот элемент разрушается путем пластического сдвига по некоторой поверхности или плоскости сдвига (рис. 3,б). Угол наклона этой плоскости к направлению вектора скорости резания называется углом сдвига β₁. Угол β₁ является комплексной характеристикой напряженного состояния зоны стружкообразования и его величина зависит от свойств обрабатываемого материала, геометрии инструмента, режима резания и других условий обработки.

В момент разрушения сопротивление элемента сдвигу снижается, а продолжающееся движение инструмента приводит к формированию нового элемента и повторению первого этапа. Сдвинутый элемент имеет тенденцию перемещаться по направлению перпендикулярному плоскости сдвига. Однако, встречая сопротивление со стороны передней поверхности инструмента, элемент стружки изменяет свое направление по вектору скорости движения стружки u_c.

3. Элемент стружки, перемещаясь вдоль передней поверхности инструмента, испытывает в приконтактных слоях большое давление, которое приводит к дополнительному пластическому деформированию приконтактных слоев стружки (рис. 3,в). По этой причине стружка завивается и отрывается от передней поверхности инструмента. При этом для новых элементов совершаются первые два этапа стружкообразования.

5 Зона стружкообразования

Рассмотрим схему образования сливной стружки (рис.4).

Рисунок 4 – Зона стружкообразования: 1 – зона первичной деформации;

2 – зона вторичной деформации

Как отмечалось выше, лезвие инструмента, воздействуя на срезаемый слой толщиной а, создает в нем область упругой деформации, переходящей на линии ОА в пластическую. По представлению И.А. Тиме пластические деформации сдвига происходят в одной плоскости по линии ОЕ, наклонной к вектору скорости резания u под углом β₁. Однако А.А. Брикс, а позднее Н.Н. Зорев предположили и доказали, что пластические сдвиги происходят в семействе плоскостей или поверхностей, ограниченном областью ОАВ, называемой зоной первичной деформации. Линия ОВ – это поверхность или плоскость, по которой осуществляется последняя сдвиговая деформация. Левее линии ОА находятся еще недеформированные структурные зерна кристаллической решетки материала срезаемого слоя толщиной a, а правее линии ОВ – структурные зерна материала стружки толщиной a₁. Форма структурных зерен материала в зоне первичной деформации претерпевает изменения в виде вытянутости в поперечном по отношению к скорости их движения u и u_е направлению. Это приводит к формированию поперечной текстуры стружки.

Стружка, перемещаясь по передней поверхности инструмента, из-за неровностей контактируемых поверхностей и других причин на участке OF длиной l_П затормаживается, и отдельные ее элементы или волокна на участке ОД, длиной примерно l_П/2 могут вообще остановиться. Это приводит к дополнительной деформации элементов стружки, изменению направления образования структуры стружки с поперечного на продольное (вдоль скорости движения стружки u_c) и формированию продольной текстуры стружки. Зона, в которой происходят эти процессы, называется зоной вторичной деформации или застойной зоной. Участок OF – это участок контакта стружки с передней поверхностью лезвию и включает участок пластического контакта ОД и упругого контакта ДF.

Длина контакта заготовки с задней поверхностью лезвия характеризуется величиной l₃. Наличие зон деформации приводит к пластическому h_n и упругому изменению h_y поверхностных слоев заготовки и детали.

Коэффициенты утолщения, укорочения и уширения стружки

Пластическая деформация срезаемого слоя характеризуется углом сдвига ₁, усадкой стружки и относительным сдвигом .

Усадка стружки – это изменение геометрических размеров стружки по сравнению с размерами срезаемого слоя. Она проявляется в том, что длина стружки получается меньше длины поверхности резания заготовки, а толщина и ширина стружки – больше толщины и ширины срезаемого слоя. Усадка стружки характеризуется тремя коэффициентами: коэффициентом утолщения К_а = а₁/а, коэффициентом уширения К_b = b₁/b и коэффициентом укорочения К_b = l/1_l, где а₁, b₁, l₁ соответственно толщина, ширина и длина стружки; а, b, l соответственно толщина, ширина и длина срезаемого слоя.

Согласно условию равенства объемов срезаемого слоя и стружки: а₁^.b₁^.l₁ = а^.b^.l, связь между коэффициентами утолщения, укорочения и уширения сливной стружки выражается зависимостью: l/l₁ = a₁/a = b₁/b. В большинстве случаев резания коэффициент уширения близок к единице, поэтому обычно принимают K_l = K_а.

Коэффициент K_l для сливных и элементных стружек, как правило, имеет величину большую единицы. Однако при обработке малопластичных материалов, например, титановых сплавов и некоторых видов пластмасс коэффициент может иметь величину меньшую единицы. Это явление называется «отрицательной» усадкой стружки.

Значения коэффициента усадки стружки и скорости резания позволяют определить величину скорости перемещения стружки:

.

Как видно из формулы, скорость стружки меньше скорости резания и увеличивается с уменьшением коэффициента усадки стружки.

При известном значении переднего угла γ и экспериментально установленном значении коэффициента усадки стружки можно определить значение угла сдвига β₁ и относительный сдвиг ε:

,

.

Значения угла сдвига и относительного сдвига используются в теоретических расчетах сил и напряжений в зоне резания.