2.2.4. Изменение размеров и формы стружки по сравнению со срезаемым слоем. Понятие об усадке стружки

При превращении срезаемого слоя в стружку размеры стружки по длине, толщине и ширине (рис. 50) отличаются от размеров срезаемого слоя, из которого стружка образовалась. При длине срезаемого слоя L, толщине а и ширине b длина стружки равна L_с, т

Рис. 50. Размеры срезаемого слоя и стружки

олщина – a_с, а ширина – b_с, причем L_с < L; а_с > а; b_с > b. Таким образом, по сравнению с размерами срезаемого слоя стружка короче, толще и шире. Степень изменения размеров стружки по сравнению со срезаемым слоем характеризуют тремя коэффициентами изменения формы: коэффициентом усадки (или укорочения) K_l, коэффициентом утолщения K_a и коэффициентом уширения K_b. Причем

; .

Коэффициенты показывают, во сколько раз размеры стружки по длине, толщине и ширине меньше или больше соответствующих размеров срезаемого слоя.

Как указывалось выше, по коэффициенту усадки стружки можно определить величину угла сдвига . Зависимость получена при предположении, что уширение стружки отсутствует, т.е. что коэффициенты K_l и K_a равны. С учетом уширения стружки определение угла сдви­га или относительного сдвига по формулам необходимо вести не по коэффициенту усадки стружки K_l, найденному экспе­риментально по длине стружки, а по расчетному коэффициенту усадки K_l:

Ранее отмечалось, что даже при свободном резании уширение стружки невелико и составляет 5…15 % от ширины срезаемого слоя, в то время как укорочение и утолщение стружки оцениваются в 250…600 % и более.

П

Рис. 51. Схема для определения расчет­ного коэффициента усадки стружки

оэтому уширением стружки можно пренебречь и считать, что K_l = K_а. Все сказанное справедливо только в том случае, если сливная стружка сохраняет свою сплошность. Если же на свободной стороне сливной стружки наблюдаются достаточно большие выступы и впадины (рис. 51) или стружка имеет суставчатую форму, то в формулу необходимо ввести поправку. Принимая впадину стружки за треугольник, на основании рис. 51, имеем

K_l = K_aK_b(1 – 1/2),

где  – относительный коэффициент;  = h/ac.

Выражение (1 – ½) можно назвать коэффициентом сплошности стружки. Обозначив его через K_ и считая, что K_b = 1, получим

K_l = K_aK_.

Так как коэффициент сплошности стружки всегда меньше единицы, то при пилообразной стружке коэффициент K_l меньше коэффициента K_a, а иногда может быть даже меньше единицы. Резание некоторых материалов это подтверждает. Например, при обработке высокопрочных титановых сплавов (например, сплава ВТ3) с определенными скоростями резания и подачами образуется суставчатая пилообразная стружка. При этом наблюдается явление, названное «отрицательной усадкой» стружки, когда длина стружки за счет пустот на свободной стороне становится больше длины срезаемого слоя. Коэффициент усадки, найденный по длине стружки, становится меньше единицы, достигая значений 0,75…0,9.

В основе вывода формулы лежало положение о сплошности стружки и равенстве в связи с этим коэффициентов K_l и K_a. При ярко выраженной пилообразности сливной стружки или когда образуется суставчатая стружка, расчет угла сдвига, очевидно, нужно вести не по коэффициенту усадки стружки K_l, найденному измерением длины стружки, а по расчетному коэффициенту усадки: K_l = K_l/K_.

То же самое нужно сказать и об определении относительного сдвига по формуле (2).

Коэффициент усадки стружки можно определить двумя методами: измерением длины стружки и взвешиванием стружки. При использовании первого метода длину стружки ограничивают разделением слоя на отдельные части. Например, в опытах при точении на заготовке делают один или несколько пазов и фиксируют расстояние между ними. При прохождении лезвия инструмента через паз процесс резания прерывается. Стружку собирают и измеряют ее длину по контактной стороне.

Коэффициент усадки стружки не может служить количественным показателем степени деформированности срезаемого слоя. Хотя с увеличением коэффициента усадки в пределах его значений, встречающихся при применяемых режимах резания, относительный сдвиг при постоянном переднем угле  возрастает, но при различных передних углах одному и тому же коэффициенту усадки соответствует различная величина относительного сдвига. Если для оценки степени деформации срезаемого слоя пользоваться коэффициентом усадки стружки, то при K_l = 1 можно прийти к выводу, что деформация при резании отсутствует, хотя срезаемый слой и превратился в стружку. Это противоречит элементарным законам механики, согласно которым при K_l = 1 относительный сдвиг не равен нулю, имея тем большую величину, чем меньше передний угол инструмента. Таким образом, коэффициент усадки стружки может являться лишь внешним и только качественным показателем тех деформационных процессов, которые происходят в срезаемом слое.

На коэффициент усадки стружки основное влияние оказывают род и механические свойства материалов обрабатываемой детали, передний угол инструмента, толщина срезаемого слоя, скорость резания и применяемая смазочно-охлаждающая жидкость. При резании п

Рис. 52. Схема влияния скорости V резания на высоту нароста H (кривая 3) и коэффициент усадки струж­ки K_l при резании материалов, не склон­­ных к на­ростообразованию (кривая 1) и склон­ных к наростообразованию (кривая 2)

ластичных материалов коэф­фи­циент усадки боль­ше, чем при резании материалов хрупких (рис. 52). Например, k_l при резании углеродистых сталей колеблется в пределах 2…6, а при резании чугуна  – в пределах 1,5…2,5. Чем прочнее и тверже материал обрабатываемой детали, тем меньше коэффициент усадки. Принципиальное влияние скорости резания на коэффициент усадки стружки представлено на рис. 52. Кривая 1 соответствует резанию материалов, не склонных к наростообразованию. В этом случае по мере увеличения скорости резания коэффициент усадки стружки вначале быстро, а затем более медленно уменьшается. Указанное влияние скорости резания на K_l объясняется уменьшением коэффициента трения между стружкой и передней поверхностью при увеличении температуры на передней поверхности вследствие возрастания скорости резания. При резании материалов, склонных к наростообразованию (кривая 2), скорость резания на K_l влияет немонотонно. Вначале при увеличении скорости резания коэффициент усадки уменьшается, достигает минимальной величины при определенном значении скорости резания, а затем вновь возрастает. При достижении скоростью резания значения V₃ возрастание коэффициента K_l прекращается, и при скоростях резания V > V₃ кривая 2 ведет себя так же, как и кривая 1. Немонотонное изменение коэффициента K_l при увеличении скорости резания связано с действием на процесс стружкообразования нароста. Кривая 3 на рис. 52 показывает изменение высоты нароста в интервале скоростей резания от V₁ до V₂.

Возрастание скорости резания от V₁ до V₂ сопровождается увеличением переднего угла инструмента, вследствие чего степень деформации срезаемого слоя уменьшается. При скорости резания V₂ фактический передний угол имеет максимальную величину и коэффициент K_l достигает минимума. При возрастании скорости резания от V₂ до V₃ высота нароста уменьшается так же, как и величина фактического переднего угла, стремящегося к величине переднего угла заточки. Это вызывает увеличение коэффициента усадки стружки. При скоростях резания V > V₃ нарост отсутствует и скорость резания влияет на коэффициент K_l только через изменение коэффициента трения.

В

Рис. 53. Влияние переднего угла на коэффициент усадки стружки K_l при различных скоростях резания (сталь 20Х;  = 45°; а = 0,31 мм;

b = 1,45 мм): 1 –  = 9°; 2 –  = 15°; 3 –  = 30°; 4 –  = 45°

лияние переднего угла на коэффициент K_l представлено на рис. 53. По мере увеличения угла  коэффициент усадки стружки уменьшается, а горбы на кривых K_l = f(V) сглаживаются. Кроме того, чем больше величина переднего угла, тем при большем значении скорости резания кривая K_l достигает вторичного максимума. Последнее вполне естественно, так как при увеличении переднего угла исчезновение нароста происходит при больших скоростях резания. При углах  > 30° скорость резания практически не влияет на коэффициент усадки стружки.

На рис. 54 представлено влияние на коэффициент усадки стружки толщины срезаемого слоя. Кривые K_l = f(V) имеют горбообразный вид, причем для меньших толщин срезаемого слоя вершины горбов сдвинуты в область более высоких скоростей резания. Из рисунка видно, что при постоянном переднем угле инструмента максимальные значения коэффициента усадки стружки не зависят от толщины срезаемого слоя, но K_l достигает максимальной величины при различных скоростях резания.

С

Рис. 54. Влияние толщины срезаемого слоя на коэффициент усадки стружки K_L при различных ско­ростях резания (сталь 20Х;  = 0°;

( = 45°; t = 1 мм): 1 – а = 0,31 мм; 2 – а = 0,15 мм; 3 – а = 0,08 мм;

4 – а = 0,04 мм

мазочно-охлаждающие технологические средства снижают величину коэффициента трения, умень­­­шают коэффициент усадки стружки, причем эффект от влияния жидкости тем сильнее, чем меньше толщина срезаемого слоя и скорость резания.

Рис. 55. Влияние толщины среза а, главного угла в плане , угла реза­ния  и радиуса при вершине резца R на коэффициент продольной

усадки стружки K_l

Влияние на усадку стружки толщины среза или подачи, углов в плане, угла резания и радиуса при вершине резца показано на рис. 55.