Физические основы процессы резания

Резание металла является сложным процессом, включающим трение, упругую деформацию, пластическое течение и разрушение материала в таких предельных

/

Рис. 12 Модели стружкообразования (а,б) и формирования поверхностного слоя в стали (в, г), H_max - H₀ - твёрдость, h_s - глубина поверхностного слоя.

условиях, которые обычно не встречаются ни при испытании материалов, ни в процессах обработки давлением.

Основной механизм процесса изучается при прямоугольном свободном резании, когда режущая кромка располагается перпендикулярно вектору скорости резания. Процесс стружкообразования является процессом пластического сдвига. В соответствии с первой моделью предполагается, что стружкообразование происходит в результате простого сдвига по плоскости  (рис.12 а), проходящей от главной режущей кромки к некоторой точке, лежащей на обрабатываемой поверхности заготовки. По обе стороны от этой плоскости деформация отсутствует.

Вторая модель предполагает наличие развитой зоны деформации (рис.12 б).

Явления, сопровождающие процесс резания

Процесс резания сопровождается наростообразованием, возникновением сил резания, теплообразованием, износом режущей части, вибрацией.

Наростообразование. Нарост - застойная зона сильно деформированного обрабатываемого металла на передней поверхности инструмента. Нарост имеет более высокую твердость, чем обрабатываемый металл и поэтому работает как режущий инструмент (рис. 13).

Нарост не является стабильным во времени - он периодически разрушается (до 200 раз в секунду). Поэтому на обработанной поверхности образуется множество грубых дефектов. Наростообразование происходит при скоростях V=1030 м/мин. Поэтому чистовую обработку следует вести при V>90 м/мин или V<10 м/мин.

Рис. 13 Наростообразование

Силы резания. В результате сопротивления металла процессу деформирования возникает реактивная сила резания, действующая на режущий инструмент. Это сила, обусловленная трением, а также упругим и пластическим деформированием обрабатываемого материала.

Возникновение сил трения обуславливается наличием нормальных сил на передней и задней поверхностях инструмента. Всю указанную систему приводят к равнодействующей силе резания. Для расчетов используют не равнодействующую си

Рис. 14 Силы резания (а) и датчики для их измерения (б)

лу резания P, которую аналитически определить невозможно, а её составляющие, действующие по трём перпендикулярным направлениям: Pz, Py и Px (рис. 14), которые определяют эмпирически.

Тепловые процессы в зоне резания. Процесс резания сопровождается выделением теплоты. Количества теплоты, Q выделяющееся в единицу времени: Q=P_zV [Дж/мин].

Рис. 15 Измерения температуры резания: методом искусственной термопары (а); методом полуискусственной термопары (б);

с определением распределения температуры по ширине срезаемого слоя (в); и толщине срезаемого слоя (г); методом естественной термопары (д); методом полуестественной термопары (е);

Причинами образования теплоты являются упругопластическое деформирование в зоне стружкобразования трение стружки о переднюю поверхность инструмента, трение задних поверхностей инструмента о поверхность резания и обработанную

поверхность. Количественное распределение теплоты между стружкой, инструментом и заготовкой зависит главным образом от скорости резания. Теплообразование отрицательно влияет на процесс резания. Нагрев инструмента до 800-1000 С вызывает структурные превращения в материале, из которого он изготовлен, снижение твёрдости инструмента и потерю его режущих способностей. Температуры резания измеряют при помощи термопар (рис. 15) и пирометрическим способом (рис. 16)

Рис. 16 Схема пирометра: 1 - источник теплового излучения, 2 - диафрагма,

3 - конденсор, 4 - зеркало плоское, 5 - корпус, 6 - зеркало вогнутое, 7 - линза,

8 - фокусирующая система, 9 - окуляр, 10 - оптоэлектронный преобразователь,

11 - датчик обратной связи, 12 - регистрирующее устройство.

Износ. Происходит по передним и задним поверхностям инструмента. За основной критерий износа, т.е. показатель потери работоспособности инструмента, принимают ширину изношенной площадки по задней грани h₃ (рис. 17).

Рис. 17 Разновидности форм износа

режущей части инструмента:

только по передней поверхности (а); только по задней поверхности (б); одновременно по передней и задней поверхностям (в); местный износ передней и задней поверхностей (г); деформация режущей кромки (д).

Допустимой величиной износа называется такая величина h₃, при которой дальнейшая работа инструмента должна быть прекращена в следствие резкого возрастания усилия резания и снижения качества обработанной поверхности. Величина h₃ нормирована в зависимости от материала режущей части инструмента и разновидности обработки резанием. При достижении величины h₃ должна быть произведена переточка.

Под стойкостью инструмента понимается суммарное время в минутах непрерывной работы инструмента от переточки до переточки. Связь между стойкостью T и скоростью резания V выражается зависимостью: V = C / T^m , где m=0.1-0.3.

Нормированное значение стойкости T называется периодом стойкости инструмента и составляет 30, 60, 90 или 120 минут.