4.1.3 Усадка стружки

Стружка, образующаяся а процессе резания, подвергается значительному пластическому деформированию, одним из проявлений которого является ее усадка, т.е. сопоставле­нием продольных и поперечных разме­ров срезаемого слоя и стружки, об­разовавшейся после срезания этого слоя. Усадка стружки состоит в том, что длина стружки оказывается меньше длины обра­ботанной поверхности, а толщина — больше толщины срезанного слоя металла («усаживается», «разбухает»). Ширина стружки практически остается без изменений.

Усадка стружки характе­ризуется коэффициентом усадки.

Пластическая деформация, как это было рассмотрено в 4.1, состоит в непре­рывном последовательном перемещении элементарных объемов массы металла в направлении плоскостей сдвига. В ре­зультате пластического деформирования металла в процессе стружкообразования длина lстр.- срезанной стружки меньше дли­ны lср.сл - срезанного слоя, а толщина а - стружки, наоборот, больше тол­щины а срезаемого слоя.

Рис. 4.9 - Измерение длины стружки для вы­числения ее усадки

Таким образом, коэффици­ент усадки струж­ки можно определить несколькими методами:

• по длине стружки - коэффици­ентом продольной усадки струж­ки:

k l = 1ср.сл./ l стр.< 1;

• по толщине стружки - коэффици­ентом поперечной усадки стружки:

ka = а стр./ а ср.сл. > 1;

4. весовой метод:

k = Fстр./F ср.сл.

Форма и размеры стружки имеют особое значение при ограни­ченном пространстве для ее размещения в процессе обработки (свер­ление, протягивание, фрезерование) и для станков с ограниченной зоной обслуживания.

2. Наростообразование при резании металлов

При обработке пластичных металлов резанием на перед­ней поверхности инструмента образуется слой металла, который называют наростом. Существует много раз­личных гипотез о причинах возникновения наростов. Считается, что это сильно деформированный металл, структура которого отличается от структур обрабатываемого металла и стружки. Наростообразование находится в тесной взаимосвязи с условиями трения, высокими контактными температурами и давлениями. Наиболее вероятной причиной наростообразования можно считать то, что геометрическая форма инструмента не идеальна с точки зрения обтекания ее металлом. При некоторых условиях обработки силы трения между передней поверхностью инструмента и частицами срезанного слоя металла становятся больше сил внутреннего сцепления, и при наличии определенных температурных условий металл прочно оседает на передней поверхности лезвия инструмента, происходит торможение («схватывание») тонких контактных слоев стружки на шероховатой передней поверхности инструмента (рис. 4.9).

Рис. 4.9 - Схемы образования и силы, действующие на нарост

Нарост обладает особыми свойствами. Он имеет неод­нородную слоистую структуру, существенно отличающуюся от структуры обрабатываемого материала и материала ре­жущего инструмента. Тонкие слои нароста состоят из сильно деформированных, раздробленных зерен металла с плохо выраженной текстурой (рис. 4.10).

Рис.4.10 - Структура нароста

Нарост обладает высокой твердостью - он сам начинает резать материал. Нарост может иметь разную форму и размеры. В процессе обработки резанием размеры и форма нароста непре­рывно меняются в результате действия сил трения между отходящей стружкой и внешней поверхностью нароста. Частицы нароста по­стоянно уносятся стружкой или увлекаются обработанной поверхностью заготовки, иногда нарост целиком срывается с передней поверх­ности инструмента и тут же вновь появляется. Объяс­няется это тем, что нарост находится под действием силы трения Т, сил сжатия Рz и Pi и силы растяжения Q (рис. 4.9). С изменением размеров нароста меняется соотношение действующих сил. Когда сумма сил Pi, Рz и Q становится больше силы трения Т, то проис­ходят разрушение и срыв нароста. Частота срывов нароста зависит от скорости резания и достигает нескольких сотен в секунду.

При резании с небольшими скоростями обработки размеры нароста увеличиваются, достигают максимальных величин, а затем по мере увеличения скорости контактная тем­пература в зоне резания приводит к рекристаллизации материала нароста и снижению его прочности. Нарост теряет свою режущую способность, контактные силы адгезии уменьшаются, нарост исчезает.(Рис 4.11)

Rz, мкм

10 20 80 V, м/мин

Рис. 4.11 - Высота нароста при точении стали 45

Нарост существенно влияет на процесс резания и качество обра­ботанной поверхности заготовки, так как при его наличии меняются условия стружкообразования. (Рис.4.12)

Рис.4.12 - Влияние нароста (hн) на коэффициент трения (μ), силу резания (Рz,), коэффициент уко­рочения стружки (ki) и величину шероховатости (Rz) при точении стали 40Х на различных скоро­стях (V)

Положительное влияние нароста заключается в том, что при наличии его меняется форма передней поверхности инструмента, что приводит к увеличению переднего угла, следовательно, к умень­шению силы резания. Вследствие высокой твердости нарост способен резать металл. Нарост удаляет центр давления стружки от режущей кромки, в результате чего уменьшается износ режущего инструмента по передней поверхности. Нарост улучшает теплоотвод от режущего инструмента

Отрицательное влияние нароста заключается в том, что он уве­личивает шероховатость обработанной поверхности. Частицы на­роста, внедрившиеся в обработанную поверхность, при работе детали с сопрягаемой деталью вызывают повышенный износ пары. Вследствие изменения наростом геометрии режущего инструмента меняются размеры обрабатываемой поверхности в поперечных (диа­метральных) сечениях по длине заготовки и обработанная поверх­ность получается волнистой. Вследствие резкого изменения переднего угла инструмента при срыве нароста изменяется сила резания, что вызывает вибрацию узлов станка и инструмента, а это, в свою очередь, ухудшает ка­чество обработанной поверхности.

Следовательно, при грубой черновой обработке, когда возникают большие силы резания, снимается толстый слой металла и выделяется значительное количество теплоты, нарост положителен и, наоборот, при чистовой окончательной обработке нарост отрицателен, так как снижает качество обработанной поверхности.

Наростообразование зависит от физико-механических свойств обрабатываемого металла, скорости резания, геометрии режущего инструмента и других факторов. Так при увеличении переднего угла размеры нароста уменьшаются. Наиболее интенсивно нарост обра­зуется при обработке пластичных металлов. Считают, что наиболь­шее наростообразование при обработке пластичных металлов проис­ходит при скоростях резания 18—30 м/мин, а при скоростях резания до 12 м/мин и более 50 м/мин нарост на режущем инструменте не образуется.

Явление наростообразования имеет большое значение в пра­ктике обработки резанием: нарост изменяет передний угол, а следовательно, изменяет сопротивление резанию Ру и условия трения; ухудшает чистоту обрабо­танной поверхности, увеличивает Rг, защищает заднюю поверхность инструмента от разрушения. Для каждого материала существует определенный диапазон малых ско­ростей резания, в котором величина нароста Ннар. максимальна (рис. 4.4). Наросты мо­гут образовываться при резании твердосплавными, стальными, минералокерамическими и алмазными инструментами различных матери­алов (в том числе и при обработке молибденовых, титановых и жаро­прочных сплавов). Но наибольшей величины наросты достигают при резании пластичных металлов с об­разованием сливных стружек и ин­струментами, изготовленными из углеродистых и быстрорежущей сталей.

Исследование процесса наростообразования позволяет дать реко­мендации по борьбе с ним в условиях чистовой обработки. Это изме­нение геометрии режущего инструмента и скорости резания, при­менение смазочно-охлаждающих жидкостей, тщательная доводка передней поверхности инструмента для снижения коэффициента трения между ней и отходящей стружкой.