Основные понятия и термины

Деформация, пластическая деформация, упрочнение, деформация чистого сдвига, деформация простого сдвига, относительный сдвиг, стружка, стружка скалывания, стружка надлома, сливная стружка, нарост, усадка стружки.

Вопросы для самоконтроля

1. Что называется деформацией при резании материалов?

2. Что такое простой сдвиг? Назовите направления главных напряжений и деформаций при простом сдвиге.

3. Какова последовательность явлений при образовании элементных и сливных стружек? Назовите зоны приложения деформирующих сил в этих двух случаях стружкообразования.

4. Как влияют на тип образующейся стружки передний угол инструмента, толщина среза и скорость резания?

5. Каковы причины образования нароста на режущем инструменте? Условия существования нароста и зависимость его от скорости резания, толщины среза и переднего угла инструмента.

6. Дайте определение усадки стружки. Как она зависит от различных факторов при отсутствии нароста и его наличии?

7. Что такое переходная пластически деформируемая зона срезаемого слоя металла, и каково ее схематическое представление?

8. Какова связь между скоростью резания, скоростью пластических сдвигов и скоростью стружки?

Гл а в а 4. Напряжённо-деформированное состояние материала и силы при резании

4.1. Напряжённо-деформированное состояние материала в зоне резания. Система сил

Изучение напряжённо-деформированного состояния материала и сил, возникающих в зоне резания, позволяет выявить методы и способы повышения эффективности процесса резания.

Силы резания, под действием которых происходит отделение стружки, распределены по некоторому закону на площади контакта стружки с инструментом. Равнодействующая этих сил Rраскладывается на сдвигающуюи сжимающуюсоставляющие (рис. 4.1). В переходной пластически деформируемой зонедействуют касательные напряженияи система нормальных равных по величине сжимающих напряжений,,, создающих гидростатическое давлениеp:

. (4.1)

Y

Рис. 4.1. Схема напряженно-деформированного состояния и системы сил в зоне резания

Гидростатическое давление является переменной величиной и увеличивается при приближении к передней поверхности инструмента. Среднее значение pможно определить по формуле

, (4.2)

где ab– площадь сечения среза;– угол сдвига.

Касательные напряжения вызываются силой , направление которой соответствует плоскостям скольжения. Предполагается, что вдоль каждого из направлений, параллельныхАМ, касательное напряжение остается постоянным и возрастает при переходе от линииАМ, где(– статический предел текучести обрабатываемого материала) к линии, где(– максимальное значениев зоне.

Связь между pинаходится по формуле (см. рис. 4.1)

, (4.3)

где – среднее значение угла трения в зоне контакта стружки с инструментом.

Для определения сил резания предполагается, что толщина переходной пластически деформируемой зоны равна нулю, т.е. допускается, что сдвиги происходят по единственной плоскости (по линииАМ). В этом случае составляющие и равнодействующая сил стружкообразования определяются по зависимостям

. (4.4)

, (4.5)

, (4.6)

Нормальная к передней поверхности инструмента сила Nи сила трения стружки по поверхностиFнаходятся по формулам

, (4.7)

. (4.8)

Таким образом, сила Rи её составляющиеNиFявляются функцией следующих параметров: сопротивления срезаемого материала пластической деформации; площади сечения срезаab; угла трения; угла сдвига, переднего угла γ.

Для практических целей необходимо знать сумму проекций сил и, действующих по направлению вектора скорости резания (осьZ) и перпендикулярно этому вектору (осьY).

С учётом сил N₁иF₁, действующих на задней поверхности инструмента

, (4.9)

где ., (4.10)

где .

Так как характер напряженного состояния на участке достаточно сложный, то будем считать, что деформация близка к простому сдвигу и максимальные нормальные напряженияна участкеравны

. (4.11)

Для определения длины контакта l_Kи средней величины контактных напряжений на площади контактадопустим, что напряженияраспределены по длине контакта по закону Симпсона или треугольника. В этом случае с учётом (4.7)

(4.12)

Среднее контактное касательное напряжение равно

. (4.13)

Данные формулы применимы для таких условий резания, когда отсутствует нарост.

В приведённых выше формулах параметры a,bизадаются, а параметрами,иможно управлять для реализации рациональных условий резания.