5.8.3. Зависимость усадки стружки от различных факторов

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

При резании пластичных материалов коэффициент усадки больше, чем при резании материалов хрупких. 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. Однако определенной связи между коэффициентом усадки и каким-либо одним из механических свойств обрабатываемого металла, определяемых в условиях растяжения, не наблюдается. Это объяснимо, так как свойства, проявляемые материалом при резании, отличны от свойств, наблюдаемых в условиях статических испытаний при атмосферном давлении и комнатной температуре.

Принципиальное влияние скорости резания на коэффициент усадки стружки представлено на рис. 5.26. Кривая1 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.

Рис. 5.26. Схема влияния скорости резания на высоту нароста (кривая 3) и коэффициент усадки стружки при резании материалов, не склонных к наростообразованию (кривая 1) и склонных к наростообразованию (кривая 2)

П

Рис 5.26 – Схема влияния скорости резания на высоту нароста (кривая 3) и коэффициент усадки стружки при резании материалов, не склонных к наростообразованию (кривая 1) и склонных к наростообразованию (кривая 2)

ри резании материалов, склонных к наростообразованию (кривая2), скорость резания на K_L влияет немонотонно. Вначале при увеличении скорости резания коэффициент усадки уменьшается, достигает минимальной величины при определенном значении скорости V₂, 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. Уменьшение коэффициента К_L при увеличении скорости резания от V₁ до V₂ и его дальнейшее увеличение при возрастании от V₂ до V₃ связано с действием на процесс стружкообразования нароста. Кривая 3 показывает изменение высоты нароста в интервале скоростей резания от V₁ до V₂. Возрастание скорости резания от V₁ до V₂ сопровождается увеличением переднего угла инструмента (см. рис. 5.20), 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 К_L только через изменение коэффициента трения.

В

Рис. 5.27. Влияние переднего угла на коэффициент усадки стружки K_L при различных скоростях резания (сталь 20Х; φ = 45; a = 0,31 мм; b = 1,45 мм)

лияние переднего угла на коэффициентK_L представлено на рис. 5.27. По мере увеличения угла γ 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 γ > 30° скорость резания практически не влияет на коэффициент усадки стружки.

На рис. 5.28 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 данного 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.

Рис. 5.28. Влияние толщины срезаемого слоя на коэффициент усадки стружки К_L при различных скоростях резания (сталь 20Х; γ = 0°; φ = 45°; t = 1 мм)

Если зависимость K_L= f/(a) изобразить не в координатах K_L – V, а в координатах K_L – Θ, в которых температура резания Θ соответствует изменяющейся скорости резания, то кривые K_L совмещаются в одну кривую (рис. 5.29). Из данного рисунка видно, что на кривой K_L = f₁() независимо от толщины срезаемого слоя и скорости резания впадина и вершина соответствуют температурам 300 и 600 °С, при которых нарост получает свое наибольшее развитие и исчезает. Смазочно-охлаждающие жидкости, снижающие величину коэффициента трения, уменьшают коэффициент усадки стружки, причем эффект от влияния жидкости тем сильнее, чем меньше толщина срезаемого слоя и скорость резания.

°

Рис. 5.29. Влияние температуры резания на коэффициент усадки стружки K_L при различных подачах (точение стали 40; t = 4 мм; V = 10…170 м/мин)

Ключевые слова и понятия

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

Контрольные вопросы

1. В чем заключается разница между процессами разрезания и резания?

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?