6.4. Касательные напряжения на плоскости сдвига

Касательные напряжения , возникающие в процессе резания на плоскости сдвига, характеризуют сопротивление обрабатываемых материалов пластической деформации в условиях резания. Их величину необходимо определять для расчета силы резания и напряженного состояния в зоне резания.

Сопротивление металла резанию (пластической деформации) зависит не только от его химического состава и структуры, но и от условий деформации (напряженное состояние в зоне деформации, скорость деформирования и деформации, температурный режим в зоне деформации).

Напряженное состояние в зоне деформации сильно влияет на пластичность металла, т.е. способность пластически деформироваться до разрушения, и соответственно на упрочнение в результате деформации.

Как уже отмечалось, на рис. 5.12 показана диаграмма растяжения металла на испытательной машине. На одной оси – условное относительное удлинение , на другой – условное напряжение.

На основании этих же опытов по растяжению можно построить диаграмму: интенсивность напряжений – интенсивность деформаций. Это сделать просто, так как при растяжении(гдеS – истинное напряжение) и (гдее – истинная, т.е. логарифмическая деформация).

Такая диаграмма называется диаграммой деформационного упрочнения: из нее можно определить интенсивность напряжения, соответствующую любой интенсивности деформации (см. рис. 5.12).

При растяжении материалы имеют относительно низкую плас-тичность, т.е. разрушаются, достигнув относительно малой степени деформации. Пластичность при резании возрастает (табл. 6.1).

Таблица 6.1

Сравнение величин интенсивности деформации при растяжении в шейке в момент разрыва образца и при резании

Марка мате-риала	Механические свойства			при растяжении	при резании
	, Н/мм2	, Н/мм2	HB		от	до	от	до
Медь М2		245	74	2,3	3,5	6	1,5	2,6
Сталь 35	265	512	148…155	0,7	1,2	2	1,7	2,9
Сталь 30ХГСА	322	770	238…246	0,49	1,15	1,7	2,4	3,5
Сталь ХВГ	422	725	228	0,16	1,45	2,1	9	13

Это объясняется тем, что в переходной пластически деформируемой зоне элементарные объемы срезаемого слоя находятся под действием системы касательных напряжений и одновременно под действием равномерного всестороннего сжатия, т.е. гидростатического давления, а последнее способствует увеличению пластичности.

Кроме того, пластичность материалов растет за счет того, что металлы деформируются при резании при высоких температурах.

Большая интенсивность деформации срезаемого слоя способствует интенсивному его упрочнению, т.е. сильному увеличению .

Как влияют на высокие скорости деформации при резании и локализация деформации в каждый момент в очень малых объемах срезаемого слоя металла?

Существуют три характерные области изменения скорости деформации, в каждой из которых она по-своему влияет на сопротивление деформации.

Первая область характеризуется влиянием на процесс деформации рекристаллизации, что бывает, когда температура равна температуре рекристаллизации испытуемого металла, а скорость деформации еще относительно невелика. В той области скорость сильно влияет на сопротивление деформации, причем с увеличением скорости сопротивление растет, так как при этом разупрочнение, происходящее одновременно с упрочнением, успевает реализоваться все в меньшей степени.

Во второй области скорость на сопротивление деформации влияет значительно слабее. Рекристаллизация в процессе деформации не принимает участия, и влияние скорости на сопротивление связано лишь с отдыхом (такие условия возникают, когда температура опыта значительно ниже температуры рекристаллизации).

В этих двух областях процесс деформации приближается к изотермическому, так как теплота, образующаяся в зоне деформации, почти полностью уходит из этой зоны за время деформации в сопряженные недеформируемые части металла и не вызывает нагрева деформируемых слоев.

В третьей области, наоборот, при значительном увеличении скорости деформации процесс сопровождается явлениями адиабатического разогревания деформируемых слоев металла теплотой, выделяющейся при деформации, поскольку эта теплота будет блокироваться в зоне деформации. В этой области сопротивление деформации понижается с увеличением скорости, так как при этом усиливается эффект адиабатического нагрева.

При резании металлов с большими скоростями с образованием сливной стружки пластическая деформация локализуется в очень узкой зоне: частицы срезаемого слоя превращаются в стружку за время, в течение которого они пересекают переходную пластически деформируемую зону, в связи с чем скорость деформации здесь очень велика.

Имея в виду вышеизложенное, представляется весьма вероятным, что при высоких скоростях резания в переходной зоне срезаемого слоя будут возникать условия адиабатической деформации с очень высоким разогревом деформируемых слоев металла и, как следствие этого, понижение сопротивления деформации. Ожидаемое явление можно характеризовать как почти мгновенную температурную вспышку в очень тонкой зоне (полосе скольжения), где металл подвергается наибольшей интенсивной деформации именно в данный момент времени с последующим резким ее охлаждением после завершения деформации.

Обратимся к данным табл. 6.2.

Таблица 6.2