2. Процесс стружкообразования. Виды стружек.

Физика процесса разрушения.

Большинство металлов и сплавов имеют кристаллическое строение, и физическая прочность кристаллического металла определяется межатомарными силами связи. Процесс обработки резанием связан с разрушением кристаллической решетки под действием внешней силы со стороны режущего инструмента. Процесс разрушения осуществляется по кристаллографическим плоскостям.

Процесс стружкообразования (с/о)

В механизме процесса резанием большое влияние уделяется стружкообразованию. Впервые процесс стружкообразования исследовал и описал известный русский ученый И.Ф. Тиме.

На процесс резания затрачивается до 90% силы и работы резания. Выделяется большое количество теплоты, происходят сложные деформирующие процессы, на рабочих поверхностях инструмента возникают контактные напряжения. Это влияет на износ инструмента и формирование поверхностного слоя обрабатываемой детали.

а) В первоначальный момент под действием внешней силы в точке контакта инструмента с заготовкой возникает сложное упругое напряженное состояние, которое характеризуется максимальными касательными и нормальными напряжениями. Нормальные напряжения сначала действуют как растягивающие (в точке А). Это может вызвать раскалывание металла. Затем напряжения уменьшаются до сжатия.

б) При дальнейшем движении инструмента, когда внешние силы превышают силы внутреннего сцепления, упругие деформации переходят в пластические, происходит смещение кристаллических решеток друг относительно друга.

Сдвиговые деформационные процессы в зоне АВС; АВ – начало сдвиговых деформаций, ВС – окончание; по линии ВС – скалывание определенного объема металла и образуется стружка. Эта зона АВС четко обозначена при обработке пластичных материалов при малых скоростях резания. В реальных условиях эта зона почти превращаются в плоскость ОО – плоскость сдвиговых деформаций. Эта плоскость составляет угол θ с направлением подачи. 60

Величина угла θ зависит от физико-механических свойств инструмента, режима резания (глубины резания, подачи, скорости резания), геометрии режущего инструмента и т.д.

Структура металла в зоне АВС и стружки резко отличаются от структуры основного металла. В зоне стружкообразования расположены деформированные и разрушенные кристаллы, сильно измельченные и вытянутые в направлении плоскости О’O’. Эту плоскость иногда называют плоскостью образования текстуры. И с плоскостью ОО она образует угол β, который тоже варьируется.

При обработке пластических материалов β →30˚, хрупких – β →0˚

[ происходят дискретные этапы разрушения – посредством множества критических сдвигов]

Стружкообразование – сложный физико-механический процесс деформирования металла, на который сказывается влияние многих факторов. При этом установлено, что упругопластические деформации происходят не только в месте с/о, но имеет место их волнообразное распространение впереди зоны резания. 8

Помимо деформаций в зоне АВС, стружка подвергается дополнительной деформации за счет трения о переднюю поверхность режущего инструмента, в результате образуется зона вторичного деформирования металла. Степень деформирования в этой зоне в несколько раз больше деформации материалов стружки. Величина зоны вторичной деформации незначительна по сравнению с толщиной стружки (0,1 от толщины) a’=0,1 a.

Контактные процессы на передней поверхности инструмента влияют на интенсивность изнашивания инструмента, изменение химического состава поверхностей контакта (за счет диффузионных процессов), изменение температуры. В стружке наблюдается искривление продольной структуры.

Стружка, образованная в процессе резания, подвергается значительной пластической деформации, одним из проявления которой является еѐ усадка (а1>a).

Процесс стружкообразования следует рассматривать совместно с такими явлениями, как типы стружек, силы резания, явления наклепа и нароста, износа режущего инструмента, теплообразования и т.д.

Типы стружек

В зависимости от физико-механических свойств металла, геометрически режущего инструмента, режимов резания и других факторов, в процессе резания образуется 3 типа стружек (условное разделение): сливная, скалывания, надлома.