Рис. 2.23. Влияние твердости HRC обрабатываемого материала на удельные нормальную адг^ и касательную х^.^ нагрузки и

Коэффициент трения ц] на задней поверхности инструмента

ния происходит при «самоподаче» инструмента, который характе­ризуется резким увеличением толщины срезаемого слоя (подачи), а следовательно, и силы резания. При наличии зазоров в механиз­ме подачи станка это может привести к самозатягиванию инстру­мента и, как следствие, к поломке инструмента, заготовки и даже механизма подачи станка, а также к травме рабочего-станочника. По­этому на практике необходимо всячески избегать этой ситуации.

По природе и назначению F, Fu N и N] принято называть фи­зическими составляющими, а Р^ и Ру - технологическими состав­ляющими.

2.4. Наростообразование при резании металлов

При резании ряда металлов и особенно широкой номенклату­ры углеродистых сталей в определенных температурно- скоростных условиях на передней поверхности инструмента воз­никает клинообразный, очень твердый нарост, являющийся, по

Рис. 2.24. Схема образования нароста

сути, продолжением режущего клина инструмента (рис.2.4). На­рост оказывает существенное влияние на характеристики процесса резания (деформацию и силы), а также на стойкость инструмента и шероховатость обработанной поверхности. Исследованию этого явления посвящено большое число работ, однако многие вопросы до сих пор являются спорными.

Принято считать, что нарост на передней поверхности инст­румента образуется из заторможенного слоя срезаемого металла при определенном напряженном состоянии зоны резания, когда наблюдается разрушение металла в самой стружке, уже прошед­шей деформацию в условной плоскости сдвига. В этом случае стружка перемещается не по передней поверхности инструмента, а по наросту, примерная схема образования которого показана на рис. 2.24.

Исследования шлифов «корней» стружек показали, что нарост нависает над задней поверхностью инструмента, имеет слоистое строение и закругленную вершину (рис. 2.25). При этом передний угол инструмента у увеличивается до фактического переднего угла Уф, т.е. Уф > у.

Рис. 2.25. Схема строения нароста

С помощью высокочастотной киносъемки было установлено, что нарост не является полностью стабильным слоем. Периодиче­ски его верхние слои обновляются и сам он полностью или час­тично разрушается. При этом частота возникновения и срывов на­роста доходит до 3000...4000 циклов/мин. При резании вершина нароста опускается ниже линии среза и поэтому толщина срезае­мого слоя больше номинальной толщины на некоторую величину Да (см. рис. 2.25).

При разрушении нароста часть его внедряется в обработан­ную поверхность, а часть уносится со стружкой (рис. 2.26). Силы сцепления нароста с передней поверхностью достаточно большие, и поэтому часто наблюдается разрушение твердосплавных инст­рументов, имеющих пониженное сопротивление разрыву. По этой причине твердые сплавы рекомендуется использовать только на тех режимах резания, когда нарост отсутствует.

Рис. 2.26. Схема разрушения нароста

Характерным признаком наростообразования является высо­кая шероховатость обработанной поверхности, вызванная вне­дрившимися частицами разрушенного нароста. Хотя нарост и пре­дохраняет заднюю поверхность инструмента от контакта с обрабо­танной поверхностью, однако полностью освободить ее от износа не может из-за периодических срывов и внедрения остатков на­роста в обработанную поверхность.

Рис. 2.27. Схема влияния скорости резания v на температуру резания 6, высоту нароста Н и фактическое значение переднего угла уф

На размеры нароста (высота Я, длина подошвы /, фактический передний угол уф) основное влияние оказывают механические свойства обрабатываемого материала, толщина а срезаемого слоя (подача 5), передний угол у и применяемая СОЖ (см. рис. 2.25).

Ряд таких материалов, как медь и ее сплавы, титановые спла­вы, высоколегированные стали с большим содержанием хрома и никеля, закаленные стали и белый чугун практически не образуют нароста. У металлов, склонных к наростообразованию, размеры нароста тем больпю, чем пластичнее металл и меньше его проч­ность и твердость. Нарост появляется уже на малых скоростях ре­зания при комнатной температуре и характеризуется в этом случае слабой устойчивостью. При повышении скорости резания v темпе­ратура резания 0 растет (рис. 2.27) и при температуре резания 0 « 300 °С (в диапазоне скоростей резания Vi... V2) высота нароста Н достигает максимума. При дальнейшем повышении скорости резания в диапазоне V2... V3 нарост уменьшается из-за уменьшения его прочности и совсем исчезает при скорости резания V3, когда температура резания 0 «600 °С.

Влияние на наростообразование СОЖ из-за трудностей про­никновения последней на площадку контакта при высоких удель­ных давлениях проявляется главным образом через изменение температуры резания. Поэтому при использовании СОЖ область наростообразования расширяется, смещаясь в сторону больших скоростей резания. При этом устойчивость и стабильность нароста на всех скоростях резания повышается, а коэффициент трения снижается. Это объясняется частичным попаданием СОЖ через микропоры, трещины, неровности, особенно с боковых сторон сходящей стружки.

Влияние переднего угла у и толщины среза а на высоту нарос­та н схематично показано на рис. 2.28. Из этого рисунка видно, что при изменении скорости резания v кривые Я = /(v) носят «горбообразный» характер с максимумом высоты нароста н при скорости резания v, когда температура 9 = 300°С. Если увеличи­вать передний угол до максимально возможной по условиям проч­ности режущего клина величины у = 40...45°, то нарост не образу­ется при любых скоростях резания. С дальнейшим ростом темпе­ратуры резания 0 снижаются прочность нароста и силы его сцеп­ления с передней поверхностью инструмента. При температуре резания б = 600 °С высота нароста Я уменьшается до 0.

Сказанное относится к случаям образования как сливной, так и суставчатой стружек. При образовании элементной стружки на­рост появляется даже при резании чугунов, но, не успевая достичь развитой формы, разрушается. При резании некоторых металлов.

Рис. 2.28. Схемы влияния скорости резания v, переднего угла у (а) и толщины срезаемого слоя а (б) на высоту нароста Н

Рис. 2.29. Схема взаимосвязи скорости резания v, температуры резания 0, фактического переднего угла уф, усадки стружки К, силы резания R и среднего коэффициента трения Цср

например алюминия, нарост не имеет необходимой твердости и поэтому превращается в налип на передней поверхности, который значительно увеличивает сопротивление сходящей стружки и тем самым оказывает негативное влияние на процесс резания.

Характер изменения нароста и коэффициента трения позволил следующим образом объяснить влияние скорости резания v на за­кономерности изменения основных характеристик процесса реза­ния: усадки стружки к и силы резания r (рис. 2.29).

С ростом скорости резания в диапазоне V1...V2 температура резания 9 растет, что сопровождается увеличением высоты нарос­та н, а следовательно и фактического переднего угла уф. В диапа­зоне скоростей резания V2...V3 с ростом температуры резания на­рост становится менее прочным и его высота уменьшается до пол­ного исчезновения при температуре резания 6 = 600 °С.

Изменение фактического переднего угла уф с образованием нароста определяет характер изменения усадки стружки и соответ­ственно степени ее деформации - кривая к\. Изменение усадки стружки для металлов, не образующих нарост, что определяет и характер изменения силы резания, показано на кривой Кг.

Резание в области отсутствия нароста, т.е. на скоростях V > V3, сопровождается уменьшением среднего коэффициента тре­ния Цср из-за увеличения удельного нормального напряжения ом- В свою очередь это вызывает уменьшение угла действия со = г) - у и увеличение угла наклона условной плоскости сдвига Ф. В резуль­тате происходит снижение усадки стружки к и силы резания r.

В области наростообразования точно определить величину среднего коэффициента трения Цср очень сложно из-за нестабиль­ности нароста и в связи с тем, что стружка сходит по поверхности нароста, а не по передней поверхности инструмента. Н.Н. Зорев [10] по «корням» стружек нашел среднее значение фактического переднего угла уф и рассчитал средний коэффициент трения с уче­том этого угла исходя из схемы резания (см. рис. 2.15):

При этом угол действия со Н.Н. Зорев рассчитывал по формуле

предварительно измерив динамометром значения составляющих р\ и р2 силы резания (стружкообразования) r.

На рис. 2.29 схематично представлены рассчитанные значения среднего коэффициента трения Цср, которые на участке наростооб­разования показаны штриховой линией.

При резании металлов, не образующих нарост, усадка струж­ки к, средний коэффициент трения Цср и сила резания (стружкооб­разования) r с увеличением скорости резания монотонно снижа­ются (см. кривую К2 на рис. 2.29).