Резание. Резание материалов Лекции. Учебник для машиностр спец. М. Высш школа 1985 г. 304 с. Понятие о процессе формообразования
 Скачать 6.79 Mb.
|
Инструментальные материалыСтойкость быстрорежущих сверл с покрытием TIN при сверлении стали на различных скоростях резания: диаметр сверла d= 6,35 мм; подача 5о = 0,11 мм/об; обработка с СОЖ Основные гипотезы процесса стружкообразования Деформация срезаемого слоя Процесс резания является одним из сложных физических процессов, при котором имеют место три стадии деформации срезаемого слоя: упругая, пластическая и разрушение. Этот процесс сопровождается большим трением, тепловыделением, наростообразованием, завиванием и усадкой стружки, упрочнением, износом режущего инструмента. Характер и величина деформации зависят от физико-механических свойств обрабатываемого материала, режимов резания, геометрии рабочей части инструмента, применяемых смазочно-охлаждающих технологических сред. Из диаграммы растяжения стали (рис. 1) видно, что вначале (до т. А) растягиваемый образец имеет упругие (обратимые) деформации. Затем наступает текучесть металла (зона АВ), после чего происходят пластические (необратимые) деформации (зона ВС), заканчивающиеся разрушением (зона CD). . Основные гипотезы процесса стружкообразования Рисунок 1 - Диаграмма растяжения стали Основные гипотезы процесса стружкообразования При резании металлов наибольшее значение имеет пластическая деформация. Различают три основных вида деформированного состояния малого объема тела: растяжение, сжатие и сдвиг. Деформация сдвига наиболее характерна для процесса стружкообразования. В условиях сдвига деформация вдоль одной из главных осей отсутствует, вдоль второй оси наблюдается удлинение, вдоль третьей – укорочение. Если нанести на заготовку сетку из взаимно перпендикулярных линий, а затем срезать слой металла с сеткой, то можно обнаружить, что квадраты сетки деформируются определенным образом. Элементарный квадрат со стороной Δx в результате деформации приобретает форму параллелограмма. Схема деформации простого сдвига Основные гипотезы процесса стружкообразования Такой вид деформации носит название простого сдвига. Полная деформация ΔS называется абсолютным сдвигом. Мерой деформации простого сдвига является относительный сдвиг ε, определяемый отношением: В зависимости от условий резания и свойств обрабатываемого материала могут образовываться четыре основных типа стружки: элементная, суставчатая, сливная и стружка надлома. Типы стружек, образующихся при резании: а – элементная; б – суставчатая; в – сливная; г - надлома а б в г Основные гипотезы процесса стружкообразования Элементная стружка (рис., а) состоит из отдельных элементов, слабо связанных или совсем не связанных между собой, геометрически похожих друг на друга. Суставчатая (ступенчатая) стружка (рис. , б) состоит из отдельных элементов (сегментов), которые прочно соединены друг с другом. Сливная стружка (рис. , в) сходит с резца в виде ленты или завивается в спираль, если на ее пути нет препятствий.. Образование всех трех указанных типов стружки связано с действием напряжений сдвига. Обработанная поверхность во всех трех случаях сравнительно гладкая. Наиболее часто эти три вида стружки образуются при обработке пластичных материалов. С увеличением твердости и прочности обрабатываемого материала, а также с увеличением подачи более часто образуется элементная и суставчатая стружки. С увеличением скорости резания и переднего угла инструмента происходит переход от элементной к суставчатой, а затем – к сливной стружке. Основные гипотезы процесса стружкообразования Стружка надлома (рис. , г) образуется при обработке хрупких материалов (чугуна, твердой бронзы) и сходит в виде кусочков неправильной формы и разных размеров, которые получаются путем отрыва. Обработанная поверхность при такой стружке отличается повышенной шероховатостью. Тип образующейся стружки не только отражает условия протекания процесса резания, но и влияет на эффективность и качество обработки. Так, при образовании сливной стружки в виде сплошной ленты необходимо на ее пути создавать специальные стружкозавивающие элементы в виде канавок или уступов, поскольку сплошная горячая стружка может представлять опасность для оператора, снижать качество обработанной поверхности, приводить к поломке инструмента и увеличению времени простоев оборудования. Процесс образования элементной стружки На рис. дана схема образования элементной стружки при свободном резании, предложенная И.А.Тиме. Под влиянием силы Р, приложенной к резцу, инструмент вдавливается в металл, сжимает его своей передней поверхностью и вызывает сначала упругие, а затем пластические деформации. По мере углубления резца растут напряжения в срезаемом слое, и когда они достигнут величины прочности данного металла, произойдет сдвиг (скалывание) первого элемента по плоскости сдвига . Плоскость сдвига составляет с направлением перемещения резца (с обработанной поверхностью) угол β1. Угол β1 называется углом сдвига (скалывания). Микрофотография корня стружки скалывания, полученного при резании коррозионностойкой стали 12Х18Н10Т Процесс образования элементной стружки После скалывания первого элемента стружки резец своей передней поверхностью сжимает (деформирует) следующий близлежащий слой металла, в результате чего образуется второй элемент, отделяющийся от основной массы металла по плоскости сдвига под тем же углом сдвига β1 и т.д. Позднее К.В. Зворыкин определил положение плоскости сдвига теоретическим путем. Последние работы исследователей показали, что по всей ширине среза угол сдвига β1 не является величиной постоянной. Поэтому плоскость сдвига правильнее называть поверхностью сдвига. Процесс образования сливной стружки Модель с единственной плоскостью сдвига, предложенная И.А. Тиме, является наиболее простой моделью стружкообразования. Более сложной моделью с большей степенью детализации является модель процесса образования сливной стружки. Микрофотография корня сливной стружки, полученного при резании стали 40Х Процесс образования сливной стружки Режущий клин инструмента через площадку контакта с своей передней поверхностью действует на срезаемый слой толщиной а. Сосредоточенная сила Р, с которой передняя поверхность инструмента давит на срезаемый слой, получила название силы стружкообразования. Зона ОАВСО (рис. ) называется зоной первичной деформации и имеет форму клина с вершиной на режущей кромке инструмента. Ее нижняя граница ОА вогнута и пересекает траекторию движения режущей кромки. Верхняя граница ОВ выпукла и по длине в 2-4 раза меньше, чем ОА. Линия АВ плавно сопрягает обрабатываемую поверхность со свободной поверхностью стружки. Левее линии ОА находятся недеформированные зерна обрабатываемого материала, правее линии ОВ – полностью сформированная стружка. Зерно обрабатываемого материала, двигаясь в направлении передней поверхности инструмента со скоростью резания V, начинает деформироваться в точке F и, проходя по траектории своего движения, приобретает все большую степень деформации. В точке Q деформация зерна заканчивается, и оно приобретает скорость Vс равную скорости стружки. Процесс образования сливной стружки Линия ОА физически представляет собой сечение поверхности сдвига, на которой сдвигающие напряжения равны пределу текучести обрабатываемого материала на сдвиг. Вся зона I состоит из таких поверхностей и на поверхности, представленной линией ОВ, происходит последняя сдвиговая деформация окончательно упрочненного материала, превращенного в стружку. Если бы между передней поверхностью инструмента и контактной поверхностью стружки отсутствовало трение, то на этом деформирование зерен срезаемого слоя закончилось. Но т.к. существует трение, то зерна, проходящие при своем движении вблизи от режущей кромки, продолжают деформироваться и после выхода из зоны первичной деформации. Так возникает зона II – вторичной деформации, ограниченная линией CD и передней поверхностью. Ширина OD этой зоны примерно равна половине ширины площадки контакта с, а ее максимальная высота Δ1 в среднем составляет десятую часть толщины стружки ас . Процесс образования сливной стружки Наличие зоны вторичной деформации приводит к тому, что по толщине образовавшейся стружки деформация распределена неравномерно. В слое Δ1 деформация может быть в 20 раз больше средней величины. Зона первичной деформации имеет достаточно развитые размеры лишь при низких скоростях резания. С увеличением скорости резания границы зоны деформации сближаются, приближаясь к некоторой линии ОЕ, наклоненной к поверхности резания под углом сдвига β1.При этом плоскость ОЕ называется условной плоскостью сдвига. Микрофотография корня стружки, полученного при точении стали 45. |