3.1.2. Наростообразование

При образовании сливной стружки часто наблюдается задержива­ние обрабатываемого металла на передней поверхности непосредст­венно около режущей кромки. Это наслоение, имеющее в сечении треугольную форму (рис. 3.8), впервые обнаружил в 1915 г. Я.Г. Уса­чев [71] и назвал его наростом. Он установил, что структура нароста представляет собой тонкие слои металла, которые наложены друг на друга и вытянуты вдоль передней поверхности инструмента. Сущест­вует несколько точек зрения о причине образования нароста.

Полагают, что наростом является заторможенная зона обрабаты­ваемого металла, образование которой вызвано значительными сила­ми трения между стружкой и передней поверхностью инструмента. При снятии стружки возникают высокие удельные давления (« 100 МПа), в связи с чем металл сильно разогревается. Поэтому по всей площади контакта наблюдается соприкосновение стружки с по­верхностью инструмента. Несмотря на тщательное затачивание инст­румента, на передней поверхности его остаются небольшие зазубри­ны, углубления и риски. Деформированный металл стружки, попадая в них, застревает, затормаживается и не перемещается относительно

45

Рис. 3.8. Форма нароста: а — нарост на передней поверхности резца; б — резец с наростом в процессе работы

передней поверхности инструмента. Это задерживает и перемещение ближайших слоев металла. Образуется масса заторможенного метал­ла (слой его увеличивается, непрерывно питаясь металлом обтекае­мой стружки) (рис. 3.9). Слои наращиваются друг на друга, пока на­рост не достигает размеров, максимально возможных при данных ус­ловиях. Вследствие чрезвычайно сильной деформации слои металла, образующие нарост, упрочняются. Их твердость в 2,5...3,5 раза боль­ше твердости исходного металла. Нарост как бы принимает на себя функции режущей кромки. Однако, достигнув максимальной вели­чины, нарост разрушается, частично уносится стружкой, частично поверхностью детали [78].

Рис. 3.9. Нарост на резце

Поскольку сходящая стружка скользит не по вершине резца, а по передней поверхности нароста, действительный передний угол у_д уве-

Рис. 3.10. Увеличение

угла у с образованием

нароста

личивается (рис. 3.10), что способствует об­легчению процесса резания. Вследствие высо­кой твердости нарост, выполняя функции ре­жущего лезвия, отчасти предохраняет перед­нюю и заднюю поверхность инструмента от истирания их сходящей стружкой и обрабо­танной поверхностью и уменьшает нагрева­ние. Это в свою очередь приводит к уменьше­нию изнашивания инструмента, т. е. к повы­шению его стойкости.

Вместе с тем наличие нароста увеличивает

шероховатость обработанной поверхности. Он удлиняет резец, что и является причиной некоторого увеличения толщины среза по сравне­нию с номинальной.

В определенный момент выступающая часть нароста оказывается столь большой, что она срезается (рис. 3.11, а), отделяясь от основной массы нароста. Часть его уходит со стружкой, а часть остается вдав­ленной в обработанную поверхность, что увеличивает ее шерохова­тость. Разрушение нароста приводит к мгновенному уменьшению толщины среза (пунктирная линия на рис. 3.11, б). Этот процесс по­стоянно повторяется, в результате вся обработанная поверхность оказывается усеянной неровностями.

Рис. 3.11. Схема образования нароста и микронеровностей на обрабатываемой

поверхности

Отрыв частиц нароста происходит не одновременно по всей кон­тактирующей длине режущей кромки, а лишь отдельными разобщен­ными участками, поэтому выступы неровностей расположены на об­работанной поверхности беспорядочно (рис. 3.11, в). Высота микро­неровностей во многом зависит от структуры обрабатываемого мате­риала. При обработке сталей со структурой пластинчатого перлита металл больше деформируется, увеличивается нарост, усиливаются вибрации и в результате повышается шероховатость поверхности. Сталь со структурой мелкозернистого перлита обрабатывается чище,

46

47

Рис. 3.12. Зависимость высоты нароста от скорости резания

поэтому рекомендуется перед чистовой обработкой подвергать ее нормализации.

Величина нароста и его устойчивость зависят от скорости реза­ния. Диапазон скоростей можно приближенно разделить на четыре зоны, показывающие интенсивность образования нароста (рис. 3.12): зона /— скорость резания меньше 3 м/мин, нароста нет или он очень мал; зона // — скорость резания от 3 до 50 м/мин, нарост появляется и увеличивается; зона /// — скорость резания от 50 до 80 м/мин, нарост начинает уменьшаться; зона IV— скорость резания от 80 до 120 м/мин и больше, нароста нет. Однако в зависимости от физико-механиче­ских свойств и химического состава обрабатываемых сталей указан­ный уровень диапазонов скоростей резания может изменяться.

Размеры нароста зависят от соотношения величин сил трения ме­жду образующейся стружкой и передней поверхностью инструмента и сил внутреннего сцепления (сопротивления сдвигу) обрабатывае­мого материала. Чем значительней по величине первая сила (сила трения превосходит вторую), тем больше размеры нароста. При опре­деленных условиях обработки на величину силы трения значительное влияние оказывает температура резания ©_рез, величина которой нахо­дится в прямой зависимости от скорости резания и. Поэтому основ­ной причиной изменения величин нароста с изменением скорости резания является температура резания. От величины последней зави­сит величина коэффициента трения стружки о переднюю поверх­ность инструмента. При низких скоростях, когда температура в зоне резания невелика, коэффициент трения относительно небольшой, поэтому нароста нет или он очень мал.

При повышении скорости резания растет 0р_ез, следовательно, увеличивается и коэффициент трения стружки о переднюю поверх­ность инструмента. При возрастании температуры он становится максимальным. В этот момент нарост получает наибольшие размеры (зона //, рис. 3.12). Дальнейшее повышение скорости и температуры вызывает размягчение пограничных слоев металла, уменьшение ко­эффициента трения и размеров нароста (зона ///, рис. 3.12).

48

Закономерность изменения размеров нароста аналогична закономерностям из­менения высоты неровностей на обрабо­танной поверхности в зависимости от ско­рости резания (рис. 3.13) [78].

Рис. 3.13. Зависимость вы­соты микронеровностей об­работанной поверхности от скорости резания

На величину нароста оказывают влия­ние также физико-механические свойства обрабатываемого металла (пластичность и прочность), толщина среза, передний угол инструмента, условия охлаждения и т. д.

Для устранения процесса образования нароста и, следовательно, для уменьшения шероховатости обработанной поверхности необходимо [78]:

1. работать в зоне таких скоростей резания, когда нарост не обра­ зуется;

2. уменьшать шероховатость передней поверхности режущего ин­ струмента;

3. по возможности увеличивать передний угол у (например, при у = 45° нарост почти не образуется);

4. применять смазочно-охлаждающие жидкости, уменьшающие трение на передней и задней поверхностях РИ;

5. уменьшать пластичность обрабатываемого материала путем применения специальной термической обработки.