3.1.3. Усадка стружки и коэффициент трения

Пластическая деформация при резании металлов внешне прояв­ляется в том, что толщина стружки оц становится больше толщины среза а (рис. 3.14). Но поскольку при этом происходит изменение формы, а объем остается прежним, то длина стружки L становится короче пути L_o, пройденного резцом. Явление укорочения стружки по длине и увеличения по толщине называют усадкой стружки. Ее ве­личина характеризуется коэффициентом усадки [78]

(3.1)

Коэффициент усадки является косвенным показателем интен­сивности пластической деформации при резании металлов [4].

49

Рис. 3.14. Схема к определению усадки стружки

РРис. 3.15. Схема для определения коэффициента усадки стружки

И.А. Тиме [68] вывел формулу для определения этого коэффици­ента. Если рассмотреть один элемент образовавшейся стружки (рис. 3.15), то коэффициент усадки

(3.2)

Например, при угле скалывания pi = 30°, переднем угле у = 15°

Практически величина коэффициента усадки стружки находится в пределах 1,5...4.

В случае когда относительный сдвиг имеет минимальное значе­ние, т. е. стружка получает наименьшую пластическую деформацию, то усадки стружки не наблюдается. Коэффициент усадки стружки косвенно выражает пластическую деформацию.

Факторы, влияющие на усадку стружки:

1. изменение переднего угла у. При увеличении угла у коэффици­ ент усадки стружки уменьшается (рис. 3.16, а), поскольку в этом слу­ чае уменьшается трение стружки о переднюю поверхность РИ, что в свою очередь приводит к увеличению угла скалывания Pi (рис. 3.16, б, в). Известно, что чем больше угол Рь тем меньше коэффициент усад­ ки стружки;

2. по этой же причине применение смазочно-охлаждающей жид­ кости также приводит к уменьшению усадки стружки;

3. изменение толщины среза. Чем больше толщина срезаемого слоя металла, тем меньше коэффициент усадки стружки, что также

50

Рис. 3.16. Влияние переднего угла на усадку стружки и изменение угла $_{

связано с изменением угла Рь Например, при а = 0,13 мм Pi = 26°, при а = 2,65 мм Pi = 36°;

4) изменение скорости резания. С увеличением скорости резания происходит немонотонное изменение усадки стружки. Зависимость Ъ, = 7(о) с различными значениями угла у при обработке стали 40Х представлена на рис. 3.17. Характер изменения величины 2, при раз­личных значениях скорости резания объясняется изменением разме­ров нароста. Минимальный коэффициент усадки стружки соответст­вует наибольшему размеру нароста. Характерные точки, соответст­вующие максимальному значению коэффициента усадки на кривых \ ⁼Л'°), или точки перегиба, тем больше сдвигаются в область низких

Рис. 3.17. Зависимость §= /(и) с различными значениями угла у при обработке

стали 40Х

51

с коростей резания, чем пластичнее обрабатываемый материал, мень­ше передний угол и толщина среза. Такой вид кривых объясняется тем, что при малых скоростях резания нарост не образуется и перед­ний угол у мал, т. е. коэффициент усадки стружки £, велик. С достиже­нием скорости резания примерно 50 м/мин, в пределах которой на­рост имеет максимальную величину, увеличивается действительный передний угол у_д и, следовательно, снижается £. При скоростях реза­ния 80... 100 м/мин нарост отсутствует, поэтому \ становится макси­мальным. При дальнейшем увеличении и (более 80... 100 м/мин) в прирезцовой зоне под действием высокой температуры граничный слой металла сильно размягчается и выполняет роль «твердой смаз­ки». В этих условиях коэффициент трения на передней поверхности инструмента сильно снижается, что сопровождается уменьшением коэффициента усадки стружки.

Коэффициент усадки стружки характеризует пластические де­формации при стружкообразовании, а также имеет большое практи­ческое значение. Зная его величину, определяют коэффициент тре­ния на передней поверхности режущего инструмента.

1. Весовым методом определяют коэффициент усадки стружки

(3.3)

где т — масса стружки, г; L — длина стружки, мм; g — плотность об­рабатываемого материала, г/мм³. 2. Находят угол сдвига

3. Определяют коэффициент трения [25, 32]

(3.4)

(3.5)

Зная величину коэффициента трения, можно, применив доступ­ные методы, уменьшить его величину и, соответственно, повысить работоспособность режущего инструмента.

3.1.4. Деформация и наклеп материала детали

В процессе снятия стружки деформация слоев обрабатываемого материала возникает не только в области угла действия р*, но и впере­ди резца и под плоскостью резания АВ (рис. 3.18). Пластической де-

52

Рис. 3.18. Упругое восстановление металла

формации предшествует упругая. Последняя обратима и поэтому упругодеформированные слои материала восстанавливаются так, что обработанная поверхность после прохождения резца приподнимает­ся относительно плоскости резания на какую-то величину /г_упр. Таким образом, если бы не было упругой деформации, след обработанной поверхности проходил бы по линии АВ [78].

В отличие от упругих пластические деформации приводят к тому, что в поверхностном слое детали металл получает наклеп или обрабо­точную твердость, которая характеризуется искажением кристалли­ческой решетки и возникновением внутренних остаточных напряже­ний; сильным измельчением зерен металла; появлением текстуры, т. е. преимущественной ориентировки зерен в определенном направ­лении (см. рис. 3.5).

Для изучения глубины и интенсивности наклепа используют раз­личные методы: рентгенографический; механического стравливания наклепанного слоя; косых срезов с измерением микротвердости.

Рис. 3.19. Схема образова­ния наклепанного слоя

53

Одной из основных причин появления наклепа при обработке считают округление лезвия. В действительности передняя и задняя поверхности зубьев РИ сопрягаются не по линии, а по поверхности (рис. 3.19), которая в сечении представляет собой дугу окружности радиусом р. Величина радиуса округления лезвия составляет р = 10...20 мкм даже после самой тщательной заточки и доводки ре­жущих кромок инструментов. После грубой заточки и у затупленного инструмента ве­личина р составляет сотые и даже десятые доли миллиметра. Поскольку плоскость скалывания ВК является касательной к ок­ружности радиусом р, то металл ниже ли­нии FE подминается режущей кромкой и в стружку не переходит. Деформированный слой после прохождения резца определяет глубину наклепа [78].

3 .2. ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ РЕЗАНИИ МЕТАЛЛОВ

Основными объектами рассмотрения при изучении тепловых процессов при резании металлов являются: количество выделяемой при резании теплоты и ее распределение между стружкой, деталью и инструментом; температура, имеющая место на контактных поверх­ностях РИ; температура поля в зоне деформации и режущем клине РИ [4].