Физические основы процесса резания материалов

Физические явления, возникающие

В процессе резания

В процессе резания происходит деформирование и разрушение материала заготовки, сопровождающееся рядом физико-химических явлений [11]:

1) в деформированном объеме заготовки возникает сложнонапряженное состояние материала, имеют место упругие и пластические деформации, происходит хрупкое и вязкое разрушение. На обработанной поверхности образуется шероховатость, а в поверхностном слое заготовки происходит изменение текстуры, структуры и всех теплофизических и электрофизических свойств;

2) в зоне резания возникает неоднородное температурное

поле. Имеет место сложная схема распространения тепловых потоков и создаются особые условия теплопередачи между инструментом, стружкой и поверхностным слоем детали;

3) трение в области контакта инструмента и материала заготовки происходит при больших давлениях и температурах. Иногда возникает особый вид трения неокисленных поверхностей – чистое трение;

4) при определенных условиях резания на передней поверхности клина возникает слоистое металлическое образование, называемое наростом. Нарост изменяет геометрию клина и влияет на условия обработки;

5) происходят различные виды разрушения (износа) клина, возникающие под действием истирания, царапания, адгезии, диффузии и других явлений;

6) применение СОЖ сопровождается физико-химическими явлениями, возникающими при соприкосновении смазочно-охлаждающих веществ с нагретыми поверхностями инструмента и заготовки;

7) в системе станок – приспособление – инструмент – деталь (СПИД) могут возникать вынужденные колебания и автоколебания, ухудшающие процесс резания.

Стружкообразование

При обтекании режущего лезвия инструмента часть деформированного материала перемещается по его передней поверхности, превращаясь в стружку, а другая часть, находящаяся ниже линии среза, движется по его задней поверхности и образует поверхностный слой детали.

Стружкообразование и формирование поверхностного слоя детали являются единым процессом деформирования и разрушения материала при резании.

Типы стружек

В зависимости от условий резания заготовок образуются различные виды стружки. Под условиями резания материалов следует понимать: режим резания, схему резания, геометрию режущего инструмента, свойства инструментального и обрабатываемого материалов и смазывающе-охлаждающее технологическое средство (СОТС).

Впервые классификацию стружек дал в 1870 г. русский ученый И.А. Тиме в своей монографии «Сопротивление материалов и дерева резанию». Все возникающие при резании стружки можно разделить на четыре типа: сливную, элементную суставчатую, элементную скалывания и надлома.

Рис. 14. Стружка сливная

Сливная стружка.Сливная стружка имеет вид непрерывной ленты, у которой на верхней и боковых сторонах четко выражены следы пластической деформации в виде мелких заостренных выступов (рис. 14). Обработанная поверхность заготовки при образовании стружки данного типа имеет гладкий и блестящий вид. Сливная стружка образуется при резании вязких и пластичных материалов с большими скоростями резания , средними и малыми подачами при больших положительных передних углах инструмента.

Рис. 15. Стружка элементная суставчатая

Стружка элементная суставчатая.Элементная суставчатая стружка имеет вид отдельных, четко выраженных элементов, прочно связанных друг с другом (рис. 15). Обработанная поверхность заготовки при образовании такой стружки содержит небольшое количество надрывов. Элементная суставчатая стружка образуется при обработке пластичных материалов с большими и средними скоростями резания, средними подачами и с большими и средними передними углами.

Стружка элементная скалывания.Стружка имеет вид отдельных, относительно правильной формы элементов, несвязанных

Рис. 16. Стружка элементная скалывания

друг с другом (рис. 16). После формообразования обработанная поверхность заготовки получается шероховатой с надрывами. Этот вид стружки образуется при обработке материалов средней пластичности при средних и низких скоростях резания, средних и больших подачах и малых передних углах .

Рис. 17. Стружка надлома

Стружка надлома.Стружка надлома имеет вид отдельных, произвольной формы элементов, несвязанных друг с другом (рис. 17). Обработанная поверхность заготовки – шероховатая с надрывами и зазубринами. Стружка надлома образуется при обработке малопластичных и хрупких материалов при работе с малыми скоростями резания , большими подачами и малыми передними углами .

Анализируя рассмотренные выше стружки можно сделать выводы:

- независимо от типа стружек все они состоят из элементов и отличаются друг от друга только формой элементов и прочностью связей между ними;

- процесс резания цикличен, поэтому всегда сопровождается вибрациями, ухудшающими качество обработки.