Процесс образования сливной стружки

Методами металлографических исследований экспериментально установ­лено, что в процессе резания между материалом заготовки и образовав­шейся стружкой располагается переходная зона с более или менее четкими границами, называемая зоной стружкообразования. Предложенные различны­ми исследователями модели этой зоны отличаются друг от друга степенью детализации, т.е. степенью приближения к реальному процессу резания. Наиболее простой, и в то же время достаточно точной является модель с единственной плоскостью сдвига, предложенная русским ученым И.АТиме.

Более подробная модель процесса образования сливной стружки разра­ботана, советским ученым Н.Н.Зоревым. Эта модель представлена на рис.8.3. Режущий инструмент своей передней поверхностью через площадку С действует на срезаемый слой толщиной а. Зона OABСO называется зоной первичной деформации (зона 1) и имеет форму клина с вершиной на ре­жущей кромке инструмента. Ее нижняя граница ОА вогнута и пересекает траекторию движения режущей кромки. Верхняя граница ОB 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 элементы зерна обрабатываемого материала, правее линии ОВ - полностью сформированная стружка. Зерно обрабатывае­мого материала, двигаясь в направлении передней поверхности инструмен­та со скоростью 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 v_с, равную скорости стружки. Линия ОА физически представляет собой сечение поверхности сдвига, на котором сдвигающие напряжения равны пределу текучести материала на сдвиг. Вся зона 1 состоит из таких по­верхностей, на каждой из которых сдвигающие напряжения равны пределу текучести материала, получившего определенную степень упрочнения в результате предшествующей деформации. На поверхности, представленной линией ОВ, происходит последняя сдвиговая деформация окончательно упрочненного материала, превращенного в стружку.

Однако, между прирезцовой стороной стружки и передней поверхностью инструмента имеет место трение. Поэтому зерна, проходящие при движении вблизи от режущей кромки, продолжают деформироваться и после выхода из зоны первичной деформации. Так возникает зона 2 вторичной деформации, ограниченная линией CD и передней поверхностью. Ширина OD этой зоны примерно равна половине ширины площадки контакта С, а ее максимальная высота D₁ в среднем составляет 0,1 толщины стружки а_с. Наличие зоны вторичной деформации приводит к тому, что по толщине образовавшейся стружки деформация распределена неравномерно. В слое D₁ деформация может быть в 20 раз больше средней величины.

Рис. 8.3. Схема зоны деформации срезаемого слоя при образовании сливной стружки

Зона первичной деформации имеет достаточно развитые размеры лишь при низких скоростях резания. С увеличением скорости резания, границы зоны деформации сближаются, поэтому с достаточной точностью можно при­нять допущение, что при практически используемых скоростях резания де­формации локализуются в плоскости ОЕ, имеющей конечную толщину Dх и на­зываемой условной плоскостью сдвига. При такой идеализации процесс об­разования сливной стружки представляется процессом последовательных сдвигов тонких слоев обрабатываемого материала вдоль условной плоскос­ти сдвига, а деформированное состояние является плоским, т.е. подчиня­ется закономерностям простого сдвига. Угол b, под которым плоскость сдвига наклонена к поверхности резания, называется углом сдвига.

Рис. 8.4. Идеализированная схема превращения срезаемого слоя в сливную стружку

Для того чтобы произошел сдвиг слоя материала, к нему должна быть приложена соответствующая сила. Передняя поверхность инструмента воз­действует на срезаемый слой силой N ,которая создает силу трения F= mN, где m - коэффициент трения между стружкой и инструментом. Сумма этих двух сил является силой стружкообразования Р, наклоненной к поверхности резания под углом действия w. Силу Р можно разложить на две состав­ляющие: силу P_N, нормальную к плоскости сдвига , и силу P_t, направлен­ную вдоль плоскости сдвига. Сила P_N сжимает срезаемый слой толщиной Dх, а сила P_t сдвигает его. При прямоугольном резании напряжение на условной плоскости сдвига равно

, (8.2)

где b - ширина среза в направлении, перпендикулярном плоскости чертежа.

Так как mn=a/sinb, то t=P_tsin b/аb. Но сила сдвига P_t=Pcos(w+b). Поэтому

(8.3)

Процесс стружкообразования начнется при условии t³t_S, где t_S - пре­дел текучести на сдвиг обрабатываемого материала.