Физическая сущность процесса резания. Стружки

Резание металлов является сложным процессом взаимодействия режущего инструмента и заготовки, сопровождающимся определенными физическими явлениями, например, деформированием срезаемого слоя металла. Упрощенно процесс резания можно представить в виде следующей схемы. В начальный момент процесса резания, когда движущийся резец под действием силы Р (рис. 52) вдавливается в металл, в срезаемом слое возникают упругие деформации. При дальнейшем движении резца упругие деформации, накапливаясь по абсолютной величине, переходят в пластические. В прирезцовом срезаемом слое материала заготовки возникает сложное упругонапряженное состояние. В плоскости, перпендикулярной траектории движения резца, возникают нормальные напряжения ау, а в плоскости, совпадающей с траекторией движения резца, - касательные напряжения хх. В точке приложения действующей силы величина хх наибольшая. По мере удаления от точки А величина хх уменьшается. Нормальные напряжения ау вначале действуют как растягивающие, а затем быстро уменьшаются и, переходя через нуль, превращаются в напряжения сжатия. Срезаемый слой металла находится под воздействием давления резца, касательных и нормальных напряжений. Сложное упругонапряженное состояние металла характеризуется пластическим деформированием. Рост пластической деформации приводит к сдвиговым деформациям, т. е. к смещению частей кристаллов относительно друг друга. Сдвиговые деформации происходят в зоне стружкообразования ABC, причем деформации начинаются в плоскости АВ и заканчиваются в плоскости АС, в которой завершается разрушение кристаллов, т. е. скалывается элементарный объем металла и образуется стружка. Далее процесс повторяется и образуется следующий элемент стружки и т. д.

Условно можно считать, что сдвиговые деформации происходят по плоскости 00, которую называют плоскостью сдвига. Плоскость 00 располагается примерно под углом 8 = 30° к направлению движения резца. Угол 6 называют углом сдвига. Наличие поверхности сдвига в процессе стружкообразования и положение ее в пространстве было установлено русскими учеными И. А. Тиме и К. А. Зворыкиным. Срезанный и превращенный в стружку слой металла дополнительно деформируется вследствие трения стружки о переднюю поверхность инструмента. Структуры металла зоны ABC и стружки резко отличаются от структуры основного металла. В зоне ABC расположены деформированные и разрушенные кристаллы, сильно измельченные и вытянутые в цепочки в одном, вполне определенном направлении, совпадающем с направлением плоскости 0,0b которая с плоскостью сдвига составляет угол 3.

Характер деформирования срезаемого слоя зависит от физико-механических свойств материала обрабатываемой заготовки, геометрии инструмента, режима резания, условий обработки и т. д. В процессе резания заготовок из пластичных металлов и сталей средней твердости превалирует пластическая деформация. У хрупких металлов пластическая деформация практически отсутствует. Поэтому при резании деталей из хрупких металлов значение угла р" близко к нулю, а при резании деталей из пластичных металлов значение угла р доходит до 30°, что говорит о сложном внутреннем процессе деформирования кристаллов и формировании новой структуры. Знание законов пластического деформирования и явлений, сопровождающих процесс резания, позволяет повысить качество обработанных поверхностей деталей машин, их долговечность и надежность, а также снизить мощность резания.

При резании заготовок из металлов образуется стружка сливная, скалывания или надлома. Сливная стружка, появляющаяся при резании деталей из пластичных металлов, представляет собой сплошную ленту с гладкой прирезцовой стороной. На внешней стороне стружки можно видеть слабые пилообразные зазубрины. Стружка скалывания, образующаяся при резании деталей из металлов средней твердости, представляет собой ленту с гладкой прирезцовой стороной, на ее внешней стороне - ярко выраженные зазубрины. Стружка надлома образуется при резании деталей из хрупких металлов и состоит из отдельных, не связанных между собой элементов. Вид образующейся стружки зависит от физико-механических свойств металла обрабатываемой детали, режима резания, геометрии режущего инструмента, применяемых в процессе резания смазочно-охлаждающих веществ.

Вид образующей стружки влияет на стойкость режущего инструмента, шероховатость обработанной поверхности, силу резакия и конструкцию инструмента. От вида стружки зависит сложность ее отвода из зоны резания и транспортировки. Наиболее деформируется стружка скалывания, и при ее образовании затрачивается больше работы, чем при образовании сливной стружки и стружки надлома. Стружка, образующаяся в процессе резания, подвергается значительному пластическому деформированию, одним из проявлений которого является ее усадка. Усадка стружки состоит в том, что длина стружки оказывается меньше длины обработанной поверхности, а толщина больше толщины срезанного с заготовки слоя металла. Ширина стружки практически остается без изменений. Усадка стружки характеризуется величиной коэффициента усадки.

Чем пластичнее металл заготовки, тем больше величина коэффициента К усадки стружки. Для заготовок из хрупких металлов К близко к !, а для заготовок из пластичных металлов К доходит до 5-7. Величина усадки стружки зависит от физико-механических свойств обрабатываемого металла, режима и условий резания, геометрии инструмента.

Металлическая стружка

При обработке металлов резанием в зависимости от их физико-механических свойств образуются различные виды стружек. Основные виды стружек были установлены и изучены проф. И. А. Тиме, который выделил три вида: стружку надлома, скалывания и сливную. Сливная стружка образуется при обработке меди, при обработке чугуна образуется надломная, при обработке твёрдых материалов (сталей, победитов) — стружка скола.

Древесная стружки

Древесная стружка является одним из видов измельчённой древесины наряду с опилками, щепой, древесной мукой и т. п.. Она может как изготовляться специально на стружечных станках из стружечного кряжа^[1], так и получаться в качестве отходов деревообработки. По форме может быть плоской, закрученной или игольчатой — с длиной, превышающей примерно равные толщину и ширину.