Общие сведения о пластической деформации металла в зоне резания

Лабораторная работа № 4

Исследование влияния режима резания

На процесс стружкообразования

Цель работы

1. Ознакомление студентов с понятием о процессе стружкообразования и основными параметрами, определяющими процесс стружкообразования.

2. Знакомство с видом и формой стружек, образующихся при резании стали.

3. Изучение методов определения усадки стружки.

4. Выявление зависимости усадки стружки от элементов режима резания.

Теоретическая часть

Общие сведения о пластической деформации металла в зоне резания

При обработке резанием превращение срезаемого слоя в стружку является одной из разновидностей процесса пластической деформации материала, выражающейся в изменении под действием внешней силы формы деформируемого тела без его разрушения.

Различают три основных вида деформированного состояния тела:

1) растяжение, при котором вдоль одной из трех главных осей деформации х, у, z наблюдается удлинение, а вдоль двух остальных главных осей – укорочение деформируемого тела (рис. 4.1, а);

2) сжатие, при котором вдоль одной из главных осей деформации наблюдается укорочение тела, а вдоль двух остальных главных осей – его удлинение (рис. 4.1, б). Если деформации удлинения равны между собой, сжатие называется простым;

3) сдвиг, при котором деформация тела вдоль одной из главных осей отсутствует, вдоль второй оси происходит укорочение, а вдоль третьей главной оси – равное ему удлинение (рис. 4.1, в).

Рисунок 4.1 – Три основных вида деформированного состояния тела

Различают чистый и простой сдвиги. При чистом сдвиге (рис. 4.2, а, в) происходит равномерное укорочение тела вдоль одной оси и равномерное его удлинение вдоль другой, перпендикулярной к первой. Квадрат ABCD превращается в равномерный ромб A₁B₁C₁D₁при неизменном объеме тела.

Простой сдвиг (рис. 4.2, б, г) сопровождается смещением всех точек тела параллельно одной оси. При этом квадрат ABCD превращается в равновеликий параллелограмм, основание и высота которого равны основанию и высоте исходного квадрата.

Растяжение и сжатие тела относятся к объемному, а его сдвиг – к плоскому деформированному состоянию.

Рассмотрим более подробно деформацию простого сдвига на примере перехода срезаемого слоя в стружку при металлообработке, так как при b > > a практически все перемещения срезаемого слоя происходят в одной плоскости. Частица срезаемого слоя, находящаяся далеко от режущего инструмента, свободна от напряжений и движется по направлению к инструменту с постоянной скоростью.

Рисунок 4.2 – Схемы деформации чистого (а) и простого (б) сдвигов

По мере приближения к режущему инструменту напряжения в рассматриваемой частице возрастают и, когда они превзойдут предел упругости обрабатываемого материала, частица получает пластическое смещение и изменяет направление своего движения. Эти изменения происходят за время пребывания частицы в некоторой переходной, пластически деформированной зоне ABCD (рис. 4.3, а). В результате отделения слоя металла толщиной a и превращения его в стружку часть единого тела движется параллельно передней поверхности лезвия инструмента, а оставшаяся часть – продолжает движение в прежнем направлении. В точке, соответствующей сопряжению передней и задней поверхностей инструмента, под углом β к направлению движения, называемого углом сдвига, произойдет разделение тела на стружку и обрабатываемую деталь.

Рисунок 4.3 – Схема к определению относительного сдвига

Представим переходную пластически деформируемую зону в виде параллелограмма ABCD (рис. 4.3, а), а линии скольжения в ней примем за прямые. Обозначим толщину этой зоны через Δх, а ее сдвиг через Δs. Значение Δs соответствует расстоянию (см. рис. 4.2, б), на которое сдвинулась верхняя сторона квадрата относительно нижней, и называется абсолютным сдвигом. В теории пластических деформаций для характеристики интенсивности сдвига пользуются величиной ε, называемой относительным сдвигом. Он равен отношению абсолютного сдвига Δs к толщине слоя Δх, претерпевшего этот сдвиг, т.е. ε = Δs / Δх. Геометрически ε равен тангенсу угла ψ наклона стороны квадрата к оси z, т.е. ε = tg ψ (см. рис. 4.2, б).

Элемент срезаемого слоя ABCD под действием режущего клина инструмента деформируется и принимает форму параллелограмма EBCN. В треугольнике CDN (рис. 4.3, б).

(4.1)

Анализ формулы (4.1) показывает, что для определения относительного сдвига при определенном угле γ необходимо знать угол сдвига. Его можно определить по длине стружки. При перемещении инструмента на Δl длина стружки будет Δl_с. Из Δ АВЕ (см. рис. 4.3, а)

и

Отношение получило название коэффициента усадки или укорочения стружки:

(4.2)

Данную формулу называют формулой И. А. Тиме. С ее помощью можно выразить угол сдвига через коэффициент К_l :

(4.3)

Таким образом, относительный сдвиг при резании зависит от угла сдвига β и переднего угла γ. Угол β можно определить, зная a, а_с и γ. Практически ε= 2…5.