Б - процесс образования сливной стружки

С другой стороны, в зоне пластических деформаций обязательно происходят как упругие деформации, так и процессы образования микротрещин, вызывающие разрушение материала срезаемого слоя. Кроме того, интенсивная пластическая деформация приводит к схватыванию частиц обрабатываемого материала с передней поверхностью инструмента и образованию застойной зоны на ней - нароста 3 (рис. 4.4, а).

При резании металлов незначительная работа, затрачиваемая на упругие деформации, по сравнению с пластическими, позволяет пренебречь ими и считать стружкообразование процессом локализованной пластической деформации, доведенной по определенным поверхностям до разрушения. Поэтому реальный процесс образования стружки может быть представлен схемой, представленной на рисунке 4.4, б. Сосредоточенная сила R, с которой передняя поверхность инструмента давит на срезаемый слой, называется силой стружкообразования. Зона 1 представляет собой зону первичной деформации. Зерно срезаемого слоя, перемещающееся относительно инструмента со скоростью резания V, начинает деформироваться в точке F и проходя по траектории своего движения, получает все большую степень деформации. Деформации зерна заканчивается в точке Q, где зерно приобретает скорость V_с, равную скорости стружки.

Измерения показывают, что ширина стружки не претерпевает изменений по сравнению с шириной срезаемого слоя. Поэтому можно считать, что деформированное состояние в зоне стружкообразования является плоским и срезаемый слой в процессе резания претерпевает деформацию сдвига. На основании этого линия ОА физически представляет собой поверхность сдвига (скольжения), на которой сдвигающие напряжения t равны пределу текучести t_с материала на сдвиг. Вся зона 1 состоит из подобных, поверхностей, на каждой из которых сдвигающие напряжения равны пределу текучести материала, уже получившего определенную степень упрочнения в результате предшествующей деформации. Линия ОВ представляет собой поверхность, на которой осуществляется последняя сдвиговая деформация, на ней сдвигающие напряжения равны пределу текучести t_с на сдвиг окончательно упрочненного в результате превращения срезаемого слоя в стружку материала.

Зерна материала, находящихся в непосредственной близости от контактной поверхности стружки, продолжают деформироваться и после выхода их из зоны первичной деформации. Это связано с наличием внешнего трения между контактной стороной стружки и передней поверхностью инструмента. Наличие зоны 2 вторичной деформации COD приводит к неоднородности конечной деформации стружки по ее толщине, степень деформации в зоне 2 может в двадцать и более раз превышать среднюю деформацию стружки.

Пластическая деформация зерен металла ниже поверхности резания на глубине обусловленная силовым полем впереди режущего клина, определяет напряженно-деформированное состояние и качество обработанной резанием поверхности.

Установлено, что при положительных передних углах инструмента, малой толщине срезаемого слоя и скоростях резания, применяемых на практике, протяженность зоны 1 резко уменьшается, ее границы ОА и ОВ сдвигаются, приближаясь к некоторой линии ОЕ, наклонной к поверхности резания под углом β. Это позволяет считать, что сдвиговые деформации локализуются в очень тонком слое толщиной , а семейство поверхностей скольжения можно заменить единственной плоскостью ОЕ, называемой условной плоскостью сдвига. В связи с этим угол β называется условным углом сдвига. Он является основным параметром, определяющим процесс стружкообразования. Пользуясь его величиной можно определить величины главных деформаций, ориентацию главных осей деформации и удельную работу деформации.

На практике, для приближенной оценки обрабатываемости пластичных материалов резанием и степени пластической деформации стружки часто используют такие понятия, как коэффициент усадки, вид и форма стружки.

Вид и форма стружки

При резании пластичных материалов возможно образование элементной, суставчатой (ступенчатой) или сливной стружки. При обработке хрупких материалов образуется стружка надлома (рис. 4.5). Первые три называют стружками сдвига, так как их образование связано с напряжениями сдвига, а стружку надлома - стружкой отрыва, так как её образование связано с растягивающими напряжениями. Элементная стружка состоит из отдельных, не связанных друг с другом, но одинаковых по форме и размерам «элементов» срезанного слоя материала. Разделение стружки на части происходит в результате периодического разрушения срезаемого слоя по поверхностям скалывания. У суставчатой стружки «элементы» срезаемого слоя прочно связаны между собой, контактная сторона - гладкая, а свободная - с явно выраженными зазубринами. Сливная стружка не имеет заметных следов плоскостей сдвига, контактная сторона - отполированная, а свободная имеет бархатистый вид. Стружка надлома состоит из отдельных, не связанных друг с другом кусочков различной формы и размеров. Поверхность разрушения может располагаться ниже поверхности резания.

Рисунок 4.5 –Вид и форма стружки

Усадка стружки

При резании металла в результате пластической деформации происходит изменение формы и размеров образовавшейся стружки по отношению к срезаемому слою. Это явление называется усадкой стружки и характеризуется коэффициентом усадки.

Объём металла после деформации практически равен объёму до деформации, ширина стружки изменяется незначительно, длина стружки l_c становится меньше длины срезаемого слоя l (продольная усадка стружки), а толщина стружки a_c по сравнению с толщиной срезаемого слоя a увеличивается (поперечная усадка стружки) (рис. 4.6).

Продольная и поперечная усадка стружки характеризуется соответственно следующими коэффициентами: коэффициент укорочения

, (4.4)

коэффициент утолщения

, (4.5)

и на основании изложенного выше (b ) коэффициент усадки стружки

, (4.6)

Рисунок 4.6 – Параметры срезаемого слоя и стружки