Лекция 4. Процесс образования стружки

4.1. Состояние материала в зоне резания и виды образующихся стружек

Конкретная задача процесса резания заключается в образовании новой по­верхности. Поскольку прочность обрабатываемого материала соизмерима с прочностью материала инструмента, для обеспечения работоспособности инст­румента его приходится упрочнять путем увеличения угла заострения до 90^о и более. При такой кон­фигурации инструмента весь срезаемый слой припуска подвергается пластиче­ской деформации и превращается в стружку, а сам процесс резания по существу становится процессом пластической деформации всего срезаемого слоя припус­ка на обработку.

В процессе механической обработки в зависимости от свойств обрабатывае­мого материала, геометрических параметров режущего инструмента и величины элементов режима резания могут образовываться различные по своему виду стружки.

4.2. Типы стружек

Вид образующейся стружки зависит от многих факторов, таких как, напри­мер, свойства внешней среды, в которой осуществляется резание, величины пе­реднего угла инструмента и других факторов.

В 1870 г. И. А. Тиме была предложена классификация типов стружек, образующихся при резании различных материалов.

Классификация оказалась настолько удачной, что, несмотря на то, что со времен И. А. Тиме появились совершенно иные конструкционные материалы, обрабатывающиеся с иными режимами резания, ею пользуются и в настоящее время. Согласно классификации И. А. Тиме, при резании конструкционных материалов в любых условиях образуются четыре вида стружек: элементная, суставчатая, сливная и надлома.

Элементную, суставчатую и сливную стружку называют стружками сдвига, так как их образование связано с напряжениями сдвига. Стружку надлома иногда называют стружкой отрыва, так как ее образование связано с растягивающими напряжениями. Внешний вид всех перечисленных типов стружки изображен на рис. 4.1.

Элементная стружка (рис. 4.1, а) состоит из отдельных «элементов» 1 приблизительно одинаковой формы, несвязанных или слабо связанных друг с другом. Границу тп, отделяющую образовавшийся элемент стружки от срезаемого слоя, называют поверхностью скалывания. Физически она представляет собой поверхность, по которой В процессе резания периодически происходит разрушение срезаемого слоя. У суставчатой стружки (рис. 4.1, б) разделения ее на отдельные части не происходит. Поверхность скалывания только наметилась, но она не пронизывает стружку по всей толщине. Поэтому стружка состоит как бы из отдельных суставов 1 без нарушения связи между ними.

a) б) в) г)

Рис. 4.1 Типы стружек, образующихся при резании пластичных и хрупких материалов: а) элементная, б) суставчатая, в) сливная, г) надлома

Основным признаком сливной стружки (рис.4.1, в) является ее сплошность (непрерывность). Если на пути движения сливной стружки нет никаких препятствий, то она сходит непрерывной лентой, завиваясь в плоскую или винтовую спираль, пока часть стружки не отламывается под действием собственного веса. Поверхность 1 стружки, прилегающую к передней поверхности инструмента, называют контактной стороной (поверхностью). Она сравнительно гладкая, а при высоких скоростях резания отполирована в результате трения о переднюю поверхность инструмента. Ее противоположную поверхность 2 называют свободной стороной (поверхностью) стружки. Она покрыта мелкими зазубринками-насечкой и при высоких скоростях резания имеет бархатистый вид. Стружка соприкасается с передней поверхностью инструмента в пределах площадки контакта, ширина которой обозначена через С, а длина равна рабочей длине главного лезвия. В зависимости от рода и свойств обрабатываемого материала и скорости резания ширина площадки контакта в 1,5… 6 раз больше толщины срезаемого слоя. Стружка надлома (рис. 4.1, г) состоит из отдельных, не связанных друг с другом кусочков различной формы и размеров. Образованию стружки надлома сопутствует мелкая металлическая пыль. Поверхность разрушения тп может располагаться ниже поверхности резания, в результате чего последняя покрыта следами от выломанных из нее кусочков стружки.

Тип стружки во многом зависит от рода и механических свойств обрабатываемого материала. При резании пластичных материалов воз можно образование первых трех типов стружки: элементной, суставчатой и сливной. По мере увеличения твердости и прочности обрабатываемого материала сливная стружка переходит в суставчатую, а затем, в элементную. При обработке хрупких материалов образуется или элементная стружка (чаще), или стружка надлома (реже). С повышением твердости материала, например чугуна, элементная стружка переходит в стружку надлома.

Из геометрических параметров инструмента наиболее сильно на тип стружки влияют передний угол и угол наклона главного лезвия. При обработке пластичных материалов влияние углов γ и λ принципиально одинаково: по мере их увеличения элементная стружка переходит в суставчатую, а затем в сливную. При резании хрупких материалов при больших передних углах может образовываться стружка надлома, которая по мере уменьшения переднего угла переходит в элементную. При увеличении угла наклона главного лезвия стружка постепенно превращается в элементную стружку.

На тип стружки оказывают влияние подача (толщина срезаемого слоя) и скорость резания. Глубина резания (ширина срезаемого слоя) на тип стружки практически не влияет. Увеличение подачи (толщины срезаемого слоя) приводит при резании пластичных материалов к последовательному переходу от сливной стружки к суставчатой и элементной. При резании хрупких материалов с увеличением подачи элементная стружка переходит в стружку надлома.

Наиболее сложно на тип стружки влияет скорость резания. При резании большинства углеродистых и легированных конструкционных сталей, если исключить зону скоростей резания, при которых образуется нарост (смотри ниже), по мере увеличения скорости резания стружка из элементной становится суставчатой, а затем сливной.

Однако при обработке некоторых жаропрочных сталей и сплавов,титановых сплавов повышение скорости резания, наоборот, превращает сливную стружку в элементную. Физическая причина этого явления до настоящего времени полностью не выяснена.

Повышение скорости резания при обработке хрупких материалов сопровождается переходом стружки надлома в элементную стружку с уменьшением размеров отдельных элементов и упрочнением связи между ними.

При применяемых в производстве геометрических параметрах инструментов и режимах резания основными типами стружки при резании пластичных материалов являются сливная стружка (чаще) и суставчатая стружка (реже). Основным типом стружки при резании хрупких материалов является элементная стружка. В настоящее время наиболее подробно изучен процесс сливного стружкообразования. Образование элементной стружки при резании как пластичных, так и хрупких материалов изучено недостаточно.