6. Определение коэффициента сплошности при стружкообразовании

В работах ученых показано, что вид образующейся стружки является следствием устойчивого или неустойчивого пластического течения материала в процессе стружкообразования Неустойчивое течение, которому предшествует предварительная деформация элемента срезаемого слоя, начинается при том условии, что в каком-нибудь месте этого элемента последующее приращение деформационного упрочнения нивелируется деформационным разупрочнением. В этом случае деформация локализуется в том месте, где сопротивление течению уменьшается в наибольшей степени.

В общем случае процесс деформационного упрочнения и рае упрочнения описывается известным из теории пластичности уравнением [97]

(2.7)

Где , Г, и Т - соответственно напряжения, степень, скорость и температура деформации материала в зоне стружкообразования.

Применительно к условиям стружкообразования склонность к адиабатическому процессу деформации возрастает в области высоких скоростей резания, когда выделяемая теплота деформации локализуется в зоне ее образования. Причем, чем выше скорость резания, тем больше проявляется неустойчивость пластического течения в результате адиабатического сдвига.

В области низких и средних скоростей резания, когда повышение температуры в зоне стружкообразования является незначительным, проявление термической нестабильности в процессе пластической деформации является сомнительным. Источник неустойчивости в этом случае имеет другую природу.

Второй член в уравнении (2.7) является всегда положительным и поэтому он не может быть источником неустойчивого течения.

Рассмотрим возможность возникновения неустойчивого течения при стружкообразовании в результате смены знака первого члена правой части уравнения (2.7).

Процесс образования любого элемента стружки на начальном этапе характеризуется нарастанием пластической деформации и, как следствие, упрочнением срезаемого слоя. Производная является положительной величиной, и процесс начальной деформации элемента стружки характеризуется устойчивым течением материала в зоне стружкообразования.

В процессе дальнейшей пластической деформации до 200% и более ресурс пластичности исчерпывается в той или иной мере в зависимости от свойств материала. Результатом этого является появление разрывов в структуре образующейся стружки [26, 176]. Зародышами разрывов служат инородные включения, поры, границы зерен и прочие ослабленные участки в структуре. Нарушение сплошности деформируемого материала снижает его сопротивление деформации, что эквивалентно его разупрочнению Производная в уравнении (2.7) принимает отрицательные значения, являясь источником неустойчивого пластического течения в зоне стружкообразования.

При низких значениях скорости резания, когда время протекания пластической деформации в зоне стружкообразования достаточно, чтобы неустойчивое течение распространилось на все сечения стружки, происходи сдвиг одного элемента стружки относительно другого. По мере роста скорости резания процесс неустойчивого течения распространяется на меньшую часть сечения стружки, что приводит к образованию ступенчатой и при высоких скоростях к сливной стружке, если при этом не имеет место явление термопластического сдвига.

Дадим количественную оценку описанным выше явлениям, для чего смоделируем разрывы, образующиеся в зоне пластической деформации, микротрещинами, условно расположенными на внешней стороне стружки и ориентированными по плоскостям сдвига (рис. 2.10).

Рис. 2.10 Моделирование разрывов

в зоне стружкообразования

Распространение зародившейся трещины происходит только в том случае, если напряжение и деформация в ее вершине достигнут критических значений. Такому напряженному состоянию материала стружки, примыкающему к вершине трещины длиной а_у соответствует уравнение

, (2.14)

где - вязкость разрушения при плоском деформированном состоянии,

_р - напряжение разрушения.

(2.26)

Полученное уравнение позволяет количественно оценить степень устойчивости пластического течения материала при стружкообразовании в области низких и средних значениях скорости резания. Если значения А стремится к нулю, то процесс пластического течения является неустойчивым. Переход срезаемого слоя в стружку происходит с образованием отдельных элементов.

При значениях А близких к единице процесс пластического течения характеризуется устойчивостью с переходом срезаемого слоя в сливную стружку.

С увеличением скорости резания параметр А увеличивается, причем более интенсивно для малых толщин среза. Таким образом, увеличение скорости резания усиливает тенденцию к образованию сливной стружки. При сохранении постоянной величины сочетания параметров образуется примерно одинаковый тип стружки.

Сопоставление расчетных значений параметра А с типом образующейся стружки показывает что в области значений 0 А 0,1, образуется элементная стружка, в области 0,9 А 1,0 - сливная стружка. Промежуточным значениям параметра А соответствует ступенчатый вид стружки.

К недостаткам формулы (2.26) следует отнести то, что величина угла сдвига не всегда является известной. В общем случае угол  изменяется в пределах 20-40. Анализ формулы (2.26) показывает, что изменение угла  в этих пределах изменяет величину А не более чем на 10%. Принимая среднее значение угла сдвига  = 30° в формуле (2.26) можно с погрешностью 5% оценить значение параметра А.

Таким образом, на стадии проектирования технологического процесса вид образующейся стружки рекомендуется определять по упрощенной формуле:

, (2.27)

где -вязкость разрушения при плоском деформированном состоянии, МПа;

а - толщина среза, м;

 - скорость резания, м/с;

_s - предел прочности обрабатываемого материала на срез, Мпа;

 - плотность обрабатываемого материала, Мпа с²/м².