§ 7. Різання як процес послідовного деформування шару металу, який зрізається

Метали у твердому стані є полікристалічними тілами, що мають зернисту структуру з певною кристалічною ґраткою. При різанні металів та їхніх сплавів окремі кристали деформуються, а потім руйнуються по кристалографічним площинам.

Процес різання металу можна представити наступною схемою. У початковий момент, коли різець, який рухається під дією сили Р , вдавлюється в метал (рис. 2.11), у шарі, який зрізається, виникають пружні деформації. При подальшому русі різця пружні деформації, накопичуючись по абсолютній величині, переходять у пластичні. У матеріалі заготовки виникає складний пружнонапружений стан. У площині, що збігається із траєкторією руху вершини різця, виникають дотичні й нормальні напруги.

Шар металу, який зрізається, знаходиться під впливом тиску різця, дотичних і нормальних напруг, і складний пружнонапружений стан металу переходить у пластичну деформацію. Зростання пластичної деформації приводить до зсувних деформацій ­­– зміщення частин кристалів відносно один одного.

Найбільші пластичні деформації виникають у зоні стружкоутворення.

Зсувні деформації викликають ковзання окремих частин зерен по кристалографічним площинам у певних напрямках. Площини ковзання, що виникають внаслідок необоротного переміщення атомів, дроблять зерна на окремі частини (пластини), які в процесі деформації повертаються в певному напрямку відносно діючої сили. Зерна витягуються, розташовуються ланцюжками; крім того, зміцнюється метал (рис. 2.11).

Рис 2.11. Схема процесу утворення стружки

У момент, коли пластичні деформації досягнуть найбільшої величини, а напруги перевищать сили внутрішнього зчеплення зерен металу, зерна зміщаються відносно один одного й сколюється елементарний об’єм металу 1 (рис. 2.11). Далі процес деформування повторюється, сколюються наступні елементарні об’єми металу 2, 3 і т.д. і утворюється стружка. Основоположник російський учений Тіме.

Шар , який зрізається, деформований у зоні стружкоутворення, перетворившись у стружку, піддається додатковій деформації внаслідок тертя стружки об передню поверхню інструмента, що остаточно формує структуру у вигляді витягнутих зерен (рис. 2.11).

Різання — це процес послідовного деформування шару металу, який зрізається: пружного, пластичного руйнування.

Характер деформації залежить від фізико-механічних властивостей оброблюваного матеріалу, геометрії інструмента, режимів різання, умов обробки. Найбільше значення в процесі різання пластичних матеріалів (сталей середньої твердості) має пластична деформація. У крихких металів пластична деформація практично відсутня.

§ 8. Види стружок і їхня усадка

При різанні металів з різними фізико-механічними властивостями утворюються три види стружок: зливна, сколювання й надлому (рис. 2.12, а - в).

Зливна стружка утворюється при різанні пластичних металів і сплавів і являє собою суцільну стрічку із гладкою внутрішньою стороною. Із зовнішньої сторони зливна стружка має слабко виражені пилкоподібні зазубрини.

Стружка сколювання утворюється при обробці металів середньої твердості. Вона має гладку внутрішню сторону, а на зовнішній стороні - яскраво виражені зазубрини. Вона ніби складається з окремих елементів, з'єднаних між собою в стрічку.

Стружка надламу утворюється при обробці крихких металів і складається з окремих елементів, які не пов’язані між собою. Із внутрішньої сторони вона шорстка.

Вид стружки залежить від фізико-механічних властивостей оброблюваного металу, режиму різання, геометрії різального інструменту, мастильно-охолоджувальних речовин, які застосовуються у процесі різання. Вид стружки, що утворюється, впливає на швидкість спрацювання різального інструменту, шорсткість обробленої поверхні, сили різання, конструкцію інструмента (розміри стружкових канавок). Вид стружки (надламу) спрощує або ускладнює (зливна стружка) її відвід із зони різання й транспортування.

Рис. 2.12. Види стружок:

а — зливна; б — сколювання; в — надламу

З точки зору зручності видалення стружки із зони різання і її транспортування, а також запобігання обробленої поверхні від царапання її стружкою, що утворюється, доцільна обробка різанням в умовах утворення стружки надламу. Для одержання стружки надламу (елементної) на різальному інструменті виконують пристрої для завивання стружки а також пристрої для ламання стружки, застосовують переривчастий процес різання, змінюють геометрію різального інструменту й режим різання, а при виготовленні деталей на автоматах часто використовують спеціальні автоматні сталі.

Змінюючи фактори, що впливають на характер утворюваної стружки можна при різанні того самого металу одержати різні види стружок, тому що пластичність і крихкість є не властивостями речовини, а характеризують її стан.

Стружка сколювання зазнає найбільші деформації і на її утворення витрачається більша робота у порівняння з роботою, що витрачається при утворенні зливної стружки й стружки надламу.

Стружка, що утворюється в процесі різання, піддається значній пластичній деформації, одним із проявів якої є її усадка. Усадка полягає в тому, що довжина стружки менше довжини обробленої поверхні, а товщина - більше товщини зрізаного із заготовки шару металу. Ширина стружки практично не змінюється.

Укорочення і потовщення стружки у порівнянні з довжиною та товщиною зрізаного шару називають усадкою стружки, яка характеризується коефіцієнтом усадки К.

Чим пластичніший метал, тим більший коефіцієнт усадки стружки. Для крихких металів К близький до одиниці, для пластичних металів К = 5 – 7. Усадка стружки залежить від фізико-механічних властивостей оброблюваного металу, режиму різання, геометрії інструмента, умов різання і т.д.