- •Текстуры стружки ψ
- •2.2. Напряжения и силы при стружкообразовании
- •I' 2.1. Значения напряжений сдвига х для некоторых обрабатываемых материалов
- •2.3. Контактные процессы на передней и задней поверхностях инструмента
- •Коэффициент трения ц] на задней поверхности инструмента
- •2.4. Наростообразование при резании металлов
- •2.5. Энергия и работа, затрачиваемые на процесс резания
- •Глава 3
- •3.1. Косоугольное резание
- •Глава 3
- •3.1. Косоугольное резание
Рис.
2.23. Влияние твердости HRC
обрабатываемого материала на удельные
нормальную адг^ и касательную х^.^
нагрузки иКоэффициент трения ц] на задней поверхности инструмента
ния происходит при «самоподаче» инструмента, который характеризуется резким увеличением толщины срезаемого слоя (подачи), а следовательно, и силы резания. При наличии зазоров в механизме подачи станка это может привести к самозатягиванию инструмента и, как следствие, к поломке инструмента, заготовки и даже механизма подачи станка, а также к травме рабочего-станочника. Поэтому на практике необходимо всячески избегать этой ситуации.
По природе и назначению F, Fu N и N] принято называть физическими составляющими, а Р^ и Ру - технологическими составляющими.
2.4. Наростообразование при резании металлов
При резании ряда металлов и особенно широкой номенклатуры углеродистых сталей в определенных температурно- скоростных условиях на передней поверхности инструмента возникает клинообразный, очень твердый нарост, являющийся, по
Рис.
2.24. Схема образования нароста
сути, продолжением режущего клина инструмента (рис.2.4). Нарост оказывает существенное влияние на характеристики процесса резания (деформацию и силы), а также на стойкость инструмента и шероховатость обработанной поверхности. Исследованию этого явления посвящено большое число работ, однако многие вопросы до сих пор являются спорными.
Принято считать, что нарост на передней поверхности инструмента образуется из заторможенного слоя срезаемого металла при определенном напряженном состоянии зоны резания, когда наблюдается разрушение металла в самой стружке, уже прошедшей деформацию в условной плоскости сдвига. В этом случае стружка перемещается не по передней поверхности инструмента, а по наросту, примерная схема образования которого показана на рис. 2.24.
Исследования шлифов «корней» стружек показали, что нарост нависает над задней поверхностью инструмента, имеет слоистое строение и закругленную вершину (рис. 2.25). При этом передний угол инструмента у увеличивается до фактического переднего угла Уф, т.е. Уф > у.
Рис.
2.25. Схема строения нароста
С помощью высокочастотной киносъемки было установлено, что нарост не является полностью стабильным слоем. Периодически его верхние слои обновляются и сам он полностью или частично разрушается. При этом частота возникновения и срывов нароста доходит до 3000...4000 циклов/мин. При резании вершина нароста опускается ниже линии среза и поэтому толщина срезаемого слоя больше номинальной толщины на некоторую величину Да (см. рис. 2.25).
При разрушении нароста часть его внедряется в обработанную поверхность, а часть уносится со стружкой (рис. 2.26). Силы сцепления нароста с передней поверхностью достаточно большие, и поэтому часто наблюдается разрушение твердосплавных инструментов, имеющих пониженное сопротивление разрыву. По этой причине твердые сплавы рекомендуется использовать только на тех режимах резания, когда нарост отсутствует.
Рис.
2.26. Схема разрушения нароста
Рис.
2.27. Схема влияния скорости резания v
на температуру резания 6, высоту нароста
Н и фактическое
значение переднего угла уф
На размеры нароста (высота Я, длина подошвы /, фактический передний угол уф) основное влияние оказывают механические свойства обрабатываемого материала, толщина а срезаемого слоя (подача 5), передний угол у и применяемая СОЖ (см. рис. 2.25).
Ряд таких материалов, как медь и ее сплавы, титановые сплавы, высоколегированные стали с большим содержанием хрома и никеля, закаленные стали и белый чугун практически не образуют нароста. У металлов, склонных к наростообразованию, размеры нароста тем больпю, чем пластичнее металл и меньше его прочность и твердость. Нарост появляется уже на малых скоростях резания при комнатной температуре и характеризуется в этом случае слабой устойчивостью. При повышении скорости резания v температура резания 0 растет (рис. 2.27) и при температуре резания 0 « 300 °С (в диапазоне скоростей резания Vi... V2) высота нароста Н достигает максимума. При дальнейшем повышении скорости резания в диапазоне V2... V3 нарост уменьшается из-за уменьшения его прочности и совсем исчезает при скорости резания V3, когда температура резания 0 «600 °С.
Влияние на наростообразование СОЖ из-за трудностей проникновения последней на площадку контакта при высоких удельных давлениях проявляется главным образом через изменение температуры резания. Поэтому при использовании СОЖ область наростообразования расширяется, смещаясь в сторону больших скоростей резания. При этом устойчивость и стабильность нароста на всех скоростях резания повышается, а коэффициент трения снижается. Это объясняется частичным попаданием СОЖ через микропоры, трещины, неровности, особенно с боковых сторон сходящей стружки.
Влияние переднего угла у и толщины среза а на высоту нароста н схематично показано на рис. 2.28. Из этого рисунка видно, что при изменении скорости резания v кривые Я = /(v) носят «горбообразный» характер с максимумом высоты нароста н при скорости резания v, когда температура 9 = 300°С. Если увеличивать передний угол до максимально возможной по условиям прочности режущего клина величины у = 40...45°, то нарост не образуется при любых скоростях резания. С дальнейшим ростом температуры резания 0 снижаются прочность нароста и силы его сцепления с передней поверхностью инструмента. При температуре резания б = 600 °С высота нароста Я уменьшается до 0.
Сказанное относится к случаям образования как сливной, так и суставчатой стружек. При образовании элементной стружки нарост появляется даже при резании чугунов, но, не успевая достичь развитой формы, разрушается. При резании некоторых металлов.
Рис.
2.28. Схемы влияния скорости резания v,
переднего угла
у
(а)
и толщины срезаемого слоя
а (б) на высоту нароста
Н
Рис.
2.29. Схема взаимосвязи скорости резания
v, температуры резания
0, фактического переднего
угла
уф, усадки стружки
К, силы резания R
и среднего коэффициента трения Цср
например алюминия, нарост не имеет необходимой твердости и поэтому превращается в налип на передней поверхности, который значительно увеличивает сопротивление сходящей стружки и тем самым оказывает негативное влияние на процесс резания.
Характер изменения нароста и коэффициента трения позволил следующим образом объяснить влияние скорости резания v на закономерности изменения основных характеристик процесса резания: усадки стружки к и силы резания r (рис. 2.29).
С ростом скорости резания в диапазоне V1...V2 температура резания 9 растет, что сопровождается увеличением высоты нароста н, а следовательно и фактического переднего угла уф. В диапазоне скоростей резания V2...V3 с ростом температуры резания нарост становится менее прочным и его высота уменьшается до полного исчезновения при температуре резания 6 = 600 °С.
Изменение фактического переднего угла уф с образованием нароста определяет характер изменения усадки стружки и соответственно степени ее деформации - кривая к\. Изменение усадки стружки для металлов, не образующих нарост, что определяет и характер изменения силы резания, показано на кривой Кг.
Резание в области отсутствия нароста, т.е. на скоростях V > V3, сопровождается уменьшением среднего коэффициента трения Цср из-за увеличения удельного нормального напряжения ом- В свою очередь это вызывает уменьшение угла действия со = г) - у и увеличение угла наклона условной плоскости сдвига Ф. В результате происходит снижение усадки стружки к и силы резания r.
В области наростообразования точно определить величину среднего коэффициента трения Цср очень сложно из-за нестабильности нароста и в связи с тем, что стружка сходит по поверхности нароста, а не по передней поверхности инструмента. Н.Н. Зорев [10] по «корням» стружек нашел среднее значение фактического переднего угла уф и рассчитал средний коэффициент трения с учетом этого угла исходя из схемы резания (см. рис. 2.15):
При
этом угол действия со Н.Н. Зорев
рассчитывал по формуле
предварительно измерив динамометром значения составляющих р\ и р2 силы резания (стружкообразования) r.
На рис. 2.29 схематично представлены рассчитанные значения среднего коэффициента трения Цср, которые на участке наростообразования показаны штриховой линией.
При резании металлов, не образующих нарост, усадка стружки к, средний коэффициент трения Цср и сила резания (стружкообразования) r с увеличением скорости резания монотонно снижаются (см. кривую К2 на рис. 2.29).