Файл: Вульф А.М. Резание металлов.pdf

редним углом у и усадкой стружки £ (рис. 36, а). Он показывает, что относительный сдвиг не равен нулю при £ = 1, когда усадка стружки отсутствует. Более того, сдвиг может даже возрасти при так называемой отрицательной усадке, когда £ < 1. Одновременно можно заметить, что относительный сдвиг е, т. е. интенсивность деформации при любой усадке, имеет минимальное значение при

а)

,ль°

? 2

Б

-го -ю о ю го JO М SO

Передний угол ?

Рис. 36. Изменение величины е в зависимости от переднего угла у и усадки £

Физически относительный сдвиг е, т. е. деформацию тонкого элемента стружки можно считать как микродеформацию, проте­ кающую с очень большой скоростью [уравнение (40)], а усадку £ всей стружки как макродеформацию. Значения их, как указано было выше, определяются физическими и геометрическими пара­ метрами, определяющими величину угла Ф [см. уравнение (33)].

В действительности соответствующие связи усложняются в ре­ зультате действия контактных явлений на поверхностях режущих инструментов, представляющих значительный теоретический и прикладной интерес.

20.КОНТАКТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ПРОЦЕССЕ РЕЗАНИЯ

Большое практическое значение имеют процессы, происхо­ дящие на поверхностях контакта режущего инструмента со струж­ кой и обрабатываемой деталью. Они обусловливают стойкость инструмента и качество обработанной поверхности. Внешне

87

контакт двух тел представляет совокупность точек и площадок, передающих нагрузку, в результате которой возникает напря­ женно-деформированное состояние контактных поверхностей. Давление стружки на резец распределено неравномерно из-за шероховатости, высоких температур, различных адсорбирован­ ных и окисных пленок на поверхностях контакта (рис. 37).

Площадь фактического контакта зависит от кристаллической структуры сопрягаемых металлов. При одинаковых нормальных силах площадь контакта металлов с кубической гранецентрированной решеткой больше сравнительно с гексагональной, так как

Общая длина контакта стружки и резца С возрастает с увели­ чением пластичности металла, подачи и уменьшением скорости резания. Отношение длины пластического контакта С1 к общей его длине изменяется в широких пределах (0,3—0,8) в зависимо­ сти от физико-механических свойств обрабатываемого и инстру­ ментальных материалов и скорости резания. Это определяет ха­ рактер распределения контактных напряжений в связи с видом стружки. Чем больше последняя приближается к типу элемент­ ной, тем более возрастает концентрация напряжений ближе к ре­ жущей кромке, что заметно влияет на характер износа режущего инструмента.

Взаимодействие обрабатываемого и инструментального мате­ риалов связано с образованием на режущем клине нароста, зна­ чительно влияющего на стойкость инструмента и качество обра­ ботанной поверхности. В первый момент контакта большая сила трения покоя превышает силу внутреннего трения текущей

88

твердость обрабатываемого материала и к тому же неравномерную

вразных объемах.

Силы, удерживающие нарост па инструменте в процессе ре­ зания, значительно больше сил, действующих после работы, когда нарост удаляется легким нажимом. Можно предположить, что нарост в процессе резания под воздействием нормального давле­ ния удерживается:

1) бесконтактными силами адгезии, т. е. магнитными силами молекулярного сцепления, действующими на физической пло­

3) силами механического зацепления между микронеровно­

т. е. когда направление схода стружки будет совпадать с передней поверхностью резца. Нарост — нестабильное явление: он появ­ ляется и исчезает. Частота срывов нароста возрастает с увели­ чением скорости резания и подачи, поскольку при этом подни­ мается температура резания, уменьшается трение. По той же при­ чине уменьшается или совсем отсутствует нарост при применении СОЖ, улучшении чистоты поверхностей инструмента, при подо­

сохранялся в тех же условиях при наличии упрочняющей фаски вдоль режущей кромки под углом у ф = 10° (рис. 40). То же под­ тверждают исследования М. Ф. Полетика, когда при резании ста­

нарост не возникал.

При наличии упрочняющей фаски на резце его стойкость зна­ чительно повышается, так как устойчивый нарост защищает ре­ жущую кромку от износа; обладая большой твердостью, нарост выполняет работу резания. Эта работа облегчается тем обстоя­ тельством, что при наличии большого угла уи и, следовательно, малого Рн , а также сравнительно малого угла трения (особенно внутреннего) резко увеличивается сила Рн, отрывающая стружку

90

от обрабатываемой детали (см. п. 24). В результате образуется опережающая трещина, развивающаяся скачкообразно с тем большей скоростью, чем хрупче обрабатываемый материал (300— 1500 м/с); она опережает движение нароста, облегчает его работу и способствует устойчивости нароста. Происходящее при этом снижение температуры резания способствует также устойчи­ вости нароста.

Интенсивность указанных явлений зависит от физико-меха­ нических свойств обрабатываемого материала, его структуры, наличия в ней тех или иных дефектов. Например, при определен­ ных условиях облегчается обработка сталей, закаленных на наи­

щинами на границе сопряжения с другими фазами (с карбидами, аустенитом). Соответствующий эффект усиливается при сравни­ тельно высоких скоростях резания, когда может проявиться дина­ мичность процесса. В этом отношении большую прочность, сравни­ тельно с мартенситной структурой, показывают стали аустенитнокарбидной структуры, поскольку аустенит является лучшей основой, затрудняющей образование полостных дислокаций. Вот почему твердозакаленная на мартенсит сталь лучше обрабаты­ вается хрупким твердосплавным резцом при определенных гео^ метрии и режимах резания сравнительно с теми же незака­ ленными сталями.

При обработке пластичных сталей резцом с «отрицательной» упрочняющей фаской (уф = —30°) и большим положительным передним углом у при ширине фаски, равной подаче s, наблюдался устойчивый нарост с выходом боковой стружки из контактной части нароста — его основания. При этом уменьшились силы ре­ зания на 30—40.%, снижались вибрации, возрастала стойкость

91

инструмента и чистота обработанной поверхности. Здесь были созданы благоприятные условия для отрыва стружки.

Иногда защитную роль играют так называемые налипы, появ­ ление которых объясняют по-разному: на контактных поверх­ ностях раздавливаются частицы нароста на режущей кромке или отслаиваются тончайшие контактные слон стружки и др. Их свой­ ства и поведение зависят не только от состава обрабатываемой стали, но и от рода раскислителя, применявшегося при плавке стали (оксидных включений). Анализ налипов показывал наличие кальция, алюминия, кремния, сульфида марганца, иногда нитри­ дов [137]. Правда, о защитной роли налипов имеются противо­ речивые взгляды.

Если резание производится твердосплавным инструментом, необходимо считаться с возможностью реакции между твердым сплавом и обрабатываемым материалом. При диффузии в твердом сплаве образуются пустоты (пористость Киркендаля), которые заполняются окислами кальция, кремния и др. Оксиды занимают больший объем, чем вытесненные компоненты твердого сплава, вследствие чего возникают в инструменте напряженное состояние и трещины. Иногда налипы изменяют размеры инструмента (сверл, зенкеров, разверток и т. д.), в результате экранизации пленки ухудшают теплопроводные свойства инструмента, вызывая тем значительные затруднения в работе.

21.ПРОЦЕСС РЕЗАНИЯ И ЯВЛЕНИЯ НАКЛЕПА

Обрабатываемый материал, как известно, подвергается в про­ цессе резания деформации, сначала упругой, а затем пласти­ ческой. На рис. 41 показаны обнаруженные оптическим методом область упругих напряжений сжатия, радиально направленных впереди режущей кромки, и область упругих напряжений растя­ жения, а также радиально направленных позади режущей кромки.

поверхности; с увеличением угла у направление ее заметно изме­ няется. На рис. 41 показано, как резко сокращается зона растя­

кромкой определенного профиля, можно заметно увеличить зону сжимающих напряжений и тем повлиять на качество обработан­ ной поверхности.

При больших передних углах (у ^ 40°) напряжения в области растяжения так велики, что обрабатываемый материал стремится подняться упруго за резцом, а при малых углах у — упруго сжи­ мается. Таким образом, получается упругое взаимодействие обра­ ботанной поверхности и инструмента.

92