Файл: Вульф А.М. Резание металлов.pdf

Таблица 1

Предельные зарегистрированные скорости трещин [87]

Физики-исследователи считают, что стремительное движение трещин питается упругой -энергией среды и может возрасти до максимального потока в 2900—3000 м/с при импульсном режиме. Подобный режим создается при резании металлов, где перед кромкой режущего инструмента возникает концентрация дисло­ каций и в результате развивается опережающая трещина, быстро возрастающая под влиянием распирающих сил. Эффект значи­ тельно усиливается при оптимальной геометрии режущего клина и большой скорости его движения. И наоборот, под влиянием поперечной сжимающей нагрузки, действующей на пути движения трещины, развитие последней может приостановиться. Аналогич­ ные результаты получаются и при релаксации напряжений непо­ средственно в процессе деформации, т. е. рассеяния концентрации напряжений у фронта трещины.

В связи с указанным возникает вопрос о закономерности терминов вязкое и хрупкое разрушение. По-видимому, подобная альтернативная постановка уместна лишь в теоретическом плане. Практически трудно определить совокупность признаков, одноз­ начно определяющих вязкий или хрупкий характер разрушения и, следовательно, невозможно наметить жесткую границу между двумя процессами. Фактор хрупкости — трещина не является изолированной системой. Ее автокаталитический стремительный

18

рост определяется запасом упругой энергии объекта и нагружаю­ щего устройства, а также скоростью подвода этой энергии к тре­ щине. Все это с лихвой может перекрыть затраты на пластиче­ скую деформацию при зарождении трещины и тогда разрушение может быть охарактеризовано как сугубо хрупкое.

В более редких случаях, когда разрушение объекта происхо­ дит после сильной пластической деформации в результате исчер­ пания ресурсов пластичности, это разрушение можно условно считать вязким. Поэтому надо полагать, что в системах с малым запасом упругой энергии разрушение приближается к вязкому и, наоборот, — к хрупкому. Следовательно, термин х р у п к о с т ь м е т а л л о в имеет более технологический, чем физический смысл.

Многочисленные исследования [87 ] показывают, что микро­ трещины могут возникать на самых ранних стадиях пластической деформации, особенно в поликристаллических материалах, где возможны узколокальные силовые и температурные перегрузки, а также соответствующие градиенты. С этим, в частности, необ­ ходимо считаться при проектировании режущего инструмента, когда возникают сложные проблемы, связанные с сосуществова­ нием двух процессов — образования микротрещин и их развития. Необходимо при этом учитывать также устойчивость системы с боль­ шим количеством трещин, когда рост отдельных трещин проис­ ходит за счет объединения многих других. Атомный масштаб микротрещин значительно затрудняет и даже исключает прило­ жение обычной теории упругости. Эту область изучения считают, одной из основных проблем современной физики прочности, охватывающей ряд теоретических и прикладных наук и, в част­ ности, науку о резании, где процесс разрушения играет большую роль.

До настоящего времени не уделялось должного внимания весьма важным явлениям разрушения, сопровождающим процесс резания и характеризующимся образованием трещин, в частно­ сти опережающих трещин, значительно влияющих на нагрузку, стойкость инструмента и качество обработанной поверхности. Некоторые исследователи отрицают существование опережающих трещин, поскольку визуально они часто не наблюдаются. Послед­ нее можно объяснить тем, что при мгновенном прерывании процесса резания методом падающих резцов могло произойти «зале­ чивание» трещин упругим последействием на поверхностях реза­ ния, учитывая существующие напряжения сжатия в зоне реза­ ния. Правда, специальным подсвечиванием находят эти трещины там, где обычные визуальные методы их не обнаруживали [183].

Основным законом роста хрупкой трещины является так называемый закон нормальных напряжений, согласно которому

*пробегающая трещина направляется перпендикулярно к действую­ щему в ее вершине результирующему, максимальному растягиваю­ щему напряжению. При переменных в пространстве и времени

19

упругих напряжениях трещины меняют свое направление, ото­

При высоких скоростях распространения трещин это отобра­ жение обладает высокой разрешающей способностью, т. е. позво­ ляет изучать быстро изменяющиеся процессы (прохождение крат­ ковременных импульсов или ультразвуковых колебаний), и на­ оборот, если известны упругие волны, отклоняющие трещины, оставляя след на поверхности разрыва (модулирование этой поверхности).

Впроцессе резания в результате элементного характера

к направлению удара. При очень сильном ударе поверхность разрыва образует прямой угол с направлением удара.

Высказанные здесь соображения помогут физически объяс­ нить ряд еще непонятных технологических явлений и тем способ­ ствовать повышению производительности и качества процесса резания.

мере определяет деформацию снимаемого слоя и, следовательно, нагрузку на инструмент, его стойкость и качество обработанной поверхности.

Естественно ожидать, что интенсивность износа резца в про­

ционально квадрату коэффициента трения, однако известны

явления, когда при малом коэффициенте трения (у металлов с гек­ сагональной кристаллической решеткой) происходил значитель­

определяемое совокупностью разнообразных механических и фи­ зико-химических процессов. Эти процессы могут протекать раз-

20

личным образом в зависимости от рода трущихся пар, окружающей среды, температуры и многих других параметров.

«Законы трения при резании еще более усложняются, поскольку контактные процессы протекают при изменяющихся в большом диапазоне нагрузках, скоростях, пластических деформациях и других явлениях кинематического и динамического порядка. Это способствует тому, что поверхностное скольжение соп­ ровождается внутренним плас­ тическим течением и, следова­ тельно, при резании возможно большое сопротивление движе­ нию стружки и поверхности резания по инструменту, т. е.

очень высокие коэффициенты внешнего трения.

больших скоростях резания, когда между стружкой и перед­ ней гранью инструмента образуется тончайшая прослойка рас­ плавленного металла, закономерности трения значительно услож­ няются. Считают, что при толщине жидкостной прослойки не менее 0,1 мкм получается жидкостное трение, подчиняющееся закону Ньютона: сила трения пропорциональна градиенту ско­

природы жидкой среды и температуры (коэффициент внутреннего трения или вязкости среды).

21