Физические явления при резании металлов

Резание металлов является сложным процессом, который сопровождается рядом физических, а в некоторых случаях и химических явлений. Металлы и их сплавы состоят из поликристаллов, которые представляют собой совокупность кристаллитов (кристаллов, имеющих неправильную геометрическую форму). В свою очередь кристаллиты состоят из отдельных атомных ячеек. Расстояние между атомами в разных плоскостях различно, поэтому кристалл анизотропен.

Чем предел текучести σт ниже предела прочности σв, тем большей будет пластическая деформация. Таким образом, при резании пластичных металлов преобладают пластические деформации, а при резании хрупких – упругие. При пластическом деформировании изменяется форма, размер кристаллита и межатомные расстояния, нарушается равновесие атомных сил. Все это приводит к напряженному состоянию материала и к изменению его свойств: увеличению твердости и уменьшению вязкости, в результате чего металл становится более хрупким (явление наклепа).

Процесс пластической деформации сопровождается тепловыделением. Большая часть механической энергии, затрачиваемой на деформацию материала, превращается в тепло, и лишь незначительная ее часть переходит в потенциальную энергию искаженной кристаллической решетки. Вследствие образования тепла при пластическом деформировании наступает отдых (частичное восстановление механических свойств благодаря устранениям искажений решетки) или рекристаллизация (процесс восстановления структуры). Отдых и рекристаллизация появляются при определенной для каждого металла температуре, в зависимости от температуры плавления.

Если при пластической деформации температура выше температуры рекристаллизации, наклепа не будет. Таким образом, пластическая деформация может сопровождаться конкурирующими процессами: наклепом (упрочнением) и отдыхом или рекристаллизацией (разупрочнением). В процессе резания возникает трение между стружкой и передней поверхностью инструмента, задней его поверхностью и обрабатываемой деталью. Это оказывает отрицательное влияние на износ инструмента. От трения в значительной мере зависит величина сил резания. Оно является одной из причин образования нароста. При трении может произойти адгезия, проявляющаяся в слипании стружки с передней поверхностью инструмента.

При сравнительно высоких температурах может возникать диффузионный процесс, при котором происходит взаимное растворение обрабатываемого и инструментального материалов. В результате диффузии изменяется химический состав и структура поверхностных слоев контактирующих материалов. При определенных условиях в процессе резания появляются вибрации. Все эти физические и химические явления играют значительную роль в процессе резания. Мера их отрицательного влияния может быть снижена за счет правильного выбора свойств инструментального материала, параметров режима резания, геометрических параметров инструмента, состава смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) и др.