Стружкообразование

Образование стружки возможно лишь в том случае, если на режущий инструмент будет воздействовать сила, способная создать в срезаемом слое напряжения, превышающие прочность обрабатываемого материала. Строение стружки, форма, степень ее деформации и твердость свидетельствуют о напряжениях, которые претерпел срезаемый слой. Изучение процесса стружкообразования имеет большое значение, так как от него зависит величина затрачиваемой на резание работы, износ режущего инструмента и качество обработанной поверхности.

Установлено, что срезаемый слой под действием режущего инструмента до превращения в стружку подвергается деформации на определенном участке. Следовательно, между стружкой и обрабатываемым материалом существует зона стружкообразования. В ней расположены поверхности скольжения, обозначенные на рисунке пунктирными линиями ОА, ОВ, ОС, OD, ОЕ, вдоль которых действуют максимальные касательные напряжения и происходят пластические сдвиги обрабатываемого материала.

Зона стружкообразования ограничивается линией ОА, вдоль которой происходят первые сдвиговые пластические деформации, линией сдвига ОЕ, вдоль которой происходят последние сдвиговые деформации, и линией АЕ, соединяющей зону недеформированного материала со стружкой. В процессе резания зона стружкообразования АОЕ перемещается вместе с резцом.

Срезаемый слой, деформированный в зоне стружкообразования, превратившись в стружку, подвергается дополнительной деформации в следствие трения о переднюю поверхность инструмента. При этом нижние слои стружки (зона I) дополнительно деформируются сильнее, чем верхние, так как нижние больше деформированы, чем верхние. Пластическая деформация имеет затухающий характер, в результате чего слои металла, лежащие ниже линии среза ON, также будут пластически деформированы (рис. 26, зона II).

Ширина зоны стружкообразования зависит от свойствобрабатываемого материала и условий резания. Наибольшее влияние на ширину зоны стружкообразования оказывает скорость резания. С ее увеличением зона стружкообразования сужается. Это объясняется тем, что с возрастанием скорости резания частицы обрабатываемого материала проходят за меньший промежуток времени через поле напряжений.

В целях упрощения приближенно можно считать, что пластические сдвиги происходят по условной плоскости сдвига OF, которая проходит через лезвие, линию пересечения наружных поверхностей срезаемого слоя и стружки и наклонена к пути движения резца под углом сдвига θ (рис. 26, б). В зависимости от свойств обрабатываемого материала, геометрии режущего инструмента и режимов резания образующаяся стружка может отличаться по форме, виду и строению. Различают следующие основные типы стружек: скалывания, сливную и надлома (рис. 27).

Стружка скалывания (рис. 27, а) образуется при обработке пластичных металлов с небольшой скоростью резания, когда удаляется слой значительной толщины инструментом с относительно большим углом резания. Эта стружка состоит из отдельных, сильно деформированных элементов правильной геометрической формы. Стружка со стороны, обращенной к резцу, имеет гладкую поверхность, а с противоположной – ступенчатую.

При образовании стружки скалывания возникает значительная пластическая деформация, вследствие чего материал срезаемого слоя теряет свою пластичность и настолько упрочняется, что происходит сдвиг элемента стружки по плоскости сдвига OF (плоскость скалывания). Твердость стальной стружки скалывания бывает больше исходной твердости обрабатываемого материала в 2–3 раза.

Сливная стружка также образуется при обработке пластичных материалов, но при большой скорости резания и сравнительно малой толщине среза (рис. 27, б). Эта стружка представляет собой ленту, одна сторона которой имеет гладкую поверхность, а вторая – пилообразную форму. В сливной стружке незаметна плоскость сдвига.

Это указывает на то, что ее образование происходило при меньшей пластической деформации, чем при образовании стружки скалывания, т. е. процесс резания протекал в более легких условиях. Таким образом, тип получаемой стружки при обработке пластичных металлов может служить оценкой запроектированных условий резания. При образовании сливной стружки удельная сила резания меньше и обработанная поверхность чище, чем при образовании стружки скалывания.

При обработке хрупких металлов образуется стружка надлома (рис. 27, в). Резец, внедрившись в обрабатываемый материал, не сдвигает элемент стружки, а вырывает его, т. к. сопротивление отрыву в удаляемом слое наступает раньше, чем сопротивление сдвигу. Обработанная поверхность при образовании стружки надлома имеет шероховатый вид, что связано с общим разрушением поверхностного слоя металла. Стружки скалывания и сливная находятся в контакте с передней поверхностью инструмента на длине l (рис. 27, а, б). За пределами контакта стружка отходит от передней поверхности и завивается в спираль. Это объясняется тем, что происходит утолщение элемента стружки со стороны передней поверхности, в результате чего она получает трапецеидальную форму (рис. 27, а).

С увеличением скорости резания при прочих равных условиях степень пластической деформации стружки уменьшается. Чем больше угол резания и меньше толщина среза, тем больше деформация стружки и меньше радиус ее витка. По мере износа инструмента на его передней поверхности вырабатывается углубление (лунка), кривизна которой влияет на кривизну стружки. Явление завивания стружки необходимо учитывать при конструировании инструмента. Форма его передней поверхности должна обеспечить наиболее удобный сход стружки и ее транспортировку в дальнейшем.