Кінематичні і геометричні параметри процесу різання (стр. 2 из 6)

При різанні полікристалічних матеріалів одночасно з внутрішньою деформацією проходить міжкристалічна деформація (відносне зміщення (проковзування) і повертання зерен…).При підвищенні температури міжкристалічні зв’язки послаблюються і руйнування матеріалу буде проходити не тільки в нутрі зерен, але і по їх границях.

Вивчення механічних деформації показує, що для реальних полікристалічних матеріалів дуже трудно створити прості формули “напруження – деформація – температура”. Тому при вивченні процесу різання матеріал заготовки розглядають як ізотропне тіло з середніми фізико-механічними властивостями.

5Процеси деформації і руйнування матеріалів при різанні

Першу спробу дати опис процесу відділення зруйнованого шару (стружки) від заготовки зробив І.А.Тіме в своїй праці “Опір металів і дерева різанню” (1870р.) Запропонована ним елементарна схема стружкоутворення ґрунтувалась на простому спостереженні за процесом різання. І.А. Тіме вважав, що різання –це процес послідовного сколювання окремих елементів стружки по єдиній “площинці сколювання”, нахиленій до площини різання під кутом

1 (рис.7).

Різальний інструмент, переміщаючись під дією сил різання, деформує (стискає) матеріал, що лежить на його шляху. В момент найбільших напружень, допустимих для даного матеріалу, він сколюється по площині

- , утворюючи елемент стружки. Цю площину називають площиною сколювання, або зсуву. В процесі утворення елемента стружки сили різання зростає, а в момент сколювання зменшується, що призводить до коливання сили, що діє на інструмент з боку заготовки, отже процес різання періодичний.Кут дії = + =180- 1 коливається в границях 1450-1500. З збільшенням кута різання кут зростає, але не у великих границях.

Рис. 7

Металографічними дослідженнями встановлено, що шар металу, який знімається в процесі обробки, до перетворення в стружку піддається деформації на певній дільниці (зоні). Ширина цієї зони стружкоутворення залежить від властивостей оброблюваного матеріалу і режимів обробки. Найбільший вплив на ширину зони стружкоутворення має швидкість різання. З збільшенням швидкості різання вона може звузитись до десятих і навіть сотих долів мм. Тому з деяким спрощенням можна вважати, що зсув іде по площині ковзання, яка розміщена під кутом зсуву

1.

При врізанні реального різця, який завжди має деякий радіус заокруглення, R заготовку навколо різця виникає область деформованого матеріалу. Розміри цієї області, характеристика процесу стружкоутворення і стан поверхневого шару деталі залежать від властивостей оброблюваного матеріалу і умов різання. При обтіканні леза частина деформованого матеріалу переміщається по передній поверхні різця і перетворюється в стружку, а друга частина, що знаходиться нижче лінії зрізу, рухається по задній поверхні різця і утворює поверхневий шар деталі. Умовно весь об’єм пластично деформованого матеріалу можна розділити на 4 зони (рис.8)

1 зона – найбільш віддалена від різальної частини інструменту. Це зона пружних і малих пластичних деформацій. Тут зерна злегка витягуються і повертаються. Виникає складний напружений стан, напруження можуть досягнути границі текучості.

2 зона –найбільш інтенсивна деформація. Зерна металу тут при переміщенні максимально видовжуються, стискаються і повертаються. В контактній області матеріла з інструментом проходить додаткова деформація матеріалу через його гальмування тертям по передній і задній поверхнях інструменту.

Рис. 8

В цьому випадку, коли контактні температури доходять до величин близьких до температури плавлення, на контактних поверхнях металу утворюється тонкий сильно деформований і оплавлений шар. Тут виникають значні пластичні деформації (200-300% і більше).

Біля різальної кромки матеріал сильно зміцнюється, щільність дислокацій доходить до 1012 на см2, виникає сітка мікро тріщин, які розділяючись і зливаючись утворюють мікро тріщини критичних розмірів. Проходить розрив витягнутих волокон біля вершини ріжучого клина і товщина мікро тріщини становить ся спів мірною з товщиною зрізуваного шару. Дальший розвиток тріщини проходить по нестабільній траєкторії, напрям якої визначається властивостями оброблюваного матеріалу, величиною зерна, станом границь зерен і умовами різання. В тому випадку, коли при різанні пластичних матеріалів тріщина виходить на зовнішню поверхню другої зони, проходить розділення матеріалу.

При різанні твердих матеріалів має місце крихке руйнування і тріщина, розповсюджуючись з великою швидкістю (близькою до швидкості звуку), повністю відділяє готовий елемент стружки від основного матеріалу. Розповсюдження тріщин нижче лінії зрізу призводить (навіть при утворенні зливних стружок) до появи на оброблюваній поверхні виривів, виступів, зазубрин.

3 зона – це деформований матеріал, що утворив стружку. Приріст деформації тут не проходить, швидкість деформації рівна нулю, величини деформацій досягають максимальних значень.

4 зона – поверхневий шар обробленої заготовки. Напружено деформований стан в поверхневому шарі виникає через перетікання деформованого матеріалу з першої зони до додаткового зминання матеріалу округленою різальною кромкою і деформацією його задньою поверхнею інструмента. Після проходу інструмента, коли матеріал перестає контактувати з задньою поверхнею, матеріал заготовки пружно відновлюється (пружна післядія), особливо при різанні пружних полімерних і неметалічних матеріалів. Цей шар має специфічні фізико-механічні властивості і шорсткість.

Від деформацій, які протікають в зоні різання і фізико-механічних властивостей оброблюваного матеріалу залежить, в основному, вид стружки, яка утворюється в процесі різання матеріалу. Розрізняють такі види стружки: зливна, сколювання і надлому (рис.9). В деякій літературі розрізняють зливну стружку, стружку сколювання (суставчасту), елементну і надлому .

Рис.9. Видит стружки: а- зливна, б-сколювання, в- надлому

Зливна стружка утворюється при обробці пластичних матеріалів (конструктивної сталі, дюралюміну…) з великою швидкістю різання, коли знімається шар незначної товщини інструментом з відносно великим переднім. На ній не помітні площини зсуву.

Стружка сколювання складається з пластично деформованих і взаємно зсунутих елементів, які досить міцно з’єднані на площинах зсуву (сколювання). Утворюється стружка сколювання при обробці сталей з пониженою пластичністю при значних товщинах зрізуваного шару і відносно невеликих швидкостях різання і передніх кутах. В тому випадку, коли при різанні пластичних матеріалів виникає інтенсивне тріщиноутворення, проходить повний поділ стружки на слабозвязані елементи, утворюється елементна стружка.

При обробці крихких матеріалів (чавун, бронза, вольфрам, керамічні матеріали…) проходить крихке руйнування і тріщина, розповсюджуючись з швидкістю близькою до швидкості звуку, відділяє елемент стружки від основного матеріалу. Так як пластична деформація майже не проходить, то елементи стружки, що утворюються не мають правильної форми. Оброблена поверхня деталі шорстка з зазубринами і виривами. Таку стружку називають стружкою надлому.

6Наріст і його вплив на процес різання

Фізичні і хімічні процеси на поверхнях контактуючих тіл дуже різноманітні і складні. Особливо складні процеси при різанні матеріалів, тут проходить деформація і руйнування поверхневих шарів ріжучого клина, на передній поверхні утворюються наліпи, нарости, які значно впливають на процес стружкоутворення, погіршують якість обробленої поверхні. В контактній області виникає цілий ряд явищ, таких як адсорбція, адгезія, дифузія, ерозія, окислення, охрупчення… Ці явища значно впливають на процес деформування і руйнування оброблюваного матеріалу, вібрації, виділення і розповсюдження теплоти в зоні різання, структурні і фазові перетворення в поверхневих шарах деталі.

Найбільш складним є процес тертя. Розрізняють тертя зовнішнє і внутрішнє. У випадку внутрішнього тертя, що виникає при деформуванні матеріалу, розміщеного навколо ріжучого леза і пружної післядії в поверхневих шарах заготовки, проходить передача кількості руху від шару до шару і перетворення механічної енергії в теплову у всьому об’ємі. При цьому поверхні дотикання неперервні і їх розміри не залежать від навантаження.