Физические явления при резании

Резание металлов представляет собой сложный процесс, сопровождающийся многими внутренними и внешними явлениями. При этом имеют место три стадии деформации срезаемого слоя: упругая, пластическая, и разрушения.

Характер и величина деформации зависят от физико-химических свойств обрабатываемого материала, режимов резания, геометрии инструмента, применяемых смазочно-охлаждающих жидкостей. Металлические материалы, являясь поликристаллическими телами с зернистой структурой, имея различные кристаллические решетки, по-разному пластически деформируются под действием инструмента; по-разному происходят превращения в срезаемом слое (стружке) и под обработанной поверхностью, При резании металлов и их сплавов отдельные кристаллы деформируются, а затем разрушаются по кристаллографическим плоскостям

Процесс резания металла можно представить следующей схемой.

В начальный момент, когда движущийся резец под действием силы Р (рис. 7) вдавливается в металл, в срезаемом слое возникают упругие деформации Увеличение же деформирующей силы приведет к внутрикристаллической деформации в зернах, плоскости скольжения в которых расположены менее благоприятно.

Дальнейшее повышение нагрузки вызовет разрушение зерен, а также перемещение и поворот их относительно друг друга. Происходит изменение структуры и физико-механических свойств тела - образование текстуры, возникновение внутренних напряжений, повышение твердости, понижение пластичности, уменьшение теплопроводности.

В плоскости, совпадающей с траекторией движения вершины резца, возникает касательные и нормальные напряжения.

τmax в точке А, по удалению падают.

σ_y в начале действуют как растягивающие (+σ), что при определенных условиях может вызвать «раскалывание» металла - опережающую трещину в направлении внешней силы.

От в точке А, затем уменьшаются, переходят через 0, превращаются в напряжения сжатия (-σ).

Возрастание пластической деформации приводит к сдвиговым деформациям. Различные физические явления, сопутствующие деформациям срезаемого слоя, находятся в следующей зависимости:

Характер получающихся стружек, их усадка, завивание, упрочнение.

Выделение тепла, действующего на инструмент, срезаемый слой на обрабатываемую поверхность и прилегающий к ней верхний слой материала изделия.

Образование нароста.

Упрочнение поверхностного слоя, возникновение остаточных напряжений, явление отдыха (разупрочнение и рекристаллизация).

Трение стружки о переднюю поверхность инструмента и трение задней поверхности инструмента о поверхность резания.

Возникновение вибраций.

Наибольшие пластические деформации возникают в зоне стружкообрвзования АВС (рис 7) Зона деформирования ограничивается линией АВ, вдоль которой происходят первые сдвиговые деформации, и линией АС, вдоль которой происходят последние сдвиговые деформации.

В момент, когда пластические деформации достигнут наибольшей величины, а напряжения превысят силы внутреннего сцепления зерен металла, зерна смещаются относительно друг друга и скалывается элементарный объем/Рис8 Далее процесс деформирования повторяется и образуется стружка.

При больших скоростях резания считают, что сдвиги идут не по АВ и АС, а по 00 -плоскость сдвига.

Установлено русским К А Тиме, К. А Зворыкиным.

θ-угол сдвига.

Срезаемый слой, превратившись в стружку, подвергается дополнительной деформации вследствие трения стружки о переднюю поверхность инструмента. Зерна вытягиваются по плоскости О₁О, которая составляет с плоскостью сдвига ОО угол β.

Таким образом, резание это процесс последовательного деформирования срезаемого слоя металла; упругого, пластического, разрушения - зависит от свойств материала. У хрупких металлов пластические деформации практически отсутствуют.

Для сталей средней твердости θ-30°, β зависит от свойств обрабатываемого материала и угла резания