5.5. Показатели деформации срезаемого слоя

5.5.1. Усадка

Срезаемый слой переходит в стружку в результате пластической деформации, которая при достижении предельной величины приводит к образованию суставчатой или элементной стружки. Для теории и практики имеет значение количественная характеристика только пластической деформации, так как упругая деформация, возникающая при образовании стружки, незначительна, а деформация разрушения не имеет количественной оценки. Обработку резанием желательно производить при меньшей деформации срезаемого слоя. Уменьшение деформации означает и снижение сил резания, затрат энергии и обуславливает ряд других положительных результатов. Поэтому знание количественных характеристик деформации и их зависимости от факторов процесса резания позволяет управлять величиной деформации в желаемом направлении. Кроме этого, показатели деформации срезаемого слоя относятся к элементам, составляющим фундамент теории резания металлов. Ни одна количественная характеристика процесса резания не может быть определена без показателей деформации срезаемого слоя.

Наиболее простым по определению показателем деформации срезаемого слоя является усадка стружки, характеризующаяся в общем случае тремя коэффициентами усадки: по длине , по ширине К_b = b₁/b и толщине К_а = а₁/а. Здесь , b₁ и а₁ соответственно длина, ширина и толщина стружки, , b и а – те же размеры, относящиеся к срезаемому слою, из которого получена стружка.

называется коэффициентом укорочения, К_b – коэффициентом уширения, К_а – коэффициент утолщения.

Рис.5.13. Размеры суставчатой стружки

Из рис.5.13 имеем

. (5.2)

Из этого выражения имеем формулу, которая применяется на практике для расчета угла сдвига:

. (5.3)

Между коэффициентами усадки существует определенная количественная зависимость, вытекающая из закона постоянства объема: объем тела в процессе пластической деформации не изменяется, т.е. объем стружки равен объему срезаемого слоя, из которого она получена. Этот закон не является абсолютно точным: экспериментально доказано, что объем тела после пластической деформации превышает объем его до деформации не более чем на 2%. Для данной задачи такой погрешностью закона постоянства объема можно пренебречь.

Из рис.5.13 объем стружки определяется таким образом:

,

где N - количество элементов в стружке.

Объем срезаемого слоя, из которого получена стружка – W = ab . Приравняв правые части и учтя, что mN = , получим

Для сливных стружек а₁ = а₂; ; , для элементных а₂= 0

.

Коэффициенты усадки изменяются в следующих пределах:

= 0,5…6, К_а = 1…6, К_b = 1…1,3.

Усадка, когда < 1, условно называется "отрицательной". Она затрудняет обработку резанием по следующим причинам.

Во-первых, при < 1 скорость скольжения стружки по передней поверхности V₁ = V/ сравнительно большая, что способствует нагреву и износу инструмента по передней поверхности. Во-вторых, при этом образуется стружка большой длины, плохо размещающаяся в канавках многозубых инструментов: сверл, фрез, зенкеров и т.п. Это затрудняет удаление стружки из зоны резания и инструмента, а также подвод смазывающе-охлаждающей жидкости в зону резания.

Факт "отрицательной" усадки, а также имеющиеся на практике случаи, когда К_а= 1, К_b = 1, свидетельствуют о том, что усадка не всегда является количественной характеристикой деформации срезаемого слоя. Потому необходимо пользоваться более точным и универсальным показателем. Таким показателем является относительный сдвиг.