Усадка стружки

Усадка стружки характеризуется степенью пластической деформации металла при резании.

В связи с тем, что при механической обработке весь срезаемый слой припуска подвергается пластической деформации, форма и размеры срезаемого слоя изменяются. Ширина среза остается неизменной, а толщина стружки увеличивается по сравнению с толщиной среза. Поскольку объем стружки равен объему срезанного слоя, ширина стружки равна ширине среза, а толщина стружки больше толщины среза, естественно, должно произойти уменьшение длины стружки по сравнению с длиной срезанного слоя. Это явление уменьшения длины стружки по сравнению с длиной поверхности, по которой она срезана, называется усадкой.

Количественно усадка оценивается коэффициентом усадки стружки, который отражает величину пластической деформации, имевшей место при резании. Поэтому при исследовании влияния какого-либо фактора на процесс резания часто прибегают к оценке этого влияния по изменению величины коэффициента усадки стружки.

Рисунок 26

Рисунок 27 Рисунок 28

Рисунок 27 показывает заготовку с припуском. На рисунке 28 изображена стружка получившаяся при снятии этого припуска.

Явление усадки стружки поясняется схемой на рис. 26. На схеме показано уменьшение длинны стружки по сравнению с длинной среза  . Ширина стружки не изменяется, лишь на прирезцовой ее стороне имеет место уширение тонкого прирезцового слоя. Этим уширением можно пренебречь, поскольку оно не распространяется на всю толщину стружки. Уменьшение длины стружки называется продольной усадкой, увеличение толщины стружки – поперечной усадкой. Соответственно и коэффициенты усадки называются коэффициентами продольной и поперечной усадки стружки. Количественно эти коэффициенты равны между собой.

Поскольку объем стружки равен объему срезаемого слоя, можно записать, что:

, причем

поэтому:

но   есть коэффициент продольной усадки  , а

  — коэффициент поперечной усадки  .

Следовательно:

Величина коэффициента усадки стружки зависит от свойств обрабатываемого материала, геометрии режущего лезвия инструмента, свойств внешней среды, в которой осуществляется резание, и других факторов. Из элементов режима резания менее всего на усадку, величину коэффициента усадки, влияет глубина резания, сильнее – подача и наиболее сильно скорость резания: с увеличением скорости усадка уменьшается. При резании углеродистых сталей коэффициент усадки стружки находится в пределах 2 – 3. При резании трудно обрабатываемых материалов, таких как жаропрочные и титановые сплавы, коррозионостойкие стали и другие, иногда наблюдается «отрицательная» усадка, при которой толщина стружки меньше толщины срезаемого слоя. 

На рисунке 29 представлен график изменения коэффициента усадки стружки от скорости резания.

Рисунок 29

Явление наростообразования

Процесс деформирования металла при резании происходит при воздействии высоких температур и контактных давлений (напряжений). При некоторых условиях обработки вблизи режущей кромки образуется достаточно устойчивая клинообразная зона застойного материала — нарост.

Наростообразование характерно для вязких материалов в случае обработки их с малыми скоростями и малыми подачами. Его величина характеризуется высотой. С ростом переднего угла наростообразование резко уменьшается. Твердость нароста в 2-4 раза выше твердости обрабатываемого материала, поэтому нарост участвует в резании. По мере увеличения высоты нароста динамическое равновесие нарушается и часть нароста уноситься со стружкой, а другая остается на обрабатываемом материале.

На рисунке 30 изображена зависимость высоты нароста от скорости резания. На рисунке 31 зависимость высоты нароста от главного угла в плане φ. Наличие (отсутствие) нароста в зависимости от подачи и скорости резания изображено на рисунке 32.

Рисунок 30 Рисунок 31 Рисунок 32

Рис. 33. Образование и срыв нароста.

Большое давление резания способствует упрочнению металла нароста. С течением времени нарост увеличивается (за счет наращивания новых слоев металла), причем образуется часть нароста, свешивающаяся над задней поверхностью резца (рис. 33,б). В некоторый момент эта часть нароста отрывается от основной массы и, попадая между задней поверхностью резца и обратной поверхностью (рис.33, в), вдавливается в последнюю (рис.33, г). Частицы нароста, оставшиеся на передней поверхности резца, также отрываются от него и уносятся со стружкой (рис.33, д). Такие срывы нароста происходят быстро один за другим (70-80 срывов в секунду), что объясняется, по-видимому, вибрация, возникающими в процессе резания. При низких скоростях (3-5 м/мин) нарост не образуется. При более высоких скоростях резания (60-80 м/мин) стали средней твердости происходит более или менее заметное образование нароста. При скорости свыше 60-80 м/мин. нарост наблюдается реже, а при еще более высоких скоростях он совсем не образуется.

Нарост обладает повышенной твердостью и поэтому может внедряться в обрабатываемый материал, защищая режущую кромку от непосредственного воздействия стружки. В этом случае соприкосновение стружки с резцом происходит на площадке передней поверхности, удаленной от режущей кромки. Это улучшает условия работы резца при обдирочной работе. При чистовых работах нарост вреден. Сорвавшиеся и вдавленные в обработанную поверхность частицы нароста образуют неровности, недопустимые при чистовой обработке деталей. При резании чугуна и других хрупких металлов нарост не образуется.

Положительные особенности нароста:

Нарост берет на себя часть работы по срезанию металла;

Защищает переднюю поверхность и режущую кромку от износа;

Улучшает условия по отводу стружки, так как увеличивает передний угол;

Снижает перепад температур на режущей кромке.

Отрицательные особенности нароста:

Снижает точность обработки на величину Δ;

Снижает качество поверхности;

Вероятностный характер процесса наростообразования не позволяет управлять этим процессом.

Вывод: нарост допустим и полезен при черновой обработке, и совершенно не желателен при чистовой обработке.