13. Зона упругого и пластического контакта

Экспериментальные данные показывают, что в пределах контакта ступицы с передней поверхностью в 1 сек. Возникает 10¹⁵ свободных связей (адгезионная) – молекулярное прилипание, хотя продолжительность их существования 10^-12 сек на передней поверхности успевает образоваться так называемый граничный слой. Этот чрезвычайно тонкий слой возникает благодаря мгновенному процессу схватывания двух разнородных материалов, сопровождающийся явлением адгезии и диффузии. В связи с тем, что поверхность инструмента и стружки не идеально гладкие они контактируют не по плоскости, а лишь в локальных точках (мостики схватывания). Именно в этих точках начинается образование граничного слоя. Граничный слой служит своего рода основой, влияющей на другие контактные процессы. Например, он может сохранять свою малую толщину или служить первоосновой для образования заторможенного слоя, а также наростов значительной высоты. В общем случае поверхность трения на передней поверхности шириной «с» состоит из двух участков.

I – участок пластического контакта. На нем расположен заторможенный слой, в пределах которого стружка движется не по передней поверхности инструмента, а по заторможенному слою и сопротивления, оказывающие движению стружки определенные сопротивления сдвига в контактном слое стружки. На этом участие внешнего трения скольжения отсутствует, а имеет место «внутреннее» трение между отдельными стружками;

II – участок упругого контакта. Здесь стружка непосредственно контактирует с передней поверхностью. Имеет место внешнее трение скольжения и сопротивление движению стружки определяется силой трения между стружкой и передней поверхностью. Ширина участка С₁ зависит от g , толщины срезаемого слоя и коэффициента усадки стружки (степени деформации). Чем выше K_L больше толщина «а» и меньше g , тем больше С₁. С₁/С для обычных конструкционных материалов не превышает 0,7.

Экспериментальные исследования показали, что нормальные контактные напряжения на передней поверхности распределены очень неравномерно. В точке отрыва стружки они равны 0, по мере продвижения к режущей кромки они начинают расти, рост их ускоряется и достигает своей максимальной величины вблизи режущей кромки. Касательные напряжения распределены более равномерно: в точке отрыва они равны 0; достигают своего максимума, а на участке пластического контакта остаются постоянными. Средний коэффициент трения при резании не по величине, не по физическому смыслу, не по закономерностям изменения не совпадает с коэффициентом внешнего трения и не является постоянным двух трущихся тел. Это связано с двоякой природой трения на передней поверхности. Его нельзя отождествлять ни с коэффициентом внутреннего трения при пластическом течении материала, ни с коэффициентом внешнего трения: F= m₀(N+N₀) N – нормальная сила N₀ – равнодействующая сил молекулярного притяжения между трущимися поверхностями. m₀ – «истинный» коэффициент трения, зависящий от молекулярно-атомной шероховатости поверхности; 14. Наростообразование Резанию большинства конструкционных материалов при определенных условиях сопутствует явление, называемое наростообразованием. Нарост не следует путать с налипами, которые возникают почти всегда. Налипы – это наслоения, вытянутые вдоль направления схода стружки, длиной до 10 мкм, высотой 5-3 мкм, шириной 5-10 мкм. Вблизи нароста налипы в 2…3 раза крупнее. Особенностью их является то, что их структура соответствует структуре обрабатываемого материала. Нарост – клиновидная более или менее неподвижная область заготовки, расположенная у лезвия инструмента перед его передней поверхностью. НВ нароста в 2,5…3 раза выше НВ материала, из которого он образуется. Понятие третье тело – частицы, образующиеся в зоне контактирования двух трущихся тел, отличающиеся от них составом и свойством.

Форму и размеры нароста характеризуют:

1. Высотой Н;

2. Шириной подошвы l;

3. Угол g_ф (фактический);

В наросте различают две зоны: 1. Зона, где есть движение материала. Изменяется от 0 до скорости движения стружки; 2. Зона, где материал полностью неподвижен. Образование нароста схематично можно представить так: на ювенильных (химически чистых) поверхностях стружки и инструмента при определенной температуре и давлении создаются условия для адгезионного схватывания. В результате сил адгезии происходит полное присоединение контактного слоя стружки к передней поверхности и образуется заторможенный слой. При скольжении по этому слою стружки происходит аналогичное схватывание и образование следующего слоя нароста, приводящее к увеличению его высоты. Каждый следующий слой короче предыдущего, так как улучшаются условия попадания воздуха в зону резания, что способствует образованию окисных пленок, уменьшающих трение между стружкой и поверхностью нароста. Отсюда его клиновидная форма. Высота нароста растет, пока его прочность становится недостаточной для восприятия нагрузки со стороны стружки и нарост разрушается. Обычно разрушается только его верхняя часть. Определенное время нарост выполняет функцию режущего клина. Он защищает лезвие от трения и высокой температуры, увеличивает g_СР , что облегчает процесс резания. В то же время нарост является нестабильным телом, постоянно и очень быстро изменяющего свои размеры, вершина нароста часто свешивается над задней поверхностью инструмента, следовательно, ухудшается чистота обработки поверхности, получаются нестабильные размеры, происходит колебание сил резания, что особенно вредно при чистовой обработке. Нарост настолько сильно соединен с поверхностью инструмента, что при его сколах может отколоться и материал инструмента. Все факторы уменьшения трения ведут к уменьшению нароста (применение СОЖ, большие углы l ,g). Прерывистое резание не дает образования больших наростов. Некоторые материалы вообще не дают нароста (Сu, латунь, олово, белый чугун, титановые сплавы). Чем меньше толщина срезаемого слоя, тем меньше нарост. Для материалов, склонных к образованию нароста, существует определенная зона скоростей резания, при которых нарост наиболее выражен. При малых скоростях малый разогрев и сцепление зоны не происходит. При увеличении скорости происходит разупрочнение и нарост пропадает. Материал инструмента в определенной степени также влияет на образование нароста. Например, твердые сплавы менее склонны к наростообразованию.