Наростообразование при резании
При определенных условиях на передней поверхности режущего инструмента образуется нарост: частицы металла привариваются к передней поверхности, наслаиваются друг на друга, образуя относительно неподвижное клинообразное тело.
Физическая сущность процесса наростообразования чрезвычайно сложна и до настоящего времени полностью не изучена. Как показывают исследования для образования нароста необходимы два основных условия:
Площадка контакта на передней поверхности должна быть полностью или хотя бы частично очищена от окисных и адсорбированных пленок, т.е. должна быть ювенильной (физически и химически чистой);
Температура и нормальные нагрузки на передней поверхности режущего инструмента должны быть такими, при которых в прирезцовых слоях стружки создается сложное напряженное состояние, соответствующее невыполнению условия пластичности.
При условиях, указанных выше, происходит адгезионное взаимодействие ювенильных поверхностей прирезцового слоя стружки и материала передней поверхности режущего инструмента. В результате сил адгезии происходит прочное соединение этого прирезцового слоя стружки к передней поверхности – образуется первый слой нароста. При перемещении стружки по этому слою происходит аналогичное адгезионное взаимодействие и образуется второй слой нароста и т.д. Это приводит к увеличению высоты нароста. Из-за высокой шероховатости отдельных слоев нароста облегчается доступ к ним кислорода воздуха. В результате этого слои нароста окисляются, что приводит к уменьшению трения, и каждый последующий слой нароста по длине становится короче предыдущего и нарост приобретает форму клина.
Нарост явление непостоянное, он постепенно увеличивается до определенной высоты для конкретных режимов резания и затем разрушается. Часть нароста уносится стружкой, а другая – уже обработанной поверхностью.
hн
Разрушение нароста происходит по следующим причинам:
С увеличением высоты уменьшается его прочность и он хуже сопротивляется нагрузке со стороны стружки;
При большой высоте из-за образования зазоров между наростом, стружкой и обрабатываемым материалом он перестает находится в условиях всестороннего сжатия.
Нарост имеет следующие зоны (рис.28):
1 – полностью неподвижная зона;
2 – зона, в которой скорость частиц металла изменяется от 0 до скорости
стружки.
Нарост характеризуется следующими параметрами: hн – высота нароста;
lн – длина подошвы нароста; γн (γф) – угол нароста (фактический передний угол).
Положительные свойства нароста: твердость нароста в 2-2.5 раза выше твердости основного материала, следовательно, нарост упрочняет режущий клин и осуществляет резание; нарост увеличивает передний угол инструмента (γф) и, тем самым, облегчает процесс резания; располагаясь на передней поверхности и нависая над задней, нарост защищает их от износа.
Отрицательные свойства нароста: т.к. нарост периодически образуется и разрушается (часть нароста уносится сходящей стружкой, а другая попадает на уже обработанную поверхность) ухудшается шероховатость обработанной поверхности, уменьшается точность обработки и образование и срыв нароста может привести к образованию вибраций.
Таким образом, при черновой обработке нарост явление положительное, при чистовой – он недопустим.
На процесс наростообразования оказывают влияние физико –механические свойства обрабатываемого материала, передний угол инструмента и скорость резания. Из всех обрабатываемых материалов можно выделить материалы склонные к наростообразованию и менее склонные. Чем пластичнее металл, тем он более склонен к наростообразованию. Чем больше коэффициент трения на передней поверхности (рис.29,а) и меньше передний угол (рис.29,б) тем высота нароста больше. Влияние скорости резания на высоту нароста носит неоднозначный характер (рис.29,в). На малых скоростях резания нароста нет. При повышении скорости от V1 до V2 высота нароста растет, достигая максимального значения при скорости V2, а затем начинает уменьшаться. При любой скорости, большей V3, нарост отсутствует.
При резании заготовок из среднеуглеродистых сталей максимальную высоту нарост имеет при V = 15 – 30 м/мин, а скорость V3 имеет величину свыше 80 м/мин. Экспериментально установлено, что нарост имеет максимальную высоту при таком значении скорости резания, прикотором температура равна примерно 300оС, и исчезает при скорости резания, при которой температура равна примерно 600оС.