38.Физическая сущность процесса резания

Резание металлов – сложный процесс взаимодействия режущего инструмента и заготовки, сопровождающийся рядом физических явлений, например, деформированием срезаемого слоя металла. Упрощенно процесс резания можно представить следующей схемой. В начальный момент процесса резания, когда движущийся резец под действием силы Р (рис 1.6) вдавливается в металл, в срезаемом слое возникают упругие деформации.

При движении резца упругие деформации, накапливаясь по абсолютной величине, переходят в пластические. В прирезцовом срезаемом слое материала заготовки возникает сложное упруго напряженное состояние. В плоскости, перпендикулярной к траектории движения резца, возникают нормальные напряжения (σу), а в плоскости, совпадающей с траекторией движения резца, – касательные напряжения (τx).

В точке приложения действующей силы значение τx наибольшее. По мере удаления от точки А τx уменьшается. Нормальные напряжения вначале действуют как растягивающие, а затем быстро уменьшаются и, переходя через нуль, превращаются в напряжения сжатия. Срезаемый слой металла находится под действием давления резца, касательных и нормальных напряжений.

Сложное упругонапряжённое состояние металла приводит к пластической деформации, а рост её – к сдвиговым деформациям, т.е. к смещению частей кристаллов относительно друг друга. Сдвиговые деформации происходят в зоне стружкообразования АВС (рис. 1.6), причём деформации начинаются по плоскости АВ и заканчиваются по плоскости АС, в которой завершается разрушение кристаллов, т.е. скалывается элементарный объём металла и образуется стружка. Далее процесс повторяется и образуется следующий элемент стружки.

Условно считают, что сдвиговые деформации происходят по плоскости ОО, которую называют плоскостью сдвига. Она располагается примерно под углом q = 30º к направлению движения резца. Угол q называют углом сдвига.

Наличие поверхности сдвига в процессе стружкообразования и положение её в пространстве были установлены русскими учёными И.А. Тиме и К.А. Зворыкиным.

Срезаемый слой металла дополнительно деформируется вследствие трения стружки о переднюю поверхность инструмента. Структуры металла зоны АВС и стружки резко отличаются от структуры основного металла. В зоне АВС расположены деформированные и разрушенные кристаллы, сильно измельчённые и вытянутые в це

почки в одном, вполне определённом направлении, совпадающем с направлением плоскости О1О1, которая с плоскостью сдвига составляет угол b (рис 1.7).

Характер деформирования срезаемого слоя зависит от физико-механических свойств материала обрабатываемой заготовки, геометрии инструмента, режима резания и условий обработки. В процессе резания заготовок из пластичных металлов и сталей средней твердости превалирует пластическая деформация. У хрупких металлов пластическая деформация практически отсутствует. Поэтому при резании деталей из хрупких металлов угол β близок к нулю, a при резании деталей из пластичных металлов β доходит до 30°, что свидетельствует о сложном внутреннем процессе деформирования кристаллов и формировании новой структуры. Знание законов пластического деформирования и явлений, сопровождающих процесс резания, позволяет повысить качество обработанных поверхностей деталей машин и их надежность.