4.1.2 Особенности процесса стружкообразования

4. 1. 2 Особенности процесса стружкообразования

при скоростном резании

В начале 80-х годов прошлого века появились работы американских ученых [9, 10], в которых рассматривались вопросы стружкообразования при резании со скоростями до 2500 м/мин. В результате этих исследований было обнаружено, что с повышением скорости резания изменяются вид и механизмы образования стружки. При резании стали AISI 4340 (НВ320) при низких скоростях (до 15 м/мин) образуется элементная стружка (рис. 4. 7, а), которая в диапазоне скоростей от 30…60 м/мин переходит в сливную (рис. 4. 7, б).

При скорости V  125 м/мин образуется циклическая стружка (рис. 4. 7, в), которая состоит из двух видов: зоны очень высокой деформации (между сегментами) и зоны относительно низкой деформации (внутри сегментов). Образование циклической стружки объясняется наличием нестабильности процесса резания в зоне стружкообразования и в зоне контакта стружки с передней поверхностью.

При скоростях резания V  250 м/мин образуется стружка локального сдвига (рис. 4. 7, г). Эта стружка характеризуется как уменьшением зоны высоких деформаций (толщина зоны уменьшается до долей миллиметра), так и увеличением размеров зоны низких деформаций наряду с еще большим уменьшением степени деформации в этой зоне. Причем, чем выше скорость резания, тем меньше зона локализации деформации и размеры зоны, соединяющей сегменты стружки между собой. При скоростях V 1000 м/мин и выше (рис. 4. 7, д) происходит полное отделение этих сегментов друг от друга и наступает катастрофический сдвиг.

Скорости резания, соответствующие образованию циклических стружек, стружек локального и катастрофического сдвига зависят от свойств обрабатываемого материала. Чем меньше твердость, тем больше значение скорости, приводящей к изменению вида стружки. Изменение условий стружкообразования вносит дополнительные пульсации в динамическую систему резания. Это обуславливает появление нового источника самовозбуждающихся колебаний.

Накладываясь на собственные колебания технологической системы, эти колебания образуют зоны скоростей резания, в которых наблюдается повышение вибраций, резко ухудшающих шероховатость поверхности и стойкость инструмента.

 

а	б
в	г
д
Рис. 4. 7. Влияние скорости резания на вид стружки при точении стали AISI4340 (НВ320) минералокерамическим инструментом (AL203 +TiC): а –элементная стружка – = 15 м/мин; б – сливная стружка – =60 м/мин; в – циклическая стружка – = 125 м/мин; г – стружка локального сдвига – =500 м/мин; д – стружка катастрофического сдвига – =1000 м/мин

4. 1. 3 Количественные характеристики степени

деформации металла стружки

 

Первым учёным, обратившим внимание на то, что длина стружки значительно меньше величины пути резца при её образовании, был И. А. Тиме. Он считал, что процесс деформации при образовании стружки ограничивается плоскостью скалывания и укорочение стружки определяется перемещениями частиц металла вдоль этой плоскости. Он ввёл понятие коэффициента усадки, определяемого отношением длины стружки , к длине пути инструмента при её образовании .

При превращении срезаемого слоя в стружку размеры её по длине, толщине и ширине (рис. 4. 8) отличаются от размеров срезаемого слоя.

Рис. 4. 8. Размеры срезаемого слоя и стружки

 

При длине срезаемого слоя , толщине  и ширине  соответственно длина стружки равна , толщина – , а ширина – , причем ; ; . Таким образом, по сравнению с размерами срезаемого слоя стружка короче, толще и шире. Степень изменения размеров стружки по сравнению со срезаемым слоем характеризуют тремя коэффициентами изменения формы: коэффициентом усадки или укорочения , коэффициентом утолщения  и коэффициентом уширения :

                                              (4. 1)

Коэффициенты показывают, во сколько раз размеры стружки по длине, толщине и ширине меньше или больше соответствующих размеров срезаемого слоя.

Пластическая деформация в стружке внешне обнаруживается в том, что длина стружки  получается короче пути , пройденного резцом по обработанной поверхности; толщина срезаемого слоя  меньше толщины стружки ; ширина стружки  мало отличается от ширины срезаемого слоя . Так как объем деформированного тела остается неизменным, то

.                          (4. 2)

Это соотношение принято характеризовать как среднее значение величины пластической деформации стружки (или усадки стружки).

Согласно (4. 2):

, ,                           (4. 3)

где  – площадь поперечного сечения срезаемого слоя, мм²;  – площадь поперечного сечения срезанной стружки, мм².

Уширение стружки невелико и составляет 5…15% от ширины срезаемого слоя, при этом укорочение и утолщение стружки оцениваются в 250…600% и более. Поэтому уширением стружки можно пренебречь и считать, что  (справедливо только в том случае, если сливная стружка сохраняет свою сплошность).

Используя выражение усадки стружки по толщине (коэффициент утолщения) можно получить её связь с углами φ и γ (рис. 4. 9).

 

,

 

где  – угол относительного сдвига.

Откуда,

.                               (4. 4)

Если же на свободной стороне сливной стружки наблюдаются достаточно большие выступы и впадины (рис. 4. 10) или стружка имеет суставчатую форму, то в формулу (4. 4) необходимо ввести поправку.

 

Рис. 4. 9. Схема для расчета усадки стружки
Рис. 4. 10. Схема для определения расчетного коэффициента усадки стружки

 

Из указанной схемы (рис. 4. 10), принимая впадину стружки за треугольник, выразив глубину впадины  в долях толщины , получим:

.

Тогда связь между коэффициентами формоизменения принимает вид:

.

Выражение  можно назвать коэффициентом сплошности стружки. Обозначив его через  и считая, что , получим

.                                     (4. 5)

Коэффициент усадки стружки может быть определен различными способами:

– измерением длины  пути резца и соответствующей ему длины стружки ;

– через оценку площадей сечений припуска  и сечения стружки  путем ее взвешивания.

 

⇐ Предыдущая6789101112131415Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: