Процесс образования стружки

Процесс образования стружки

Процесс образования стружки при резании металлов

Природа (процесс) образования стружки при механической обработке с твердым покрытием совершенно иная, чем при более традиционной обработке. После рассмотрения механики этого уникального типа образования стружки будут объяснены и обсуждены некоторые механизмы, которые им управляют.

Первая, простая модель, основанная на периодическом растрескивании, для получения пилообразной стружки. Когда инструмент перемещается, стружка скользит по поверхности трещины до тех пор, пока  не образуется следующая трещина.  Первоначально трещина, называемая общей трещиной, будет непрерывной по ширине стружки для достаточно хрупких материалов, но для менее хрупких материалов при более высоких скоростях резания она может стать прерывистой по мере продвижения трещины к наконечнику инструмента.

Такие несвязанные локализованные трещины будут называться микротрещинами. Расстояние между одним сегментом, который скользит относительно своего соседа в течение одного цикла, зависит от расстояния между трещинами на обработанной поверхности. Когда шаг стружки выше, чем степень сжатия стружки и угол сдвига более 45°, то это является результатом сжимающих напряжений на материале в зоне напряжения.

Рабочая часть режущего инструмента называется «режущий клин», который заключен между передней поверхностью инструмента и боковыми контактными поверхностями, пересекающимися и образующими режущую кромку. Этот режущий клин находится под действием напряжений, приложенных к поверхностям контакта инструмент-стружка и инструмент-заготовка. Из-за тепла, поступающего в режущий инструмент, этот клин имеет высокую температуру. Поэтому, когда говорят, что режущий инструмент проникает в заготовку, имеется в виду проникновение режущего клина, поскольку конфигурация режущего инструмента вне режущего клина не влияет на механику резания металла и физику процесса резания.

Виды металлической стружки

Виды стружки

Когда режущая кромка встречается с заготовкой, материал деформируется путем сдвига, что приводит к одному из трех типов образования стружки.

  • Прерывистая стружка. Стружка, возникающая в результате пластической деформации вместе с повторяющимися трещинами, которые придают стружке неравномерную толщину. Эта стружка легко разбивается на более мелкие части, что приводит к меньшему трению, лучшей гладкости поверхности и более легкому удалению стружки. Однако изломы могут вызывать вибрации, отрицательно влияющие на гладкость поверхности. Возникает в основном из-за хрупких материалов, большей толщины стружки, при низких скоростях и малых углах между пластиной и поверхностью заготовки.
  • Сплошная стружка. Стружка, возникающая в результате чистой пластической деформации без разрушения, что приводит к равномерной толщине стружки. Они обеспечивают минимальную вибрацию, что хорошо для гладкости поверхности, но имеет тот недостаток, что стружка часто бывает длинной и может мешать процессу резания.
  • Сплошная стружка с наростами на кромках. Сколы, образующиеся подобно сплошным стружкам, но с той разницей, что циклические наросты, отложения материала, которые образуются до тех пор, пока они не разрушатся, а затем снова не нарастут, приводят к снижению гладкости поверхности.
образование стружки при резании

Процесс резания и образования стружки

В другой механической модели сегментированная стружка образуется в результате процесса катастрофической локализации деформации, возникающей при превышении некоторой критической скорости резания. В этой модели расстояние между сегментами является линейной функцией UCT, но асимптотически увеличивается со скоростью резания, глубиной резания и углом наклона.

Например, механизмы образования стружки при ортогональной обработке закаленной насквозь подшипниковой стали AISI 52100 50-65 HRC с помощью инструментов PCBN начало сегментации стружки из-за адиабатического сдвига наблюдалось при относительно низких скоростях резания (ниже 1 м/с). Кроме того, эти полосы сдвига формируются на частотах в диапазоне 50-120 кГц, когда скорость резания изменялась от 0,35 до 4,3 м/с, а расстояние между сегментами становится более периодическим по мере увеличения скорости резания. Также отмечается, что динамика сегментации стружки, вызванная тепловым и упругим взаимодействием между одной и следующей зонами сдвига, может приводить к периодическим изменениям расстояния между сегментами.

процесс образования стружки при резании металлов

Образование стружки — вид стружки пилообразной

Получение пилообразной вида стружки при ортогональной резке стали твердостью HV730 при скоростях резания 25-285 м/мин и скоростях подачи 0,0125-0,2 мм/об. было подтверждено Пулачоном. Соответствующие механизмы образования такой стружки, идентифицированные с помощью технологии замораживания стружки (с использованием устройства быстрой остановки). Можно выделить механизмы образования стружки, а именно четыре последующих этапа:

1. Во время вдавливания инструмента в зоне вокруг режущей кромки возникают сжимающие напряжения. Одновременно возникает трещина на поверхности заготовки под углом 0f, за которой следует плоскость сдвига, которая простирается к режущей кромке.
2. Объем стружки, локализованный между трещиной и фаской инструмента, выбрасывается без деформации. Зазор  постепенно уменьшается с перемещением инструмента, а толщина стружки  уменьшается. Температура может повыситься до мартенситного превращения, и может образоваться белый слой.
3. Зазор становится настолько узким, что скорость выброса материала очень высока, а пластическая деформация стружки очень интенсивна. Вторая часть очень малой толщины формируется при чрезвычайно быстром охлаждении.
4. Сегмент стружки сформирован, и зазор полностью исчезает. Сжимающие напряжения на свободной поверхности снова достаточно высоки, чтобы образовалась новая трещина. Это периодическое явление будет повторяться, приводя к циклическому образованию стружки.

Процесс образования стружки

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Пролистать наверх