При резании каких металлов образуется сливная стружка

Обновлено: 18.05.2024

Процесс резания (стружкообразования) является сложным физическим процессом, сопровождающимся большим тепловыделением, деформацией металла, износом режущего инструмента и наростообразованием на поверхности инструмента. Знание закономерностей процесса резания и сопровождающих его явлений позволяет рационально управлять этим процессом и изготовлять детали более качественно, производительно и экономично.

При резании различных материалов образуются следующие стружки (рис. 2.6): сливные (непрерывные), скалывания (элементные) и надлома.

Сливная стружка (рис. 2.6, а) образуется в процессе резания пластичных металлов (например, мягкой стали, латуни) при высокой скорости резания, малых подачах и температуре 400. 500°С. Образованию сливной стружки способствует уменьшение угла резания δ (при оптимальном значении переднего угла γ) и высокое качество СОЖ. Угол резания δ= 90° - γ = α + β, где α — задний угол резания; β — угол заострения.

Стружка скалывания (рис. 2.6, б)состоит из отдельных связанных один с другим элементов и имеет пилообразную поверхность. Такая стружка образуется в процессе резания твердой стали и некоторых видов латуни при малой скорости резания и больших подачах. При изменении условий резания стружка скалывания может перейти в сливную, и наоборот.

Стружка надлома (рис. 2.6, в)образуется при резании малопластичных материалов (чугуна, бронзы) и состоит из отдельных кусочков.

Режущий инструмент деформирует не только слой, но и поверхностный слой обрабатываемой детали. Деформация поверхностного слоя металла зависит от различных факторов, ее глубина составляет от сотых долей до нескольких десятых долей миллиметра. Под действием деформации поверхностный слой металла упрочняется, увеличивается его твердость и уменьшается пластичность, т.е. происходит так называемый наклеп обрабатываемой поверхности.

Чем мягче и пластичнее обрабатываемый металл, тем интенсивнее процесс образования наклепа. Чугуны обладают значительно меньшей способностью к упрочнению, чем стали. Глубина и степень упрочнения при наклепе возрастают с увеличением подачи и глубины резания и уменьшаются с увеличением скорости резания. При работе плохо заточенным инструментом глубина наклепа примерно в два-три раза больше, чем при работе острозаточенным инструментом. Применение СОЖ значительно уменьшает глубину и степень упрочнения поверхностного слоя.

При обработке металлов и, особенно, пластичных материалов (например, резцом) в непосредственной близости к режущей кромке резца на его переднюю поверхность налипает обрабатываемый материал, образуя металлический нарост. Этот нарост имеет клиновидную форму, а его твердость в два-три раза превышает твердость обрабатываемого материала. Являясь «продолжением» резца, нарост (рис. 2.7) изменяет геометрические параметры резца ( δ₁1 — угол резания с учетом нароста), участвует в резании металла и оказывает влияние на результаты обработки, износ резца и силы, действующие на резец.

Рис. 2.6. Типы стружек:

а — сливная; б — скалывания; в — надлома

Рис. 2.7. Нарост на резце:

α — величина нароста; δ и δ₁, — углы резания соответственно до и после образования нароста

Процесс стружкообразования. Классификация стружки

Установки для автоматической сварки продольных швов обечаек - в наличии на складе!
Высокая производительность, удобство, простота в управлении и надежность в эксплуатации.

Сварочные экраны и защитные шторки - в наличии на складе!
Защита от излучения при сварке и резке. Большой выбор.
Доставка по всей России!

Сливная стружка (рис. 2.6, а) образуется в процессе резания пластичных металлов (например, мягкой стали, латуни) при высокой скорости резания, малых подачах и температуре 400. 500 °С. Образованию сливной стружки способствует уменьшение угла резания δ (при оптимальном значении переднего угла γ) и высокое качество СОЖ (смазочно-охлаждающая жидкость). Угол резания δ= 90° - λ = α + β, где α — задний угол резания; β — угол заострения.

Стружка скалывания (рис. 2.6,5) состоит из отдельных связанных один с другим элементов и имеет пилообразную поверхность. Такая стружка образуется в процессе резания твердой стали и некоторых видов латуни при малой скорости резания и больших подачах. При изменении условий резания стружка скалывания может перейти в сливную, и наоборот.

Стружка надлома (рис. 2.6, в) образуется при резании мало- пластичных материалов (чугуна, бронзы) и состоит из отдельных кусочков.

Чем мягче и пластичнее обрабатываемый металл, тем интенсивнее процесс образования наклепа. Чугуны обладают значительно меньшей способностью к упрочнению, чем стали. Глубина и степень упрочнения при наклепе возрастают с увеличением подачи и глубины резания и уменьшаются с увеличением скорости резания. При работе плохо заточенным инструментом глубина наклепа примерно в два-три раза больше, чем при работе острозато- ченным инструментом. Применение СОЖ (смазочно-охлаждающая жидкость) значительно уменьшает глубину и степень упрочнения поверхностного слоя.

При обработке металлов и, особенно, пластичных материалов (например, резцом) в непосредственной близости к режущей кромке резца на его переднюю поверхность налипает обрабатываемый материал, образуя металлический нарост. Этот нарост имеет клиновидную форму, а его твердость в два-три раза превышает твердость обрабатываемого материала. Являясь «продолжением» резца, нарост (рис. 2.7) изменяет геометрические параметры резца (δ₁1 — угол резания с учетом нароста), участвует в резании металла и оказывает влияние на результаты обработки, износ резца и силы, действующие на резец.

При обработке нарост периодически скалывается и образуется вновь; отрыв частиц нароста происходит неравномерно по длине режущего лезвия, что приводит к мгновенному изменению глубины резания. Эти периодически повторяющиеся явления увеличивают шероховатость обработанной поверхности. При скорости резания v < 5 м/мин и обработке хрупких металлов, например чугуна, нарост, как правило, не образуется. С увеличением пластичности обрабатываемого металла размеры нароста возрастают. Наибольший нарост на инструменте из быстрорежущей стали образуется при скорости резания v = 10. 20 м/мин, а на инструментах из твердых сплавов — при и v >90 м/мин. На этом основании не рекомендуется производить чистовую обработку на этих скоростях.

С увеличением подачи нарост увеличивается, поэтому при чистовой обработке рекомендуется подача 0,1. 0,2 мм/об. Глубина резания существенного влияния на размеры нароста не оказывает.

Для уменьшения нароста рекомендуется уменьшать шероховатость передней поверхности режущего инструмента, по возможности, увеличивать передний угол лезвия γ (например, при γ= 45° нарост почти не образуется) и применять СОЖ. При черновой обработке образование нароста, напротив, благоприятно сказывается на процессе резания.

При резании каких металлов образуется сливная стружка

Процесс резания (стружкообразования) является сложным физическим процессом, сопровождающимся большим тепловыделением, деформацией металла, износом режущего инструмента и наростообразованием на резце. Знание закономерностей процесса резания и сопровождающих его явлений позволяет рационально управлять этим процессом и изготовлять детали более качественно, производительно и экономично. При резании различных материалов образуются следующие основные типы стружек (смотри рисунок): сливные (непрерывные), скалывания (элементные) и надлома.

Сливная стружка - а) образуется при резании пластических металлов (например, мягкой стали, латуни) с высокими скоростями резания и малыми подачами при температуре 400-500°С. Образованию сливной стружки способствуют уменьшение угла резания (при оптимальном значении переднего угла) и высокое качество смазочно-охлаждающей жидкости.

Стружка скалывания - б) состоит из отдельных элементов, связанных друг с другом и имеет пилообразную поверхность. Такая стружка образуется при обработке твердой стали и некоторых видов латуни с малыми скоростями резания и большими подачами. С изменением условий резания стружка скалывания может перейти в сливную и наоборот.

Стружка надлома - в) образуется при резании малопластичных материалов (чугуна, бронзы) и состоит из отдельных кусочков.

Режущий инструмент деформирует не только срезаемый слой, но и поверхностный слой обрабатываемой детали. Деформация поверхностного слоя металла зависит от различных факторов и ее глубина составляет от сотых долей миллиметра до нескольких миллиметров. Под действием деформации поверхностный слой металла упрочняется, увеличивается его твердость и уменьшается пластичность, т. е. происходит так называемый наклеп обрабатываемой поверхности. Чем мягче и пластичнее обрабатываемый металл, тем интенсивней процесс образования наклепа. Чугуны обладают значительно меньшей способностью к упрочнению, чем стали. Глубина и степень упрочнения при наклепе увеличиваются с увеличением подачи и глубины резания и уменьшаются с увеличением скорости резания. При работе плохо заточенным инструментом глубина наклепа примерно в 2-3 раза больше, чем при работе остро заточенным инструментом. Применение смазочно-охлаждающей жидкости значительно уменьшает глубину и степень упрочнения поверхностного слоя.

При скорости резания υ90м/мин для твердосплавного инструмента. Поэтому при этих скоростях не рекомендуется производить чистовую обработку. С увеличением подачи нарост увеличивается, поэтому при чистовой обработке рекомендуется подача 0,1-0,2 мм/об. Глубина резания существенного влияния на размеры нароста не оказывает. Для уменьшения нароста рекомендуется уменьшать шероховатость передней поверхности режущего инструмента, по возможности увеличивать передний угол γ (например, при γ=45° нарост почти не образуется) и применять смазочно-охлаждающие жидкости. При черновой обработке образование нароста, напротив, благоприятно сказывается на процессе резания.

Резание на токарном станке, основы стружкообразования

Резание на токарном станке представляет собой ряд действий, приводящих к изменению формы и размера первоначальной заготовки за счет снятия металла режущим инструментом. Процесс резания металла и образования стружки впервые исследован (1870 г.) русским ученым профессором И. А. Тиме, наблюдения и выводы которого сохраняют свою силу и в настоящее время. Стружка, образующаяся при резании вязких металлов (сталь, латунь), профессор Тиме назвал стружками скалывания, а получающиеся при обработке хрупких металлов (чугун, бронза)— стружками надлома.

Образование стружки скалывания происходит следующим образом. Резец (рис. 1, а) под действием силы Р внедряется в обрабатываемый металл, преодолевая сопротивление металла смятию. Это смятие происходит лишь внутри элемента 1 металла, ограниченного плоскостью называемой плоскостью скалывания (условно изображена на рис. 1, а линией АА) и передней поверхностью резца.

Рис. 1. Образование стружки скалывания

На рисунке 2. представлена условная схема резания, являющаяся основой современной, существующей в справочно-нормативной литературе, математической моделью по расчёту силы резания.

Рис. 2. – Условная схема процесса резания: aр – ширина срезаемого слоя; Vр – вектор скорости резания; β – угол сдвига; ω – угол действия; R – сила резания; N – сила нормального давления; F – горизонтальная сила; Pz – вертикальная составляющая силы резания; Py – радиальная составляющая силы резания; γ – передний угол резца; Vс – вектор движения стружки; aс – ширина стружки; C – длина полного контакта стружки по передней поверхности инструмента

В некоторый момент движения резца начнется смещение (скалывание) элемента 1 относительно следующего элемента (рис. 1, б), происходящее по плоскости АА.

При дальнейшем резании на токарном станке, движении резца одновременно с продолжающимся смещением (скалыванием) элемента 1 образуется элемент 2, перемещающийся относительно элемента 3, и т. д. По мере продвижения резца все элементы отделяются один от другого, образуя элементную стружку скалывания (рис. 3, а). Такая стружка получается при обработке с малой скоростью твердых и вязких металлов, например, твердой стали. С уменьшением твердости металла и увеличением его вязкости элементы стружки образуют более или менее непрерывную ленту (рис. 3,б, в), называемую сливной стружкой скалывания. Поверхность стружки, соприкасающаяся с передней гранью резца, получается гладкой, а противоположная ей — шероховатой.

Рис. 3. Виды стружек: стружки скалывания (а, б, в) и стружка надлома (г)

Русский исследователь Усачев Я. Г., продолживший работу Тиме И. А., доказал, что при резании вязких, но твердых материалов, например стали средней твердости и твердой, кроме скалывания элементов стружки, происходит еще и сдвиг частиц металла в каждом элементе по плоскости ВВ (рис. 1, а), называемой плоскостью сдвига. Угол между плоскостями скалывания и сдвига колеблется в пределах 0-30° Чем более вязкий металл, тем больше этот угол и наоборот.

Усачев Я.Г. установил также, что при резании сравнительно мягкой стали перемещения частиц стружки происходят лишь по плоскостям, параллельным плоскости сдвига.

Образование стружки надлома при резании на токарном станке твердых и хрупких металлов (чугун, бронза) происходит без заметного смятия металла. Элементы стружки, отделяясь от основной массы металла по произвольной поверхности (рис. 3, г), имеют различную величину и форму. Поверхности отрыва элементов получаются неровными, вследствие чего и обрабатываемая поверхность получается с большой шероховатостью.

Вид стружки зависит не только от обрабатываемого материала, но и от ряда других условий. Например, при точении стали средней твердости резцом с большим углом резания может образоваться не сливная стружка скалывания, а элементная. При повышении скорости резания некоторые элементы стружки не успевают настолько деформироваться, чтобы отделиться один от другого, вследствие чего вместо элементной может получиться сливная стружка скалывания.

Разработанная во второй половине 19 века, когда применяемый диапазон скоростей обработки металлов лежал в интервале 10-30 м/мин, условная схема резания на токарном станке часто применяется и до настоящих дней при рассмотрении механики процесса, для условий, когда твёрдосплавные инструменты позволяют применять скорости резания на порядок больше. Механический перенос условий резания с низкими скоростями обработки в диапазон высоких скоростей обнаружил ряд фактов, вступающих в противоречие с принятой условной схемой резания. Так, например, оказалось, что при резании на токарном станке конструкционных сталей, имеющих низкую прочность, в диапазоне скоростей выше зоны наростообразования, измеренные значения составляющих силы резания выше, чем при обработке сталей, имеющих высокую прочность. Расчётные же значения этих сил, определённые по математическим моделям, которые построены на положениях условной схемы резания, прямо противоположны измеренным. Ниже будет приведён и ряд других фактов из разряда «парадоксов», если руководствоваться положениями условной схемы резания во всём диапазоне применяемых ныне в заводской практике скоростей резания.

Стружкообразование, её условная схема, представляет процесс резания как процесс пластического деформирования срезаемого слоя металла только в плоскости сдвига OL. По этой схеме (рис. 2) образование стружки происходит в результате последовательно и непрерывно снимаемых при сдвиге бесконечно тонких слоев ∆с по условной плоскости сдвига OL. Считается, что процесс пластического деформирования, формирующий стружку в плоскости сдвига OL находится во взаимосвязи с процессом трения стружки о переднюю поверхность инструмента. Эта взаимосвязь образует величину угла сдвига β и, следовательно, величину сил резания. В условной схеме процесса резания принято считать, что сопротивление пластическому деформированию по плоскости сдвига пропорционально прочностным характеристикам металла, полученным при статических испытаниях. В ней не учитывается процесс деформационного упрочнения металла, а также влияние изменения площади условной плоскости сдвига ОL (толщины зоны стружкообразования) на составляющие силы резания. Условная схема процесса резания не объясняет физической природы влияния размера зоны "вторичных" контактных пластических деформаций на величину горизонтальных составляющих силы резания на токарном станке Px и Py.

Данная схема процесса резания, качественно позволяющая вести анализ механики процесса стружкообразования, не позволяет получить точные количественные зависимости и не может объяснить ряд установленных физических фактов. Так по условиям чистовой и получистовой обработки сталей твердосплавным инструментом применяются скорости резания, при которых в зоне контактного взаимодействия по передней поверхности инструмента формируется различный по своей природе пластический и вязкий (упругий) контакт. Этот факт установлен и отражен во многих отечественных и зарубежных публикациях. Но он входит в противоречие с попыткой объяснения определяющей роли коэффициента трения μ в формировании угла сдвига β (угол между вектором скорости резания Vp и плоскостью сдвига ОL), когда полная длина контакта сходящей стружки С состоит из участков с внешним трением (упругий контакт) и участка с внутренним трением (пластический контакт). Отношение размеров участков пластического контакта и длины полного контакта изменяются в широких пределах (0,3–0,8) в зависимости от физико-механических и теплофизических свойств обрабатываемых сталей, твердосплавных инструментов и скорости резания. Если в этом случае принять, что в формировании угла сдвига β определяющий вклад вносит коэффициент внешнего трения μ, то должно быть однозначным и влияние на угол коэффициента внутреннего трения на участке пластического контакта. А это при различных соотношениях площадей и различной физической природе двух видов трения недопустимо.

Условная схема резания на токарном станке не объясняет и тот факт, что при резании сталей резцами с укороченной передней гранью значение угла β формируется без участка упругого контакта, т.е. без участка внешнего трения. Если принятая схема стружкообразования с единственной плоскостью сдвига реальна (рис. 2), тогда следует в нарушение законов механики, признать факт "мгновенного" поворота вектора скорости резания Vр до положения вектора скорости перемещения стружки Vс. Факт "мгновенного" возрастания степени деформации ε от нуля до 2–3 единиц, "мгновенного" роста упрочненного состояния металла в зоне стружкообразования в 1,5–2 раза и существенно большего упрочнения в зоне "вторичных" контактных пластических деформаций. В реальных условиях применения высоких скоростей резания эти процессы протекают во времени и по пути перемещения срезаемых объемов металла по передней поверхности инструмента и происходящие при этом процессы не могут быть в полной мере описаны условной схемой резания на токарном станке.

Процесс образования стружки и типы стружек

В зависимости от условий обработки стружка может быть разных видов. При обработке пластичных материалов (конструкционные стали) образуется элементная стружка (рис. 5), ступенчатая и сливная, а при обработке малопластичных материалов— стружка надлома. Эта классификация стружек предложена в 1870 г. Н. А. Тиме. Ею пользуются и в настоящее время.

Элементная стружка (рис. 5, а) состоит из отдельных, пластически деформированных элементов, слабо связанных или совсем не связанных между собой. На рис. 6 и 7 показаны схемы образования элементной стружки. Резец, установленный на глубину а, перемещается под действием силы Р, передаваемой суппортом станка, и постепенно вдавливается в

Рис. 5. Виды стружек, образующихся при резании

Рис. 6. Схема образования стружки (по И. А. Тиме)

металл заготовки, сжимает его своей передней поверхностью я вызывает сначала упругие, а затем пластические деформации. Различают следующие фазы образования элемента (по И. А. Тиме). В начале резания (рис. 6, а) происходит соприкосновение резца с обрабатываемой заготовкой. Затем резец своей вершиной вдавливается в металл (рис. 6,6), который претерпевает деформацию сдвига. По мере углубления резца в срезаемом слое растут напряжения и, когда они достигнут величины предела прочности обрабатываемого металла, про

Рис. 7. Схема образования стружки: — плоскостьскалывания

изойдет сдвиг (скалывание) первого элемента (1) по плоскости сдвига АВ, составляющей с направленным перемещением резца угол , равный 30—40 °. Угол называется углом сдвига. Внутри каждого элемента происходят межкристаллические сдвигипод углами =60—65° (рис. 7).

После скалывания первого элемента стружки резец сжимает следующий близлежащий слой металла, в результате чего образуется второй элемент (2), отделяющийся от заготовки по плоскости наибольших касательных напряжений под тем же углом и т. д. (рис. 6, в,г).

Цифрами 1, 2, 3. 10 обозначены последовательно образуемые элементы стружки.

Ступенчатая стружка (см. рис. 5, б) получается при обработке сталей со средней скоростью резания. Ступенчатая стружка имеет одну сторону (со стороны резца) гладкую, а другая сторона имеет ступеньки (зазубрины) с выраженным направлением отдельных элементов, прочно между собой связанных. У ступенчатой стружки разделение ее на части не происходит.

Сливная стружка (см. рис. 5, в) сходит с резца в виде ленты без зазубрин, присущих ступенчатой стружке. Она получается при обработке сталей с высокой скоростью резания. Поверхность стружки, прилегающая к передней поверхности резца, сравнительно гладкая, а при высоких скоростях отполирована. Ее противоположная сторона покрыта мелкими зазубринками — насечкой и имеет бархатистый вид.

Стружка надлома (см. рис. 5, г) получается при обработке малопластичных металлов (твердый чугун, твердая бронза). Стружка состоит из отдельных, не связанных между собой кусочков различной формы и разных размеров. Обработанная поверхность при такой стружке получается шероховатой с впадинами и выступами.

Тип стружки во многом зависит от рода и механических свойств обрабатываемого материала. При резании пластичных материалов возможно образование элементной, ступенчатой и сливной стружки. По мере увеличения твердости и прочности обрабатываемого материала сливная стружка переходит в ступенчатую, а затем в элементную. При обработке хрупких материалов образуется или элементная, или стружка надлома.

Читайте также: