MACHINE-TOOLS

Пластическая деформация при резании металлов. На рис. 8 показана последовательность образования стружки при строгании металла. 
Под действием некоторой силы Р слой металла, находящийся перед передней поверхностью резца, сжимается (рис. 8, а), а затем, не отрываясь от основной массы металла, срезаемый слой начинает выдавливаться вверх вдоль передней поверхности (рис. 8, б).

Это происходит до тех пор, пока давление резца не превысит силы сцепления между частицами металла. В этот момент сжатый (деформированный) элемент стружки сдвинется по плоскости АВ (рис. 8, в), а передняя поверхность резца будет продолжать 
сжимать, а затем и сдвигать следующий элемент (рис. 8, г), т. е. снимать с заготовки слой металла на глубину t - резать металл.

Таким образом, в процессе резания происходит вначале упругая, а затем и пластическая деформация, завершающаяся последовательным скалыванием элементов стружки.

Отделяемая от металла в процессе резания стружка сильно меняет свою форму, или, как говорят, деформируется; она как бы разбухает, становясь короче и толще. Это явление называется усадкой стружки.

Из рис, 9 видно, что в результате деформации стружки ее толщина становится больше толщины срезаемого слоя, а длина короче длины прохода резца.

Величина усадки стружки определяется коэффициентом усадки, равным отношению длины пути резца l_п к длине срезанной стружки l_с:

Δl = l_п / l_с

Коэффициент усадки стружки  Δl определяет величину пластической деформации при резании. Чем он больше, тем больше пластическая деформация. Для разных металлов этот коэффициент колеблется в пределах от 1 (при строгании чугуна) до 6 (при обработке пластичных сплавов).

О величине пластической деформации можно:: судить и по внешнему виду стружки. В зависимости от условия обработки и механических свойств металла срезанный слой (стружка) может иметь различный внешний вид. Различают три основных типа стружки: стружку надлома, скалывания и сливную.

Стружка надлома (рис. 10, а) получается при обработке твердых и хрупких металлов, как, например, чугуна и бронзы. Она состоит из отдельных, как бы вырванных из основной массы металла элементов неправильной формы. Эти элементы не связаны либо очень слабо связаны между собой.

Стружка скалывания (рис. 10,6) образуется при обработке менее твердых сталей со средней скоростью резания. Сторона этой стружки, прилегающая к передней поверхности резца, имеет гладкую поверхность, а противоположная сторона - неровную, с зазубринами. Отдельные элементы в такой стружке прочно связаны между собой, хотя и отчетливо различимы.

Сливная стружка (рис. 10, в) получается при обработке сталей с высокой скоростью резания. Она сходит с резца в виде ленты без заметных зазубрин, присущих стружке скалывания.

Рассмотренные формы стружки не остаются постоянными, они могут изменяться с изменением условий резания. Так, например, чем меньше глубина резания и чем выше скорость резания, тем больше форма стружки приближается к сливной.

Наибольшая величина пластической деформации при сливной стружке, а наименьшая - при стружке надлома.

Наклеп при резании металлов. Пластическая деформация сопровождается рядом явлений, имеющих практическое значение. 
При обработке металлов резанием деформации подвергается не только срезаемый слой, но и поверхностный, образовавшийся на детали после прохода резца. Под влиянием этих деформаций изменяются механические свойства поверхностного слоя: увеличивается его твердость и уменьшается пластичность, т. е. он становится более хрупким. Такое изменение механических свойств в результате пластических деформаций в холодном состоянии называется упрочнением, или наклепом.

О степени наклепа металла судят по тому, насколько увеличивается его твердость в сравнении с той исходной твердостью, которую он имел до обработки резанием.

Металл при резании деформируется неравномерно. Те его слои, которые расположены ближе к передней поверхности резца, деформируются больше, а удаленные подвергаются меньшей деформации.

В результате наклепа твердость стружки в 1,5 - 2 раза выше исходной твердости металла. Твердость обработанной поверхности тоже примерно в 1,9 раза выше исходной. По мере удаления от поверхности в глубь заготовки твердость слоя снижается.

Различные металлы при одинаковых условиях обработки по-разному подвергаются наклепу. Мягкие и вязкие металлы наклепываются сильнее и глубже, а твердые - меньше. Так, например, мягкая сталь и алюминий подвергаются сильному наклепу, а чугун совсем не наклепывается.

Величина и глубина наклепа зависят также от условий обработки и состояния режущей кромки. При работе тупым резцом глубина наклепа в 2 - 3 раза больше, чем при строгании острым резцом. С повышением скорости резания глубина наклепа уменьшается, а с повышением подачи - увеличивается.

Знание условий, влияющих на величину наклепа, имеет практическое значение. Так, например, следует учитывать, что поверхность, получившую значительное упрочнение (наклеп) после чернового строгании, будет трудно обрабатывать при последующем чистовом строгании.

Тепловыделение при резании металлов. Во время резания металла выделяется большое количество теплоты. Основным источником ее возникновения является работа, затрачиваемая на пластическое деформирование частиц металла в срезаемом слое, а также в поверхностных слоях обработанной поверхности и поверхности резания. Эта работа и превращается в так называемую теплоту внутреннего трения.

Кроме того, при резании металлов теплота возникает и вследствие трения стружки о переднюю поверхность резца и трения задней поверхности резца о поверхность резания. Это так называемая теплота внешнего трения.

Основная часть тепла, выделяющегося при резании (примерно около 75%), находится в стружке и вместе с ней удаляется из зоны резания. Около 20% тепла поступает в обрабатываемую деталь, около 4% - в резец и 1% излучается в атмосферу.

Поглощение тепла деталью приводит к значительному нагреву ее поверхностных слоев, а в ряде случаев при обработке нежестких деталей может привести и к их температурным деформациям.

Наиболее нежелательным является нагревание резца. В результате нагрева его режущие поверхности размягчаются, быстро истираются, и резец теряет свои режущие свойства.

Общеизвестным средством борьбы с вредным влиянием теплоты на работу резца является применение смазывающе-охлаждающих жидкостей (СОЖ) . Охлаждающая жидкость поглощает значительную часть тепла и тем самым снижает температуру нагрева режущих поверхностей инструмента. К,роме того, охлаждающая жидкость, в состав которой входят маслянистые вещества, играет роль смазки и уменьшает внутреннее и внешнее трение, а следовательно, и количество образующейся при этом теплоты.

Имеется большой ассортимент охлаждающих жидкостей. Наибольшее распространение получили эмульсии - водные растворы эмульсола. Эмульсол состоит из 75 - 80% минерального масла, 18 - 20% мыла, 2 - 5% спирта и 2 - 5% воды.

При обдирочном строгании применяют как эмульсии, так и водный раствор соды или тринатрийфосфата (для предотвращения коррозии станка). При чистовом строгании используют в основном эмульсии, в редких случаях (при чистовой обработке ответственных деталей из вязких сталей и сплавов) - сульфофрезолы (асернепные минеральные масла) и непосредственно минеральные масла с 5% жира.

Обработка хрупких металлов (в частности, чугуна) ведется, как правило, без охлаждения. Цветные металлы и сплавы также обрабатывают без охлаждения. При строгании алюминия и его сплавов иногда прибегают к охлаждению керосином, скипидаром и смешанными маслами.

Существенным является не только состав СОЖ, но и способ ее подачи в зону резания. Жидкость должна подаваться непрерывной обильной струей. Однако при строгании этого не всегда удается добиться, так как многие строгальные станки не снабжены насосами, а также устройствами для сбора жидкости. Часто применяемый строгальщиками способ охлаждения головки резца с помощью кисточки не дает положительных результатов.

В связи с этим следует считать перспективными охлаждение распыленной жидкостью, подаваемой под давлением в виде тумана, и охлаждение газообразными средами: сжатым воздухом, углекислыи газом или азотом. Оба эти способа охлаждения возможны при оборудовании станка специальными устройствами. Применение их оказывается целесообразным при строгании особо труднообрабатываемых материалов, таких, как титан и его сплавы, нержавеющие и жаропрочньж стали и пр. 

Нарост на резце. Существенным для процесса резания фактором является образование нароста на резце. Нарост представляет собой размельченные частички обрабатываемого металла, которые, оторвавшись от заготовки в процессе пластической деформации, затем вследствие больших давлений и температур в зоне резания привариваются к вершине резца, образуя на ней защитный колпачок. 
Нарост тверже обрабатываемого материала, из которого он образовался, и потому сам способен резать металл. По мере увеличения размеров нароста он разрушается, и его частицы вдавливаются резцом в обработанную поверхность. Это значительно ухудшает чистоту поверхности.

Для борьбы с наростом при строгании протяженных поверхностей прибегают к применению смазывающе-охлаждающих жидкостей, а также, если это возможно, к увеличению скорости резания. При υ>75 м/мин. нарост размягчается и не удерживается на вершине резца. На резцах из твердых сплавов (особенно группы ТК) нарост также обычно не образуется.

При строгании небольших по размерам (коротких) деталей нарост вследствие ударного характера врезания резца в заготовку также не образуется. Не наблюдается он и при строгании хрупких металлов - чугуна и бронзы.