Стружкообразование при обработке металлов резанием

Резание металлов — сложный процесс взаи­модействия режущего инструмента и заготовки, сопро­вождающийся определенными физическими явлениями, например, деформированием срезаемого слоя металла. Упрощенно резание можно представить в виде следующей схемы. В начальный момент резания, когда движущийся резец под действием силы Р (рис. 54) вдавливается в металл, в срезаемом слое возникают упругие деформации. При дальнейшем движении резца упругие деформации, увеличиваясь по абсолютному значению, переходят в пластические. В прирезцовом срезаемом слое материала заготовки возникает сложное упругонапряженное состоя­ние. В плоскости, перпендикулярной траектории движения резца, возникают нормальные напряжения в_у, а в плос­кости, совпадающей с траекторией движения резца, — касательные напряжения т*. В точке Априложения действующей силы Рзначение ъ_х наибольшее. По мере удаления от точки А умень­шается. Нормальные напряжения о_у вначале действуют как растягивающие, а затем быстро уменьшаются и, пере­ходя через нуль, превращаются в напряжения сжатия.

Рис. Схема упругонапряженного состояния металла заготовки при обработке резанием.

Срезаемый слой металла находится под действием внешней силы Р, а также касательных и нормальных напряжений. Сложное упругонапряженное состояние металла приводит к пластическому деформирова­нию его, т. е. к смещению частей кристаллов относитель­но друг друга (сдвиговые де­формации). Сдвиговые дефор­мации происходят в зоне стружкообразования АВС, при­чем деформирование начинает­ся в плоскости АВи заканчивается в плоскости АС, в ко­торой завершается разруше­ние кристаллов, т. е. сдвига­ется элементарный объем ме­талла и образуется стружка.

Далеё процесс повторяется и образуется следующий эле­мент стружки.

Характер деформирования срезаемого слоя зависит от физико-механических свойств материала обрабатываемой заготовки, геометрических параметров инструмента, режи­ма резания, условий обработки.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ 8

I. Нагрев металла при обработке давлением

Повышение температуры приводит к увеличению пластичности металла и снижению его сопротивления деформированию, что часто используют, применяя нагрев заготовок перед обработкой давлением.

Так как в равномерном температурном поле ско­рость роста зерен по всем направлениям одинакова, то новые зерна, появляющиеся взамен деформированных, имеют при­мерно одинаковые размеры по всем нап­равлениям.

Явление зарождения и роста новых равноосных зерен взамен деформирован­ных, вытянутых, происходящее при опре­деленных температурах, называется ре­кристаллизацией. Для чистых метал­лов рекристаллизация начинается при абсолютной температуре, равной 0,4 аб­солютной температуры плавления метал­ла. Рекристаллизация протекает с оп­ределенной скоростью, причем время, требуемое для рекристаллизации, тем меньше, чем выше температура нагрева деформированной заготовки.

При температурах ниже температуры начала рекристаллизации наблюдается явление, называемое возвратом. При возврате (отдыхе) форма и размеры де­формированных, вытянутых зерен не из­меняются, но частично снимаются оста­точные напряжения. Эти напряжения воз­никают из-за неоднородного нагрева или охлаждения (при литье и обработке дав­лением), неоднородности распределения деформаций при пластическом деформи­ровании и т.д. Остаточные напряжения создают системы взаимно уравновеши­вающихся сил и находятся в заготовке, не нагруженной внешними силами. Снятие остаточных напряжений при возврате почти не изменяет механические свойства металла, но влияет на некоторые его фи­зико-химические свойства. Так, в резуль­тате возврата значительно повышаются электрическая проводимость, сопротивле­ние коррозии холоднодеформированного металла.

Формоизменение заготовки при тем­пературе выше температуры рекристалли­зации сопровождается одновременным протеканием упрочнения и рекристалли­зации.

Горячей деформацией называют де­формацию, характеризующуюся таким соотношением скоростей деформирования и рекристаллизации, при котором рекри­сталлизация успевает произойти во всем объеме заготовки и микроструктура после обработки давлением оказывается равно­осной, без следов упрочнения (рис. 3.1, б).

Чтобы обеспечить условия протека­ния горячей деформации, приходится с увеличением ее скорости повышать тем­пературу нагрева заготовки (для увеличе­ния скорости рекристаллизации).