Процесс образования стружки при резании материалов

Образование стружки является сложным процессом деформации металла режущим инструментом, который, внедряясь в металл, вызывает все виды деформации (упругую, пластическую и разрушение). Это явление исследовал впервые проф. И. А. Тиме.

При обработке пласти­ческих металлов (рис. 1) в начальный момент резец под действием силы Р внед­ряется в металл и в сре­заемом слое возникают уп­ругие деформации.

При дальнейшем движении рез­ца в металле происходят пластические деформации и постепенно увеличиваются напряжения сжатия. В момент, когда пластические деформации дойдут до предела, а напряжения превзойдут предел прочности металла, происхо­дит отделение (скалывание) элемента стружки от ос­новного металла. При дальнейшем движении резца таким же образом отделяются второй и последующие элементы стрижки.

Стружка – деформированный и отделенный в результате обработки резанием поверхностный слой материала заготовки.

Плоскость 00, в которой происходит скалывание элементов, называется плоскостью скалывания.

Угол, образованный плоскостью скалывания и обрабатываемой поверхностью, называется углом скалывания q. Величина угла скалывания зависит от свойств материала, геометрии инструмента, режима резания и колеблется в пределах от 145 до 155^о.

Исследованиями Я. Г. Усачева уста­новлено, что элементы стружки после их отделения от основного металла подвергаются дополнительной дефор­мации и в них происходит скольжение мономолекуляр­ных слоев металла по плоскостям 0₁0₁, которые назы­ваются плоскостями сдвига. Благодаря этому прочность металла в стружке меньше по плоскостям сдвига, чем по плоскостям скалывания.

Угол между плоскостями скалывания и сдвига называется углом сдвига b (для пластичных металлов b≈30°, для хрупких b≈0°).

При резании металлов деформация распространяется за пределы плоскости скалывания и в глубь металла, в результате этого возникает упрочнение (наклеп) ме­талла обработанной поверхности, появляются остаточные напряжения. Глубина наклепа и значение остаточных напряжений зависят от физико-механических свойств металла, режимов резания и геометрии инструмента. Твердость наклепанного слоя примерно в 1,5 раза выше твердости исходного материала. Глубина этого слоя небольшая, 0,1…0,3 мм.

Степень пластической де­формации металла при ре­зании характеризуется усад­кой стружки.

Длина струж­ки L всегда короче пути L_o, пройденного резцом, а тол­щина стружки а больше тол­щины срезаемого слоя a_o.

Изменения размеров срезаемого слоя после превраще­ния его в стружку называют усадкой и определяют от­ношением

, (1)

Значения К колеблются от 1 (для хрупких металлов, у которых пластическая деформация практически отсутствует) до 8 (для очень вязких ме­таллов),

В зависимости от физико-механических свойств обрабатываемых металлов и условий резания И. А. Тиме подразделил образующиеся стружки на сливную, скалы­вания и надлома.

Сливная стружка (рис.2, а) образуется при обработке пластичных металлов с повышенными скоростями, малой толщиной срезаемого слоя и большими передними углами у инструмента. Она имеет вид сплошной ленты, и отдельные элементы ее прочно связаны друг с другом. Эта стружка опасна для рабочего.

Стружка скалывания (рис.2, б) образуется при обработке ме­таллов повышенной твердости с (небольшими скоростя­ми резания, с малыми передними углами у инструмента и большой толщиной срезаемого слоя. Эта самая безопасная стружка, она состоит из отдельных элементов, соединенных в одно полукольцо, легко ломающееся на составные элементы.

Стружка надлома (рис.2, в) образуется при обработке твердых и непластичных материалов (чугун, бронза, некоторые неметаллические «материалы) и состоит из отдельных элементов неопределенной формы, не связанных между собой. Эта стружка легко проникает во все зазоры между частями станка и затрудняет его уборку. Отдельные элементы стружки легко травмируют руки рабочего, особенно опасно попадание этой стружки в глаза.

Образование нароста происходит в процессе резания пластичных материалов. На передней поверхности резца у его режущей кромки образуется застойное накопление деформированных частиц обрабатываемого металла, которые «под влиянием давления и высокой температуры привариваются, образуя нарост. Нарост увеличивается за счет новых наслаивающихся частиц, пока не сорвется и отойдет со стружкой (со стороны передней поверхности резца) или будет увеличен заготовкой (со стороны задней поверхности резца). Наросты возникают хаотично (до 200 раз в секунду).

Твердость нароста в 2...3 раза больше твердости обрабатываемого металла, он может резать металл, защищая режущую кромку от истирания и воздействия теплоты. Нарост изменяет геометрию режущей части инструмента (уменьшается угол резания), тем самым оказывает влияние на процесс внедрения резца в металл и на деформацию срезаемого слоя.

Нарост периодически разрушается и вновь обра­зуется, изменяя толщину срезаемого слоя. В результате этого ухудшается шероховатость обработанной поверх­ности и снижается точность обработки. Поэтому при чистовой обработке образование нароста нежелательно, а при черновой обработке он не вредит процессу ре­зания.

Наибольшее влияние на образование нароста ока­зывает скорость резания. Интенсивное образование его происходит при работе со скоростями в диапазоне от 10 до 30 м/мин, а при скорости резания 50…70 м/мин и выше наросты не возникают.

 

БИЛЕТ №9

1. Перечислите основные способы разливки стали. Укажите достоинства непрерывной разливки стали.

Существуют два способа разливки стали: в изложницы и в кристаллизатор на установках непрерывной разливки.

Изложницы представляют чугунные или реже стальные формы. Для облегчения выемки слитка их делают конусными. Поперечное сечение изложниц для слитков, идущих на прокатку – квадратное или прямоугольное, для слитков под ковку – многоугольное или круглое.

Изложницы заполняют сталью сверху или снизу (сифонная).

Заполнение сверху (рис.5, а) производится в изложницу с глухим дном. Слиток получается плотным, но металл разбрызгивается, и поверхность слитка получается шероховатой. Разливкой сверху получают крупные слитки массой до 20 т для прокатки и в некоторых случаях до 300 т и более для специальных поковок.

Схема разливки стали в изложницы:

а – сверху; б – сифоном

При сифонной разливке (рис.5,б) происходит наполнение сразу нескольких изложниц. При этом из ковша струю металла направляют в центральный литник, от которого металл по каналам подводится к изложницам и снизу плавно, без разбрызгивания заполняет их, благодаря чему слитки получаются с относительно чистой поверхностью, но менее плотные. Применяют для получения мелких слитков.

На рис. 6 приведена схема непрерывной разливки стали (в кристаллизатор).

Схема установки для непрерывной разливки стали:

1 – разливочное устройство; 2 – водоохлаждаемый кристаллизатор; 3 – жидкий металл; 4 – зона вторичного охлаждения; 5 – тянущие ролики

Из ковша через промежуточное разливочное устройство 1 сталь непрерывно поступает в медный кристаллизатор 2 с двойными стенками, между которыми циркулирует вода для охлаждения. В кристаллизаторе формируется слиток. Наиболее рациональным является слиток прямоугольного профиля размером от 150х150 до 200х600мм. Затвердевший слиток непрерывно вытягивается из кристаллизатора вращающимися со скоростью 0,5…1,5м/мин роликами 5. В зоне между кристаллизатором и роликами слиток непрерывно охлаждается мелко распыленной водой для ускорения процесса кристаллизации внутри слитка. После роликов непрерывную заготовку с помощью газовой резки разрезают на мерные длины.

Важными преимуществами получения слитков на УНРС являются следующие: отпадает необходимость нагрева слитков для прокатки на крупных обжимных станах; позволяет получать заготовки сравнительно небольшого сечения, что сокращает время их получения и обработки; нет необходимости иметь большое количество изложниц; отходы стали из-за отсутствия усадочных раковин составляют всего 2…3% вместо 15…25% при разливке в изложницы.

Недостаток вертикальных УНРС – их большая высота (до 45м). В последние годы получают распространение установки радиального типа небольшой высоты

2. Назовите алюминиевые сплавы, укажите их состав, свойства и применение в автотракторном и сельскохозяйственном машиностроении. Приведите примеры марок по ГОСТу литейных и деформируемых алюминиевых сплавов и расшифруйте их.

3. Объясните сущность процессов электроискровой и анодно-механической обработки металлов.