Коэффициенты утолщения, укорочения и уширения стружки

 

Пластическая деформация срезаемого слоя характеризуется углом сдвига b₁, усадкой стружки и относительным сдвигом e.

Усадка стружки – это изменение геометрических размеров стружки по сравнению с размерами срезаемого слоя. Она проявляется в том, что длина стружки получается меньше длины поверхности резания заготовки, а толщина и ширина стружки – больше толщины и ширины срезаемого слоя. Усадка стружки характеризуется тремя коэффициентами: коэффициентом утолщения К_а = а₁/а, коэффициентом уширения К_b = b₁/b и коэффициентом укорочения К_b = l/1_l, где а₁, b₁, l₁ соответственно толщина, ширина и длина стружки; а, b, l соответственно толщина, ширина и длина срезаемого слоя.

Согласно условию равенства объемов срезаемого слоя и стружки: а₁ ^. b₁ ^. l₁ = а ^. b ^. l, связь между коэффициентами утолщения, укорочения и уширения сливной стружки выражается зависимостью: l/l₁ = a₁/a = b₁/b. В большинстве случаев резания коэффициент уширения близок к единице, поэтому обычно принимают K_l = K_а.

Коэффициент K_l для сливных и элементных стружек, как правило, имеет величину большую единицы. Однако при обработке малопластичных материалов, например, титановых сплавов и некоторых видов пластмасс коэффициент может иметь величину меньшую единицы. Это явление называется «отрицательной» усадкой стружки.

Значения коэффициента усадки стружки и скорости резания позволяют определить величину скорости перемещения стружки:

.

Как видно из формулы, скорость стружки меньше скорости резания и увеличивается с уменьшением коэффициента усадки стружки.

При известном значении переднего угла γ и экспериментально установленном значении коэффициента усадки стружки можно определить значение угла сдвига β₁ и относительный сдвиг ε:

,

.

Значения угла сдвига и относительного сдвига используются в теоретических расчетах сил и напряжений в зоне резания.

ВЛИЯНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ РЕЖИМА РЕЗАНИЯ И УСЛОВИЙ

ОБРАБОТКИ НА КОЭФФИЦИЕН ПРОДОЛЬНОЙ УСАДКИ СТРУЖКИ K_l

 

Коэффициент усадки дает возможность количественной оценки степени пластической деформации. Чем меньше усадка, тем с меньшими пластическими деформациями протекает процесс резания, тем, следовательно, более благоприятные условия для стружкообразования, меньший удельный расход мощности на обработку данной детали.

Коэффициент усадки стружки позволяет качественно оценить разные условия резания с точки зрения действующих сил, энергонапряженности процесса, температуры.

 

На величину усадки стружки К_l влияют следующие условия резания:

– свойства обрабатываемого материала,

– элементы режима резания,

– геометрия режущего лезвия.

 

Свойства обрабатываемого материала

Чем пластичнее металл, т.е. чем больше его вязкость и меньше твердость, тем больше степень пластической деформации (СтПД) при резании и больше величина К.

Элементы режима резания

u – скорость резания
Влияние скорости резания на усадку стружки опосредовано свойствами обрабатываемого материала. Если обрабатывается пластичный материал (например, сталь 40), дающий сливную стружку, то зависимость усадки стружки от скорости резания имеет неоднозначный характер в различных интервалах скоростей.   При увеличении скорости резания от 5 до 20–25 м/мин степень пластической деформации и величина К уменьшаются т.к. растет нарост (Нн) на передней поверхности инструмента, который увеличивает фактический передний угол (γн).   Начиная со скорости 20–25 м/мин высота нароста уменьшается, фактический передний угол уменьшается, что увеличивает степень пластической деформации и величину К. На скоростях 40–50 м/мин нарост исчезает, передний угол принимает свое номинальное значение, степень пластической деформации и величина К достигают максимума.   При дальнейшем увеличении скорости резания степень пластической деформации и величина К уменьшаются, т.к. растет температура резания, подрезцовый слой стружки размягчается и начинает играть роль твердой смазки. Уменьшается коэффициент трения, что облегчает процесс резания.   При обработке хрупких материалов (например, серых чугунов), дающих стружку скалывания, зависимость коэффициента усадки стружки от скорости резания имеет однозначный характер во всех интервалах скоростей. Это объясняется отсутствием нароста при обработке хрупких и твердых материалов.   С увеличением скорости резания при обработке хрупких материалов степень пластической деформации уменьшается, что приводит к уменьшению величины К.
Sо – подача
Увеличение подачи (So), в свою очередь, связано с увеличением толщины срезаемого слоя а, что вызывает уменьшение степени пластической деформации в срезаемом слое и приводит к уменьшению величины К. Чем толще стружка, тем меньше она пластически деформируется.
t – глубина резания
Увеличение глубины резания (t) приводит к увеличению ширины срезаемого слоя b и снижению степени пластической деформации, что влечет за собой удлинение стружки и уменьшение величины К. Отмеченная зависимость характерна для резания с малыми сечениями среза, т.е. для чистовых и получистовых операций.

 

Геометрия режущего лезвия

Передний угол γ
С увеличением переднего угла (γ) уменьшаются степень пластической деформации срезаемого слоя, а также силы трения между стружкой и передней поверхностью инструмента, что приводит к уменьшению величины К.
Угол в плане φ
Увеличение главного угла в плане (φ) приводит к увеличению толщины срезаемого слоя а и уменьшению степени его пластической деформации, что влечет за собой уменьшение величины К.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСАДКИ СТРУЖКИ

 

Для экспериментального определения усадки стружки существует несколько методов – метод непосредственного измерения параметров стружки и весовой метод.

Измерение толщины и ширины стружки производится в зависимости от требуемой точности с помощью инструментального микроскопа, микрометра или штангенциркуля. Длину стружки измеряют с помощью гибкой проволоки или нити по ее прирезцовой стороне. Толщина и ширина срезаемого слоя определяется по известным формулам. Например, при точении:

,

,

где S_о – подача, мм/об; – глубина резания, мм; – угол резца в плане.

 

Длина срезаемого слоя:

,

где d – диаметр обрабатываемой заготовки, мм; e – ширина продольного паза на заготовке, мм.

 

Измеренные параметры стружки позволяют по приведенным в п.5 формулам рассчитать коэффициенты K_a, K_b, K_l.

 

Весовой метод основан на равенстве объемов стружки и срезаемого слоя. При этом замеряют длину произвольно выбранного элемента стружки, определяют его массу взвешиванием на аналитических весах. По формуле определяют коэффициента усадки стружки:

 

,

 

где – масса стружки, мг; S_о – подача, мм/об; t – глубина резания, мм; L_стр – длина элемента стружки, подлежащего взвешиванию, мг; – плотность обрабатываемого материала, мг/мм³.