Механика образования сливной стружки

Механика образования сливной стружки

На рис. 4 представлена схема превращения срезаемого слоя в стружку при единственной условной плоскости сдвига.

Рис. 4. Схема превращения срезаемого слоя в сливную стружку

В срезаемом слое толщиной а выделим параллелограмм mnpq с малой высотой Dх, прилегающий к условной плоскости сдвига тп. Угол b, под которым условная плоскость сдвига наклонена к поверхности резания, называют углом сдвига. Пусть режущий инструмент переместится из положения I в положение II, пройдя вдоль боковой стороны параллелограмма mnpq расстояние DL. В результате этого перемещения точка q срезаемого слоя, лежащая на поверхности резания, окажется в точке q₁, лежащей на передней поверхности, а точка р, лежащая на предыдущей поверхности резания, окажется в точке p₁, лежащей на свободной стороне стружки. Таким образом, параллелограмм mnpq, сдвигаясь вдоль основания тп на величину Ds, превращается в параллелограмм тпр₁q₁. Очевидно, что параллелограмм тпр₁q₁ принадлежит уже не срезаемому слою, а стружке, образовавшейся в результате перемещения инструмента на расстояние DL. При последующем перемещении инструмента на то же расстояние процесс повторяется и т. д. Таким образом, превращение срезаемого слоя в сливную стружку происходит в результате последовательных и непрерывных сдвигов весьма тонких слоев материала по условной плоскости сдвига без нарушения связи между сдвинутыми слоями, т. е. без нарушения сплошности материала стружки. Если схему деформирования параллелограмма mnpq сравнить со схемой деформирования при простом сдвиге, то видно, что они совпадают и расстояние Ds есть не что иное, как абсолютный сдвиг.

Что же вызывает сдвиг слоя материала вдоль условной плоскости сдвига и когда этот сдвиг начнется? Передняя поверхность инструмента действует на срезаемый слой с нормальной силой N. По закону трения Амонтона нормальная сила создает силу трения F = mN (где m - коэффициент трения скольжения между стружкой и инструментом). Складывая силы N и F, получим силу стружкообразования R, наклоненную к поверхности резания под углом действия w. Разложим силу стружкообразования на две: силу p_n, перпендикулярную к условной плоскости сдвига, и силу р_t, действующую вдоль плоскости сдвига. Сила P_N сжимает сдвигаемый слой толщиной Dx, а сила P_t сдвигает его. Таким образом, сдвиговый процесс при образовании стружки вызывает сила P_t, получившая название силы сдвига. Как указывалось выше, сдвиговая деформация начнется в том случае, когда напряжение сдвига станет равным пределу текучести на сдвиг. При прямоугольном резании сдвигающее напряжение на условной плоскости сдвига

где b - ширина срезаемого слоя.

Так как тп = а/sinb, то получим , но сила сдвига P_t = R cos (w + b). Подставляя последнее, получим

Рекомендуемые материалы

t = Rcos(w+b)sinb/ab.

Процесс образования стружки начнется в том случае, когда t ³ t_s , где t_s - предел текучести обрабатываемого материала на сдвиг.

Если Вам понравилась эта лекция, то понравится и эта - Особенности психологического манипулирования людьми продолжение.

На рис. 5 изображена схема напряженного состояния малого объема материала, расположенного на условной плоскости сдвига, и эпюры изменения касательных и нормальных напряжений вдоль указанной плоскости. Независимо от рода и свойств обрабатываемого материала, величины переднего угла инструмента, толщины срезаемого слоя и скорости резания, касательные напряжения вдоль условной

Рис. 5. Схема напряженного состояния на условной плоскости сдвига

плоскости сдвига имеют постоянную величину. Нормальные напряжения распределяются по-иному. При больших передних углах инструмента и малых коэффициентах трения на передней поверхности (резание с хорошо смазывающими жидкостями) нормальные напряжения (рис. 5, а) уменьшаются по мере приближения к лезвию и в некоторой точке условной плоскости сдвига могут изменить свой знак на обратный. По мере уменьшения переднего угла инструмента и увеличения коэффициента трения указанная эпюра постепенно переходит к виду эпюры, изображенной на рис. 5, б, на которой нормальные напряжения, сохраняя постоянство знака, увеличиваются при приближении к лезвию. Таким образом, в общем случае нормальные напряжения вдоль условной плоскости сдвига, в отличие от касательных напряжений, не постоянны. Особенностью процесса является отсутствие влияния нормальных напряжений на величину касательных напряжений.

Условная плоскость сдвига разделяет области недеформированного материала, принадлежащего срезаемому слою, и уже полностью отдеформированного материала стружки. В результате пластического деформирования в стружке образуется характерная текстура деформации в виде полос или строчек, расположенных под некоторым углом к условной плоскости сдвига называемым углом текстуры. Линии текстуры представляют собой цепочки зерен деформированного материала стружки, получивших после прохождения через условную плоскость сдвига определенную форму и ориентацию. Образование текстуры деформации можно представить себе следующим образом. Сфероидальное зерно материала срезаемого слоя впишем в куб со стороной, равной толщине сдвигаемого слоя. Тогда в сечении плоскостью, перпендикулярной к лезвию инструмента, будем иметь круг с радиусом, равным Dx/2. В результате деформации простого сдвига верхняя плоскость сдвигаемого слоя переместится относительно нижней на величину абсолютного сдвига Ds. Квадрат mnpq, в который вписан круг, превратится в параллелограмм тпр₁q₁, а сам круг превратится в эллипс, сопряженными диаметрами которого являются стороны параллелограмма. Угол текстуры y, представляющий собой угол наклона большей оси эллипса к условной плоскости сдвига, может быть определен с помощью выражения

,                (1)

где e - относительный сдвиг при превращении срезаемого слоя в стружку. Цепочки эллипсов в направлении их больших осей (рис.9) и представляют собой линии текстуры деформации стружки. Как видно из формулы (1), угол текстуры y зависит от степени деформации срезаемого слоя. Чем больше степень деформации, определяемая относительным сдвигом e, тем меньше угол текстуры и наоборот. Превращение сфероидального зерна в эллипсовидное, является следствием первичной деформации срезаемого слоя при прохождении зерна через зону первичной деформации или условную плоскость сдвига.