Стружкообразование и контактное взаимодействие при врезании Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

СТРУЖКООБРАЗОВАНИЕ И КОНТАКТНОЕ

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПРИ ВРЕЗАНИИ Солодков Владимир Анатольевич, к.т.н., доцент (e-mail: v-a-solodkov@yandex.ru) Лишенко Даниил Сергеевич, студент (e-mail: danwm@yandex.ru,) Волгоградский государственный технический университет, Россия

В данной статье раскрываются особенности формирования процессов пластического деформирования в зонах стружкообразования и контактного взаимодействия по передней поверхности в момент врезания твердосплавного инструмента в обрабатываемый материал.

Ключевые слова: пластическое деформирование, зона стружкообразования, контактное взаимодействие, микротвердость, корень стружки.

Процессы пластического деформирования в зонах стружкообразования и контактного взаимодействия по передней поверхности в момент врезания и при последующем резании, их особенности и отличия от установившегося резания практически не исследованы. В отдельных работах [1, 2, 3] контактное взаимодействие при прерывистой обработке рассматриваются, однако, применительно к быстрорежущему инструменту.

При установившемся резании роль качественных и количественных характеристик пластического деформирования и контактного взаимодействия в формировании основных характеристик процесса резания наиболее полно раскрыта в работе [4]. Поэтому именно эти представления были приняты за основу для условий прерывистого резания.

Характеристики пластического деформирования и контактного взаимодействия при прерывистом резании измерялись на корнях стружек, полученных в различные моменты от начала врезания. Чтобы учитывать только прерывистость процесса резания и исключить влияние переменной толщины срезаемого слоя (явление присущее фрезерованию) использовалось специальное приспособление [5].

На рисунках 1а, 2а, 3а показаны корни стружек, полученные на разном расстоянии от начала врезания в одинаковых условиях обработки (BK8 -сталь 45; V = 60 м/мин; Sz = Бо = 0,34 мм/об). На рисунках 1б, 2б, 3б дано соответствующее схематичное изображение контактной зоны.

Для каждого корня стружки дана микротвердость по длине контакта на различном расстоянии Z от передней поверхности инструмента (рисунки 1в, 2в, 3в). Микротвердость измерялась на трех различных уровнях - 15, 30 и 135 мкм. Последний уровень располагается выше контактной зоны и фактически показывает упрочнение материала в зоне стружкообразования.

а)

Рисунок 1 - Вид и характеристики контактной зоны при длине резания 1 мм а) - вид контактной зоны; б) - схематичное изображение контактной зоны; в) - микротвердость по длине контакта

Адгезионное взаимодействие вновь образующейся стружки с передней поверхностью инструмента возникает практически в момент врезания и начинается на некотором удалении от режущей кромки, что подтверждает предположения [6]. Об этом свидетельствуют, во-первых, изгиб линий текстуры (рисунок 1а) в направлении к передней поверхности инструмента (вследствие торможения стружки), а во-вторых, пик микротвердости, вызванный упрочнением обрабатываемого материала вследствие начавшейся в этот момент и в этом месте контактной пластической деформации рисунок 1 в).

Необходимо сделать следующее замечание. Анализируя микрошлифы корней стружек полученных при врезании, следует учитывать, что характер контактного взаимодействия в каждый момент времени отличается от того, что было в предыдущий момент и от того, что будет в последующий. Это принципиально отличается от установившегося резания, когда характер контактного взаимодействия стабилен в течении длительного времени и его можно описать какой-то одной схемой (рисунок 3б).

5)

6000

2000

X, мм

61

Рисунок 2 - Вид и характеристики контактной зоны при длине резания 10 мм а) - вид контактной зоны; б) - схематичное изображение контактной зоны; в) - микротвердость по длине контакта

В данном случае (рисунок 1в) резкое падение микротвердости после максимума не есть результат какого-то мгновенного температурного разупрочнения. Это падение означает только то, что эти объемы материала не претерпели контактного пластического деформирования и, следовательно, не упрочнились.

Следует отметить, что начало адгезионного взаимодействия не на режущей кромке, где, как известно, действуют максимальные нормальные давления, а на некотором удалении от нее (рисунок 1а), по-видимому, связано с тем, что именно в этом месте достигается уровень температур, необходимый для установления адгезионных связей. Можно предположить, что от режущей кромки до этого места начальный участок стружки, перемещаясь, взаимодействует с передней поверхностью по механизму внешнего трения.

а!

Рисунок 3 - Вид и характеристики контактной зоны при длине резания 40 мм а) - вид контактной зоны; б) - схематичное изображение контактной зоны; в) - микротвердость по длине контакта

При длине резания 10 мм вновь происходит качественное изменение вида контактной зоны (рисунок 2а) - появляются следы контактного течения в районе режущей кромки. О зарождении этого течения еще ранее свидетельствовал пик микротвердости на этом участке (рисунок 2в). Текстура внутри этой зоны свидетельствует о развитом контактном течении обрабатываемого материала, а характер изменения микротвердости - об имеющих место процессах упрочнения и разупрочнения (рисунок 2в). Это означает также появление источника тепла большой интенсивности практически на самой режущей кромке.

После образования в контактной области двух участков пластического деформирования происходит непрерывное развитие пластического течения в районе режущей кромки. Результатом является преобразование обоих участков в единую контактную зону, которая аналогична тому, что имеет место при установившемся резании (рисунок 3). Отличия, в основном, касаются размеров зоны - при установившемся резании она больше. Резание

с единой контактной зоной занимает подавляющую длину каждого единичного реза.

Список литературы

1. Андреев Г.С., Повышение работоспособности режущего инструмента при периодическом резании / Г.С. Андреев // Станки и инструменты - 1979, с. 31 - 33.

2. Ташлицкий Н.И., Явление запаздывания усилий при прерывистом резании с переменной толщиной среза / Н.И. Ташлицкий // Вестник машиностроения - 1969, №4. с. 67 - 68.

3. Кабадин Ю.Г., Исследование температуры и адгезии при непрерывном и прерывистом резании / Ю.Г. Кабалдин // Станки и инструмент - 1980, №4. с. 27 - 29.

4. Талантов Н.В., Физические основы процесса резания, изнашивания и разрушения инструмента. - М.: Машиностроение, 1992. - 240 с.

5. А.с. 1578580 СССР, МПК 5 G 01 N 3/58 Устройство для получения корня стружки / Н.В. Талантов, В.А. Солодков, А.А. Липатов, Ю.М. Быков, М.Е. Дудкин; ВПИ. - 1990.

6. Лоладзе Т.Н., Прочность и износостойкость режущего инструмента / Т.Н. Лолад-зе. - М.: Машиностроение, 1982. - 320 с.

Solodkov Vladimir Anatoliyevich, Cand. Tech. Sci., associate professor

(e-mail: v-a-solodkov@yandex.ru)

Volgograd State Technical University, Volgograd, Russia

Lishenko Daniil Sergeevich, student

(e-mail: danwm@yandex.ru)

Volgograd State Technical University, Volgograd, Russia

CHIP FORMING AND CONTACT INTERACTION, WHEN CUTTING

This article describes the features of the formation of plastic deformation processes in the areas of chip formation and contact interaction on the front surface at the time of insertion of the carbide tool into the processed material.

Keywords: plastic deformation, chip formation zone, contact interaction, microhardness, chip root.