Резка металлов: образование и виды стружки

Представление о сущности процесса резания и характере происходящих при этом явлений имеет исключительное значение для осуществления высокопроизводительного резания в различных производственных условиях. Первое подробное описание процесса образования стружки, заложившее основы науки о резании металлов, дано русским ученым профессором И. А. Тиме, который в шестидесятых годах прошлого столетия произвел ряд исследований в этом направлении.

Он установил три вида стружки: скалывания, сливная и надлома, названия которых существуют и в настоящее время, и вывел основные зависимости для определения величины сил резания. Дальнейшие исследования русских ученых проф. Зворыкина, проф. Брикса, Усачева и др., а также некоторых иностранных ученых расширили и уточнили представления о процессе стружкообразования. Наибольший размах исследовательские работы в нашей стране получили после Великой Октябрьской социалистической революции, особенно после возникновения стахановского движения.

Схему процесса стружкообразования удобно рассмотреть на примере работы строгального резца. При перемещении резца со скоростью резания частицы неподвижной заготовки испытывают давление в том месте, где резец соприкасается с заготовкой. Под действием этого давления в срезаемом слое возникают напряжения, вызывающие пластическую деформацию слоя. Наибольшее напряжение наблюдается в непосредственной близости к передней поверхности резца, по мере удаления от последней напряжения в срезаемом слое ослабевают.

Следствием пластической деформации является изменение механических свойств деформированного слоя: твердость и хрупкость его возрастают. Хрупкость деформированного слоя, возрастающая одновременно с увеличением давления, может привести к появлению трещины, которую называют опережающей. Направление этой трещины неопределенно, часто она уходит вглубь заготовки, ухудшая качество обработанной поверхности. Чем меньше толщина слоя, тем меньше размеры опережающей трещины.

При снятии тонких стружек трещина большей частью отсутствует, и обработанная поверхность получается более чистой. Когда напряжения в деформированном слое превзойдут силы сцепления между частицами, произойдет отделение (скалывание) очередного элемента стружки от основной массы металла. Направление плоскости скалывания определяется углом, величина которого для разных условий работы и разных материалов колеблется в пределах 30—35°.

Практически применяемые скорости резания довольно высоки. Поэтому при обработке пластичных металлов (сталь, алюминиевые сплавы и др.) полного отделения скалываемого элемента от остальной массы срезаемого металла не произойдет. Прежде чем скалываемый элемент поспеет полностью отделиться, резец, продвигаясь быстро вперед, начинает образование и скалывание следующего элемента. Дальнейшее перемещение элементов стружки происходит совместно, и механическая связь между ними сохраняется достаточно прочной. Этому способствует высокая температура и значительное давление, при которых совершается процесс резания.