ФІЗИЧНІ ОСНОВИ ПРОЦЕСУ РІЗАННЯ

Експериментальні методи вивчення процесу утворення стружки і зони деформування Для вивчення процесу стружкоутворення розмірів і форми зони деформування використовують різні експериментальні методи: візуальне спостерігання відполірованої бокової поверхні оброблюваного зразка; спостерігання сітки що нанесена на бокову відполіровану поверхню і вимір її викривлення внаслідок пластичної деформації шару що зрізується метод координатної сітки; кінозйомка процесу різання і явищ які його супроводжують; вивчення мікрошліфів зони різання;...

2014-07-07

117.05 KB

9 чел.


Поделитесь работой в социальных сетях

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск


Лекція 4 ФІЗИЧНІ ОСНОВИ ПРОЦЕСУ РІЗАННЯ. стружкоутворення

4.1 Загальні уявлення про пружно-пластичні деформації

та руйнування твердих тіл

4.1.1 Основні різновиди деформованого стану

Перетворення шару, що видаляється при різанні, в стружку є однім із різновидів процесу пластичної деформації металу. Основною ознакою пластичної деформації є безповоротна зміна форми тіла під дією зовнішніх сил без порушення суцільності тіла, що деформується. Розрізняють три основних види деформованого стану малого об’єму тіла (рис. 4.1):

  •  Розтягування, при якому в напрямку однієї із трьох головних осей деформації спостерігається подовження, а в напрямку двох осей, що залишились, укорочення. Якщо дві негативні деформації укорочення рівні проміж собою, то розтягування називається простим.
  •  Стиснення, при якому в напрямку однієї із трьох головних осей деформації спостерігається укорочення, а в напрямку двох осей, що залишились, подовження. Якщо дві позитивні деформації подовження рівні між собою, то стиснення називається простим.
  •  Зсув, при якому деформація в напрямку однієї із трьох головних осей деформації відсутня, в напрямку другої головної осі спостерігається укорочення, а в напрямку третьої головної осі рівне йому подовження.

Рисунок 4.1 – Основні види деформованого стану:

розтягування (а), стиснення (б), зсув (в)

Різновидностями зсуву є чистий зсув і простий зсув (рис. 4.2).

Рисунок 4.2 – Різновидності зсуву: чистий зсув (а), простий зсув (б)

При чистому зсуві виникає рівномірне укорочення в напрямку однієї осі і рівномірне подовження в напрямку другої осі, яка перпендикулярна до першої. Квадрат ABCD перетворюється в конгруентний ромб A1B1C1D1 при незмінному об’ємі тіла.

При простому зсуві деформація полягає в переміщенні всіх точок тіла в напрямку, що паралельний тільки одній осі, на відстань, яка пропорційна відстані точки тіла від цієї осі в напрямку другої осі. Як наслідок простого зсуву квадрат ABCD перетворюється в рівновеликий паралелограм A1B1C1D1 з тим же розміром основи і висоти, що і у початкового квадрата.

4.1.2 Дислокаційна теорія пластичної деформації

Відомо, що всі метали та їх сплави мають кристалічну структуру.

В металі, як і в усякому реальному кристалічному тілі, кристали орієнтовані різним чином, діляться на блоки розміром 103 – 105 мм, повернуті відносно один одного на невеликі кути. Крім того, в кристалах знайдені вільні вакансії (незаповнені атомами вузли просторової решітки), дірки, зміщення атомів. Ці недосконалості побудови кристалів називаються дислокаціями і є причиною того, що міцність реальних металів і сплавів значно менша теоретичної міцності, яка обумовлена взаємодією електронів з іонами в кристалічній решітці.

Дислокації поділяються на два типи: крайові та гвинтові.

Крайова дислокація являє собою лінійний дефект кристалічної структури, положення якого відмічається “зайвою” вертикальною атомною площиною в верхній половині кристалу (рис. 4.3).

Рисунок 4.3 – Структура крайової дислокації

Поблизу дислокації викривлення структури найбільше. Проста крайова дислокація необмежено продовжується в площині ковзання в напрямку нормальному до траєкторії ковзання.

Механізм переміщення дислокації і ковзання, яким воно супроводжується, проілюстрований на рис. 4.4. Коли атоми, які розташовані по одну сторону від площини ковзання, переміщуються відносно атомів на другій стороні, то частина атомів в площині ковзання буде відштовхуватись своїми сусідами по іншу сторону площини ковзання, а частина притягуватися. В першому приближенні ці сили взаємно компенсуються і тому зовнішня сила, яка потрібна для переміщення дислокації, буде надто малою. Таким чином, наявність дислокацій робить кристал дуже пластичним. Переміщення крайової дислокації можна сподобити переміщенню складки по килиму; складка переміщується легше, чим весь килим одночасно. Але при переміщенні складки має місце і деякий зсув килима в цілому.

Рисунок 4.4 – Переміщення дислокації під час зсуву;

верхня частина поверхні зразка зміщується вправо

Другий тип дислокації – гвинтова дислокація (рис.4.5). Межа між частиною кристалу, яка змістилися, та частиною, яка не зміщувалась, розташована паралельно напрямку ковзання, а не перпендикулярна йому, як при крайовій дислокації. Гвинтову дислокацію можна представити як зміщення частин кристалу по обидві сторони розрізу назустріч одне одному на одну міжатомну відстань паралельно краю розрізу.

Рисунок 4.5 – Схематичне зображення гвинтової дислокації

Довільну дислокацію можна вважати такою, що складається із відрізків, які мають крайову і гвинтову дислокації. Таким чином, ковзання дуже тонких шарів металу при пластичній деформації проходить не поздовж всієї кристалічної площини, а являє собою чергу послідовних зміщень окремих дільниць решітки, які полегшуються наявністю вад в її побудові.

Під час кожного зміщення (зсуву) викривлюються кристалографічні площини решітки та утворюється велика кількість уламків, які сприяють відновленню зчеплення і тим самим припиненню зсуву на відповідній дільниці. Подальше підвищення навантаження викликає зсув в наступній площині і, як наслідок, – таке ж зміцнення. В результаті підвищується опір деформуванню з боку металу, іншими словами зменшується здатність його до подальшого пластичного деформування. Це явище називається зміцненням або наклепом.

4.1.3 Експериментальні методи вивчення процесу утворення стружки

і зони деформування

Для вивчення процесу стружкоутворення, розмірів і форми зони деформування використовують різні експериментальні методи:

  •  візуальне спостерігання відполірованої бокової поверхні оброблюваного зразка;
  •  спостерігання сітки, що нанесена на бокову відполіровану поверхню і вимір її викривлення внаслідок пластичної деформації шару, що зрізується (метод координатної сітки);
  •  кінозйомка процесу різання і явищ, які його супроводжують;
  •  вивчення мікрошліфів зони різання;
  •  поляризаційно-оптичне вивчення напружень в зоні різання;
  •  вимірювання твердості і розрахунок напружень в зоні різання;
  •  мікроскопічне (електронно-мікроскопічне) дослідження стружки і зони різання;
  •  рентгеноструктурний аналіз.

4.1.4 Типи стружок, що утворюються при різанні пластичних

і крихких матеріалів

В 1870 р. І.А.Тіме вперше запропонував класифікацію типів стружок, які утворюються при різанні різноманітних матеріалів. Згідно з нею при обробленні пластичних матеріалів утворюються три типа стружок: елементна, східчаста, зливна, а при обробці крихких – елементна або стружка надлому (рис. 4.6, а, б, в, г).

Елементна стружка (див. рис. 4.6, а) складається з окремих пластично деформованих елементів, які не зв’язані між собою.

Східчаста стружка (див. рис. 4.6, б) складається із окремих слабо зв’язаних між собою елементів.

Зливна стружка (див. рис. 4.6, в) – це стружка, що сходить з різця у вигляді суцільної стрічки, яка звивається у спіраль.

Стружка надлому (див. рис. 4.6, г) складається із окремих дрібних шматочків неправильної форми, не зв’язаних або дуже слабо зв’язаних між собою.

Елементну, східчасту і зливну стружки називають стружками зсуву, тому що їх утворення пов’язане з напруженнями зсуву. Стружку надлому інколи називають стружкою відриву, тому що її утворення пов’язано з напруженнями розтягування.

Рисунок 4.6 – Типи стружок: елементна (а), східчаста (б),

зливна (в), стружка надлому (г)

Тип стружки багато в чому залежить від виду і механічних властивостей оброблюваного матеріалу. Як говорилось раніше, при різанні пластичних матеріалів можливе утворення елементної, східчастої і зливної стружок. По мірі збільшення твердості і міцності оброблюваного матеріалу зливна стружка перетворюється в східчасту, а потім в елементну. При обробленні крихких матеріалів утворюється або елементна стружка, або стружка надлому. З підвищенням твердості, наприклад, чавуна, елементна стружка переходить в стружку надлому.

З геометричних параметрів інструменту найбільш сильно на тип стружки впливає передній кут і кут нахилу головної різальної кромки. При обробленні пластичних матеріалів вплив кутів γ і λ однаковий: по мірі їх збільшення елементна стружка переходить в східчасту, потім в зливну. При різанні крихких матеріалів при великих значеннях γ утворюється стружка надлому, яка по мірі зменшення переднього кута перетворюється в елементну. При збільшенні λ стружка поступово перетворюється в елементну.

На тип стружки впливає також подача (товщина зрізу) і швидкість різання. Глибина різання на тип стружки практично не впливає. Збільшення подачі s (товщини a) призводить при різанні пластичних матеріалів до послідовного переходу від зливної стружки до східчастої і елементної. При різанні крихких матеріалів із збільшенням s елементна стружка переходить в стружку надлому.

Найбільш складно на тип стружки впливає швидкість різання. При різанні більшості вуглецевих і легованих конструкційних сталей (за межами утворення наросту), по мірі збільшення V стружка із елементної стає східчастою, а потім зливною. Але при обробці деяких жароміцних сталей і сплавів, титанових сплавів підвищення швидкості різання, навпаки, перетворює зливну стружку в елементну. Фізична причина цього явища до цього часу повністю не з’ясована.

Підвищення швидкості різання при обробці крихких матеріалів супроводжується переходом стружки надлому в елементну стружку із зменшенням розмірів окремих елементів та збільшенням міцності зв’язку між ними.

Тип стружки, яка утворюється, має важливе значення в умовах автоматизованого виробництва, що пов’язано з автоматичним видаленням стружки від верстата. Основним типом стружки в промислових умовах є зливна стружка (частіше) і східчаста (рідше) під час оброблення пластичних матеріалів, а також елементна стружка – під час оброблення крихких матеріалів. Для поліпшення видалення зливної стружки використовують різні прийоми і засоби її подрібнення.

В сучасній світовій практиці проблема подрібнення та відведення стружки при точінні вирішується шляхом утворення різноманітних складних форм передньої поверхні змінних пластин, оптимізації їх геометричних параметрів і конструкції різця. Найбільш широко такі змінні різальні пластини використовують з державками на верстатах з ЧПК і гнучких виробничих модулях.

4.1.5 Процес утворення зливної стружки в умовах

вільного прямокутного різання

Дослідження, що були проведені за допомогою ділильної сітки, а також вимірюванням мікротвердості коренів стружки, показали, що між шаром, який відокремлюється, і утворюваною стружкою існує більш або менш чітко виражена перехідна зона. Схема, яка пояснює процес утворення зливної стружки, має вигляд, показаний на рис. 4.7.

Рисунок  4.7 – Зони деформацій при перетворенні зрізуваного шару

в зливну стружку

Лезо інструменту через площадку C діє на зрізуваний шар, який має товщину a. Зосереджена сила R, з якою передня поверхня інструменту діє на зрізуваний шар, називається силою стружкоутворення. Лінія OK є нейтральною лінією, яка розмежовує області напружень стиску (зліва) і розтягу (справа) в оброблюваному матеріалі, що розташований нижче поверхні різання.

Перед передньою поверхнею розташована зона I первинної деформації. Зона первинної деформації OABCO має форму клина з вершиною на кромці інструмента. Її нижня межа OA вгнута і пересікає продовження поверхні різання. Верхня межа OB зони випукла і її довжина в 2-4 рази менше довжини лінії OA. Лінія AB плавно сполучає оброблювану поверхню з вільною стороною стружки. Лівіше лінії OA знаходяться ще не деформовані зерна матеріалу зрізуваного шару, а правіше – зерна матеріалу, які належать стружці. Зерно зрізуваного шару переміщується відносно інструменту з швидкістю різання V, починає деформуватися в точці F і, проходячи по траєкторії свого руху, здобуває ще більший ступінь деформації. Деформація зерна закінчується в точці Q, де зерно здобуває швидкість Vс, яка дорівнює швидкості стружки. В зв’язку з тим, що ширина стружки приблизно дорівнює ширині зрізу, то можна вважати, що деформований стан в зоні стружкоутворення є плоским і зрізуваний шар деформується зсувом. В зв’язку з цим, лінія OA фізично є поверхнею зсуву, на якій напруження зсуву τ дорівнюють границі текучості τs матеріалу на зсув. Вся зона I складається із подібних віялоподібно розташованих поверхонь, в кожній з яких напруження зсуву дорівнюють межі текучості матеріалу, який уже здобув деяку ступінь зміцнення внаслідок попередньої деформації. Лінія  є поверхнею, на якій проходять останні деформації зсуву; на ній напруження зсуву дорівнюють границі текучості s на зсув остаточно зміцненого внаслідок перетворення відокремлюваного шару матеріалу в стружку: = s.

Якби між передньою поверхнею леза і контактною поверхнею стружки було б відсутнє тертя, то на цьому деформування зерен зрізуваного шару закінчилось би. Але між указаними поверхнями завжди є тертя, тому зерна матеріалу, які знаходяться в безпосередній близькості від контактної поверхні стружки, продовжують деформуватись і після виходу їх із зони первинного деформування. Таким чином виникає зона II вторинної деформації, яка обмежена передньою поверхнею леза і лінією CD. Ширина OD зони повторної деформації приблизно дорівнює половині ширини зони контакту c/2, а максимальна товщина 1 в середньому складає 0,1 товщини стружки ас. Ступінь деформування в зоні II може в 20 і більше разів перевищувати середню деформацію стружки. Наявність зони вторинної деформації та ступінь деформації зерен в цій зоні визначаються інтенсивністю тертя на передній поверхні леза. Чим менша сила тертя на передній поверхні, тим менший розмір 1 і, відповідно, інтенсивність деформації.

При інженерних розрахунках реальний процес стружкоутворення замінюють його спрощеною моделлю. Правильність такого підходу підтверджується тим, що при передніх кутах інструменту, товщинах зрізуваного шару і швидкостях різання, які застосовуються в виробничих умовах, довжина зони FQ первинної деформації різко зменшується, її межі OA и OB зміщуються, наближаючись до деякої лінії OE, нахиленої до поверхні різання під кутом . Це дозволяє вважати, що зсувні деформації локалізуються в тонкому шарі , а сімейство поверхонь можна замінити однією площиною зсуву, яка називається умовною площиною зсуву. При такій ідеалізації процес перетворення зрізуваного шару в стружку можливо трактувати як процес пластичного стискування і зсуву тонких шарів оброблюваного матеріалу вздовж умовної площини зрізу, який циклічно повторюється.



 

Другие похожие работы, которые могут вас заинтересовать.
2200. ДИНАМІКА ПРОЦЕСУ РІЗАННЯ 80.79 KB
  Сила стружкоутворення на передній поверхні леза інструменту в умовах вільного прямокутного різання Силою стружкоутворення називається сила яка прикладається до інструмента для виконання процесу утворення стружки...
2213. Схеми і особливості процесу різання при шліфуванні 192.43 KB
  В теоретичних дослідженнях реальна форма абразивного зерна замінюється моделями, які мають визначену геометричну форму – кулі; конуса з загостреною, закругленою або зрізаною вершиною; циліндра, призми або їх сукупностей; еліпсоїду обертання і таке інше. Вибір моделі визначається задачами дослідження, а параметри моделі знаходяться з допомогою експерименту з наступним обробленням результатів методами математичної статистики.
4365. Суть процесу горіння. Теоретичні основи механізму горіння і вибуху 7.26 KB
  Суть процесу горіння. Теоретичні основи механізму горіння і вибуху. Горіння екзотермічна реакція окислення речовини яка супроводжується виділенням диму та виникненням полумя або світінням. Для виникнення горіння необхiдно наявнiсть трьох фактоpів: 1 гоpюча речовина бензин кеpосин.
10381. ОСНОВИ ЛІКУВАЛЬНОЇ ФІЗИЧНОЇ КУЛЬТУРИ. ФОРМИ І ЗАСОБИ ЛФК. ОСНОВИ МЕДИЧНОГО КОНТРОЛЮ 136.64 KB
  Антропометричні дослідження і функціональні проби, що застосовуються під час вивчення стану нервової, серцево-судинної, дихальної, травної систем опорно-рухового апарату. Визначення та оцінювання фізичного розвитку і стану здоров’я людей. Спостереження за пацієнтами під час занять лікувальною фізичною культурою.
21264. ФІЗИЧНІ ОСОБИ, ЯК СУБ’ЄКТИ МІЖНАРОДНОГО ПРАВА 54.04 KB
  Іноземці які тимчасово перебувають на території України. Правове становище громадян України за кордоном. Страсбург діє щодо держав-членів Ради Європи та двохсторонні міжнародні договори за участю України про усунення випадків подвійного громадянства наприклад Договір між Україною та Республікою Узбекистан про запобігання виникненню випадків подвійного громадянства від 05.
2107. Фізичні процеси поширення електричної енергії (хвиль) у довгих лініях 363.69 KB
  Лекція “ Аналіз залежностей взаємного впливу від частоти і довжини лінії. У кабельних ланцюгах необхідно враховувати всі чотири первинних параметри впливу g k r m причому їх співвідношення і питома значимість змінюються залежно від частоти переданих сигналів. 1 випливає: в області НЧ тональний спектр домінують ємнісні зв’язки інші складові зв’язків у цьому діапазоні пренебрежимо малі; зі зростанням частоти збільшується питомий внесок магнітного впливу і...
2219. МЕТОДИКИ ПРИЗНАЧЕННЯ РЕЖИМІВ РІЗАННЯ ЛЕЗОВИМ ІНСТРУМЕНТОМ 61.3 KB
  Загальні поняття про режим різання Режимом різання називають сукупність глибини різання подачі швидкості різання та періоду стійкості інструменту. Раціональним режимом різання називають такий який при виконанні всіх вимог що висунуті до якості оброблюваної деталі забезпечує при мінімальній собівартості операції максимально можливу для даної собівартості продуктивність. З’ясуємо який параметр режиму – глибину різання чи подачу – доцільніше збільшувати в першу чергу.
2227. Вплив факторів на складові сили різання. Коливання при різанні 72.37 KB
  Вплив факторів на складові сили різання. Чим більша міцність або твердість оброблюваного матеріалу тим більший опір він спричиняє при обробленні а значить буде більшою і головна складова сили різання. Вплив глибини різання і подачі. При збільшенні глибини різання в два рази також в два рази збільшується ширина зрізу рис.
2221. ФОРМУВАННЯ ХАРАКТЕРИСТИК ОБРОБЛЕНОЇ ПОВЕРХНІ ДЕТАЛІ В ПРОЦЕСІ РІЗАННЯ 50.71 KB
  Якість поверхні при обробленні різанням Оброблення різанням суттєво змінює експлуатаційні властивості виготовлених деталей машин насамперед внаслідок формування поверхні певної якості: формування шорсткості поверхні та зміни фізикомеханічних характеристик матеріалу поверхневого шару. В поняття якості поверхні входять дві групи параметрів які визначають з однієї сторони геометрію реальної поверхні і з другої – її фізичні властивості. Геометричні параметри обробленої циліндричної поверхні характеризуються наступними відхиленнями від...
2225. Вплив різних факторів на температуру в зоні різання при точінні 56.47 KB
  Вплив різних факторів на температуру в зоні різання при точінні. Чим більші границя міцності σв і твердість HB HRC оброблюваного матеріалу тим більшу силу опору необхідно здолати при стружкоутворенні а отже витратити на процес різання більшу роботу. Як наслідок виділяється більше тепла і вищою буде температура різання.2 Вплив елементів режиму різання.
© "REFLEADER" http://refleader.ru/
Все права на сайт и размещенные работы
защищены законом об авторском праве.