НАРОСТООБРАЗОВАНИЕ ПРИ РЕЗАНИИ МЕТАЛЛОВ

При резании ряда металлов и особенно широкой номенклатуры углеродистых сталей в определенных температурно-скоростных условиях на передней поверхности инструмента возникает клинообразный, очень твердый нарост, являющийся, по сути, продолжением режущего клина инструмента (рис.3.18). Нарост оказывает существенное влияние на характеристики процесса резания (деформацию и силы), а также на стойкость инструмента и шероховатость обработанной поверхности. Исследованию этого явления посвящено большое число работ, однако многие вопросы до сих пор являются спорными.

Рис. 3.18. Схема образования нароста

Принято считать, что нарост на передней поверхности инструмента образуется из заторможенного слоя срезаемого металла при определенном напряженном состоянии зоны резания, когда наблюдается разрушение металла в самой стружке, уже прошедшей деформацию в условной плоскости сдвига. В этом случае стружка перемещается не по передней поверхности инструмента, а по наросту, примерная схема образования которого показана на рис. 3.18.

Исследования шлифов «корней» стружек показали, что нарост нависает над задней поверхностью инструмента, имеет слоистое строение и закругленную вершину (рис. 3.19). При этом передний угол инструмента γ увеличивается до фактического переднего угла γ_Ф, т.е. γ_Ф > γ.

Рис. 3.19 Схема строения нароста	Рис. 3.20 Схема разрушения нароста

С помощью высокочастотной киносъемки было установлено, что нарост не является полностью стабильным слоем. Периодически его верхние слои обновляются и сам он полностью или частично разрушается. При этом частота возникновения и срывов нароста доходит до 3000...4000 циклов/мин. При резании вершина нароста опускается ниже линии среза и поэтому толщина срезаемого слоя больше номинальной толщины на некоторую величину Δ_a (см. рис. 3.19).

При разрушении нароста часть его внедряется в обработанную поверхность, а часть уносится со стружкой (рис. 3.20). Силы сцепления нароста с передней поверхностью достаточно большие, и поэтому часто наблюдается разрушение твердосплавных инструментов, имеющих пониженное сопротивление разрыву. По этой причине твердые сплавы рекомендуется использовать только на тех режимах резания, когда нарост отсутствует.

Характерным признаком наростообразования является высокая шероховатость обработанной поверхности, вызванная внедрившимися частицами разрушенного нароста. Хотя нарост и предохраняет заднюю поверхность инструмента от контакта с обработанной поверхностью, однако полностью освободить ее от износа не может из-за периодических срывов и внедрения остатков нароста в обработанную поверхность.

Рис. 3.21. Схема влияния скорости резания v на температуру резанияθ, высоту нароста Н и фактическое значение переднего углаγФ

На размеры нароста (высота Н, длина подошвы l, фактический передний угол γ_Ф) основное влияние оказывают механические свойства обрабатываемого материала, толщина а срезаемого слоя (подача s), передний угол γ и применяемая СОЖ (см. рис. 3.19).

Ряд таких материалов, как медь и ее сплавы, титановые сплавы, высоколегированные стали с большим содержанием хрома и никеля, закаленные стали и белый чугун практически не образуют нароста. У металлов, склонных к наростообразованию, размеры нароста тем больше, чем пластичнее металл и меньше его прочность и твердость. Кривые влияния скорости резания на его параметры показаны на рис. 3.21.

Влияние на наростообразование СОЖ из-за трудностей проникновения последней на площадку контакта при высоких удельных давлениях проявляется главным образом через изменение температуры резания. Поэтому при использовании СОЖ область наростообразования расширяется, смещаясь в сторону больших скоростей резания. При этом устойчивость и стабильность нароста на всех скоростях резания повышается, а коэффициент трения снижается. Это объясняется частичным попаданием СОЖ через микропоры, трещины, неровности, особенно с боковых сторон сходящей стружки.

Влияние переднего угла γ и толщины среза а на высоту нароста Н схематично показано на рис. 3.22. Из этого рисунка видно, что при изменении скорости резания v кривые Н = f(v) носят «горбообразный» характер с максимумом высоты нароста Н при скорости резания v, когда температура θ = 300°С. Если увеличивать передний угол до максимально возможной по условиям прочности режущего клина величины γ = 40...45°, то нарост не образуется при любых скоростях резания. С дальнейшим ростом температуры резания θ снижаются прочность нароста и силы его сцепления с передней поверхностью инструмента. При температуре резания θ = 600 °С высота нароста Н уменьшается до 0.

Рис. 3.22. Схемы влияния скорости резания v, переднего угла γ (а) и толщины срезаемого слоя а (б) на высоту нароста Н