Типы стружки при металлорезании: формирование и влияние на обработку

При резании металлов на детали различных форм и размеров происходит потеря материала в виде стружки. Разные процессы резания дают разные типы стружки. В этой статье мы рассмотрим основные типы стружки при обработке различных материалов.

Что такое стружка в процессе металлорезания?

Чтобы придать металлу желаемую форму и размер, лишний металл удаляется с поверхности с помощью режущих инструментов и технологий. Этот удаленный и деформированный металл называется стружкой.

Перед глубоким изучением стружки ознакомимся с базовой терминологией металлорезания.

Передняя поверхность (Rake face): Рабочая грань режущего инструмента.

Угол наклона передней поверхности (Rake angle):

• Угол между передней поверхностью и нормалью к обрабатываемой поверхности.
• Больший угол обеспечивает лучшее резание и снижает силу резания.
• Но его можно увеличить в пределах, так как это уменьшает металлозапас у режущей кромки, снижая прочность наконечника и отвод тепла через инструмент.
• Обычно порядка 15 градусов, может быть нулевым или отрицательным при необходимости.

Угол заднего зазора (Clearance Angle):

• Угол между нижней гранью инструмента (боковой грань) и обработанной поверхностью.
• Задается, чтобы инструмент не трулся и не портил поверхность металла.
• Увеличивает силы резания, обычно 5–6 градусов.
• Также называется углом разлегчения.

Формирование стружки:

• При контакте инструмента с поверхностью металла происходит упругая, затем пластическая деформация металла в зоне контакта с передней гранью. Возникают сдвиговые напряжения, приводящие к текучести или разрыву.
• Деформированный металл (стружка) течет по передней грани инструмента и удаляется.
• Стружка дополнительно деформируется под действием трения в зависимости от условий резания.

Типы стружки при металлорезании

Существует три основных типа стружки:

1. Непрерывная стружка
2. Прерывистая стружка
3. Непрерывная стружка с наростом (BUE)

1. Непрерывная стружка

Стружка, образующаяся без интервалов при резании, называется непрерывной. Возникает при резании вязких материалов, например, стали.

Причины образования непрерывной стружки:

• Высокая скорость резания: Новый материал срезается до поломки стружки.
• Большой угол наклона: Обеспечивает плавное течение стружки.
• Вязкий материал: Вязкость — ключевой фактор. Чем выше вязкость, тем более непрерывная стружка.
• Низкий коэффициент трения: Высокое трение дает много тепла, делая материал хрупким.
• Малая глубина резания: Большая глубина склоняет к поломке стружки. Малая глубина и высокая скорость дают отличную чистоту поверхности.
• Низкое потребление энергии: Низкое трение и смазка снижают энергопотребление.
• Долгая жизнь инструмента: Вязкий материал, малое трение и смазка продлевают жизнь режущего инструмента.

2. Прерывистая стружка

При поломке или разрушении стружки в процессе резания образуется прерывистая стружка. Возникает при резании хрупких материалов, например, чугуна.

Причины образования прерывистой стружки:

• Низкая скорость резания: Стружка ломается до продвижения инструмента.
• Малый угол наклона: Выталкивает стружку вместо изгиба.
• Хрупкие материалы: Свойство ломаться дает прерывистую стружку.
• Высокие силы трения: Тепло делает материал хрупким.
• Большая глубина резания: Увеличивает толщину удаляемого слоя, вызывая поломку.

Последствия прерывистой стружки:

• Большое удаление материала: Полезно при большой разнице размеров заготовки и детали.
• Продление жизни инструмента на низких скоростях: Малый угол наклона помогает.
• Удобная утилизация: Маленькие куски легко утилизировать и перерабатывать.

3. Непрерывная стружка с наростом (BUE)

Тип непрерывной стружки при очень высоком трении между инструментом и деталью. Из-за высокого трения и температуры небольшое количество материала сваривается со стружкой.

Причины образования нароста:

• Высокая температура: Главная причина. При температуре выше температуры плавления металл сваривается, образуя нарост. Остальные факторы способствуют нагреву.
• Очень высокое трение: Основная причина повышения температуры.
• Недостаточное охлаждение: Малое количество СОЖ (обычно эмульсия масла и воды).
• Тип материала: Для непрерывной стружки материал должен быть вязким, поэтому нарост образуется на вязких материалах.
• Малый угол наклона: Фактор образования нароста, так как необходим для непрерывной стружки.

Последствия стружки с наростом:

• Продление жизни инструмента: Нарост защищает инструмент от высокой температуры.
• Шероховатая поверхность: Наросты на рабочей поверхности дают высокую шероховатость.
• Повышенное энергопотребление: Малый угол наклона и большая глубина резания увеличивают потребление энергии.

Резюме

При металлорезании образуются три типа стружки. Непрерывная стружка дает отличную чистоту поверхности — позитивное влияние.

Прерывистая стружка имеет и положительные, и отрицательные последствия.

Стружка с наростом оказывает преимущественно негативное влияние на деталь.