Образование стружки при металлорезании: типы, процессы и применение

Что такое образование стружки?

Образование стружки — часть процесса резания материалов механическими средствами с помощью инструментов: пил, токарных, фрезерных резецов. Понимание теории и инженерии этого процесса важно для развития таких машин и их режущих инструментов.

Формальное изучение образования стружки активизировалось во время ВМВ и после, с ростом применения более быстрых и мощных режущих машин, особенно для металлорезания с новыми высокоскоростными сталями.

Образование стружки обычно описывают по трехкомпонентной модели Франца. Эта модель известна в проектировании режущих станков, также используется в столярном деле для детального описания стружки.

БОЛЬШЕ: 1. Что такое токарный станок? 2. Что такое обработка? 3. Пилы — 35 типов пил

Типы стружки

1. Непрерывная стружка

При обработке ковких материалов с высокой скоростью и минимальным трением инструмент/материал. Из-за непрерывной пластической деформации инструментом образуется такой тип стружки.

Мягкая сталь, медь — ковкие материалы. Толщина стружки равна всей длине. Обычно дает хорошую чистоту поверхности. Главный недостаток — трудно утилизировать и обрабатывать. Условия образования непрерывной стружки:

• Ковкий материал (мягкая сталь).
• Большой передний угол инструмента.
• Высокая скорость резания.
• Минимальное трение на границе стружка-инструмент.
• Малая глубина резания.

Преимущества

• Лучшая чистота поверхности ковкого материала.
• Меньше тепла за счет минимального трения грань инструмента-стружка.
• Низкое потребление мощности.
• Долгая жизнь инструмента за счет меньшего износа.

2. Прерывистая стружка (Discontinuous Chips)

Если стружка при обработке не непрерывна — образуется с перерывами.

Прерывистая стружка образуется при обработке хрупких или твердых металлов: латунь, бронза, чугун.

Также образуется в ковких материалах при высоком трении инструмент-заготовка. Для ковких материалов прерывистая стружка — плохой признак: плохая чистота, процесс замедляется.

Условия образования прерывистой стружки:

• Низкая подача.
• Малый передний угол инструмента.
• Высокая скорость резания.
• Высокие силы трения на границе стружка-инструмент.
• Слишком большая глубина резания.

Преимущества

При хрупких материалах дает хорошую чистоту, увеличивает жизнь инструмента, снижает потребление мощности.

Недостатки

При ковких материалах: плохая чистота поверхности, чрезмерный износ инструмента.

3. Непрерывная стружка с наростом на передней кромке (Built-Up Edge)

При обработке ковких материалов непрерывная стружка с наростом (BUE) образуется при высокой температуре и давлении в зоне резанья и трении граней стружки и инструмента.

Похожа на непрерывную, но шероховата из-за нароста. Может вызывать приклеивание/сварку материала к кромке инструмента.

Как образуется?

Когда стружка течет вверх и трение на границе стружка-инструмент высокое. Тепло у носа инструмента очень высокое из-за высокого трения. Сжатый металл приваривается к носу инструмента — built-up edge. Если стружка течет через этот нарост, он ломается и уходит со стружкой — built-up edge chips. Остаток нароста прилипает к поверхности заготовки, делая ее толще.

Почему возникают непрерывные стружки с BUE?

• Ковкий материал при обработке.
• Малый передний угол инструмента.
• Низкая скорость резания.
• Нехватка СОЖ — повышает трение грани стружка-инструмент.
• Большая толщина стружки.
• Высокая температура заготовка-инструмент.
• Высокая подача инструмента.

Преимущества

Образование BUE имеет одно преимущество: защищает инструмент от повреждения высоким трением и температурой, увеличивая жизнь инструмента.

Недостатки

Образование таких стружек дает шероховатую поверхность, изменяет передний угол и режущие силы.