Наростообразование и явление наклепа при обработке резанием

Нарост – слой металла, образующийся на передней поверхности инструмента при некоторых условиях резания. Нарост состоит из сильно деформированного металла, твердость которого в 2 – 3 раза превышает твердость обрабатываемого металла, а структура отличается от структуры обрабатываемого металла и стружки.

Схема образования нароста следующая. При большом трении стружки о резец происходит срыв оксидных пленок с поверхностей. Если температура и давление на ювенильных (химически чистых) поверхностях достаточно высоки, то создается условия для адгезии (слипания при молекулярном взаимодействии), в результате которой происходит прочное присоединение контактного слоя стружки к передней поверхности и образование заторможенного слоя, служащего фундаментом для нароста. При скольжении стружки по заторможенному слою происходит образование следующего слоя нароста по аналогичному механизму, приводящее к увеличению высоты H нароста (рис.4.11, а).

Образование нароста – нестабильное явление. В процессе обработки нарост растет, достигает максимального значения, затем под действием сил трения частично или полностью разрушается и уносится со стружкой или вдавливается в обработанную поверхность. Частота срывов нароста зависит от скорости резания и достигает нескольких сот циклов в секунду (до 10² …10³ Гц).

а)	б)
Рис.4.11. Образование нароста (а) и изменение углов резания при наростообразовании (б).

Образование нароста ведет к увеличению переднего угла γ (рис.4.11, б), при этом снижается сила резания и износ инструмента. Значит, при трубой черновой обработке, когда возникают большие силы резания, снимается толстый слой металла и выделяется значительное количество тепла, наростообразование – положительное явление. Однако при чистовой обработке образование нароста снижает чистоту поверхности и точность обработки. Значит, при чистовой (окончательной) обработке наростообразование – отрицательное явление.

Наростообразование зависит от физико-механических свойств обрабатываемого материала, скорости резания, геометрии режущего инструмента и других факторов.

Материалы склонные к образованию нароста при обработке резанием: углеродистые стали и большинство легированных сталей, серый чугун, алюминий, силумин. Причем, чем меньше твердость и выше пластичность такого материала, тем больше размеры нароста (H и l на рис.4.11а), т.е. образование сливной стружки способствует росту нароста.

Материалы не склонные к образованию нароста: медь, латунь, бронза, олово, свинец, титановые сплавы, белый чугун; стали с большим содержанием никеля и хрома.

Применение смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ), тщательная доводка передней поверхности инструмента для снижения коэффициента трения между ней и отходящей стружкой уменьшают наростообразование.

Рис.4.12. Пластическая деформация металла при резании.

Инструмент всегда имеет радиус закругления режущего лезвия ρ (рис.4.12), обычно ρ ≈ 0,02 мм. Инструмент может срезать с заготовки стружку только, если условная глубина резания превышает радиус закругления вершина лезвия, т.е. t > ρ, при этом в стружку переходит только часть 1 срезаемого слоя, оставшаяся часть слоя 2 (см. рис.4.12), толщина которой примерно равна ρ, упруго и пластически деформируется, образуя обработанную поверхность. В результате обработанная поверхность получает наклеп (упрочнение), при этом возрастает твёрдость (иногда до 2 раз) и появляются остаточные напряжения. Остаточные напряжения могут быть растягивающими или сжимающими. При V = 300... 500 м/мин и отрицательных передних углах γ обычно возникают сжимающие остаточные напряжения. Сжимающие остаточные напряжения повышают предел выносливости детали, а растягивающие – снижают. Поэтому упрочнение поверхности при резании – полезное явление лишь при условии создания сжимающих остаточных напряжений. На процесс же резания наклеп оказывает отрицательное влияние: упрочнение, полученное при черновой обработке, быстро затупляет инструмент и повышается шероховатость при последующей чистовой обработке.