Современные представления о деформационных процессах

Современные представления о деформационных процессах

Наиболее широкое распространение получила упрощенная модель с условной плоскостью сдвига. Процесс превращения срезаемого слоя в стружку можно представить как процесс  последовательных пластических сдвигов с некоторой долей сжатия тонких слоев обрабатываемого материала вдоль условной плоскости сдвига (УПС) без нарушения сплошности материала [11; 43, 32; [i] и др.]. Правомерность такого допущения подтверждается экспериментом. Показано [11, [ii]], что при практически применяемых условиях резания сдвиговые деформации локализуются в очень тонком слое толщиной  (сотые доли миллиметра при высоких скоростях), а семейство поверхностей скольжения можно заменить единственной плоскостью  (группой параллельных плоскостей), наклоненной к поверхности резания под углом сдвига, причем . Эта идеализация становится тем более правомочной, чем больше скорость резания и становится практически неприемлемой при обработке с низкими скоростями резания особенно металла в отожженном состоянии [35, стр. 28].

Такого подхода придерживаются Б. Ф. Бобров, К. А. Зворыкин, Т. Н. Лоладзе, А. М. Розенберг и др. отечественные ученые, а также Мерчант, Шоу (Shaw), Эрнст и многие другие ученые. Однако, анализ литературы показал, что по степени упрощения можно выделить три основных модели с одной плоскостью сдвига:

Собственно модель с одной условной плоскостью сдвига (рисунок 3.5 ). Одним из основных допущений является то, что , т. е. сдвиговые деформации локализуются в одной плоскости сдвига, наклоненной под углом  к поверхности резания (Б. Ф. Бобров [11], Мерчант [35], А. М. Розенберг [43], И. А. Тиме и др.). Часто, при анализе, принимается допущение о том, что вершина резца абсолютно острая и скольжение между инструментом и заготовкой отсутствует [35]. Однако, как отмечает И. Дж. А. Армарего, такие модели плохо согласуются с опытом [35].

Другой подход состоит в применении упрощенного поля линий скольжения к модели с одной плоскостью сдвига. Зона деформаций принята в виде зоны ограниченной прямыми линиями скольжения под углом  к поверхности резания (рисунок 3.6 ). Считается, что толщина полосы сдвига  этой зоны имеет некоторую конечную, хотя и малую величину. Некоторые авторы считают (Т. Н. Лоладзе, Оксли, Н. В. Талантов и др.), что нижняя граничная линия скольжения повернута под углом 45° к свободной поверхности. Для описания условий в зоне пластической деформации Оксли использовал усовершенствованные соотношения Хенки [35]. При анализе учитывалось распределение напряжений вдоль передней поверхности.

В  настоящее время все более широкое распространение находит развитая модель с полем линий скольжения, близким к одной плоскости сдвига [52, 58, [iii]]. По сути модель близка к предыдущей. Характерным  является то, что при анализе рассматривают деформируемый при переходе в стружку слой состоящим из трех потоков, разделенных по зонам очага деформации. Выделяют не только зону пластических деформаций А (зону стружкообразования), но и зону  контактных пластических деформаций В, переходную зону Б и зону Г пластических деформаций в поверхностном слое детали (рисунок 3.7,а,б). Авторами [52, 58, 59] теоретически получены зависимости, позволяющие оценить размеры каждой зоны.

Аналитические исследования модели с развитой зоной сдвига применительно к прямоугольному резанию более сложны по сравнению с моделью с одной плоскостью сдвига и в большинстве случаев, по мнению И. Дж. А. Армарего, требуют больше допущений и неопределенных параметров [35].

Трудности аналитического исследования зоны резания, в частности деформационных процессов, заставляли вводить упрощенные модели. Об этом свидетельствуют модели А. А. Брикса, Н. Н, Зорева, К. Окусимы и К. Хитомы, Палмера и Оксли, в большинстве которых поле линий скольжения представлялось в виде веера с центром в точке О, которая в общем случае не совпадает вершиной режущего клина [52; 35; 44 и др.], т. е. .

Известно решение Палмера и Оксли (1959г.) [35] для случая резания металла с очень низкими скоростями. Особенностью модели является допущение об отсутствии контакта стружки с передней поверхностью вблизи вершины режущего клина (рисунок 3.8) . В основу определения поля линий скольжения были положены усовершенствованные соотношения Хенки, учитывающие упрочнение материала в этой зоне. Принималось, что центр веера линий скольжения  не совпадает с вершиной режущего клина (рисунок 3.10). К недостаткам теории относят ее сложность и невозможность аналитического определения деформаций и сил резания [35].

Другие исследования модели с развитой зоной деформаций представлены Окушимой и Хитоми [35, стр. 49]. Была принята схема зоны деформации, изображенная на рис. 11. В данном исследовании не определялось поле линий скольжения в зоне деформации, а базировалось оно лишь  на геометрии граничных линий зоны. Деформация сдвига была определена из геометрических соображений. Модель предполагает увеличение деформации материала при прохождении через зону сдвига. Отмечается, что в данной модели деформация сдвига намного меньше, чем в модели с одной плоскостью сдвига, что позволило сделать вывод о реалистичности модели. В тоже время математические соотношения этой теории были  подвергнуты критике.

Существуют и другие подобные теории. Однако анализ литературы показал, что такой подход не получил широкого распространения.

Рядом авторов [11; 35 и др.] принимается, что образование стружки вызвано силой стружкообразования , наклоненной под углом действия  к поверхности резания и под углом  к УПС (рисунок 3.6 ). Часто можно встретить допущение [11, 35, 51 и др.], что сила , приложенная к стружке в плоскости сдвига равна по величине и противоположна по направлению силе . Часто ее раскладывают на  и .

Часто принято считать, что основная деформация  в УПС - это деформация простого сдвига [11]. В то же время деформация сжатия составляет лишь несколько процентов: она тем меньше, чем меньше отношение толщины к ширине срезаемого слоя и чем больше скорость резания [43, стр. 7] (со ссылкой на опыты  Г. Л. Куфарева [55]).