Физические основы резания

В результате изучения данной главы студент должен: знать

• • физико-механические свойства поверхностного слоя детали; физические и кинематические особенности процессов обработки материалов: резания и пластичес кого деформ и ро ва* i ия;
• • дефекты кристаллической решетки материала, основы теории дислокации;
• • механизм пластической деформации, виды деформированного состояния и сдвиговых напряжений, методы изучения зоны деформации;

уметь

• • рассчитывать виды деформированного состояния металла;
• • определять относительный сдвиг;
• • вычислять интенсивность деформаций; владеть
• • основами теории дислокации;
• • методами определения микротвердости материала;
• • навыком анализа состояния материала.

Некоторые сведения из физики твердого тела

Резание материалов — это сложный процесс, протекающий при высоких температурах, скоростях, давлении. Снимаемый слой подвергается упругим и пластическим деформациям, что, в свою очередь, сопровождается структурными изменениями, течением и разрушением снимаемого слоя, трением, большой усадкой стружки, образованием нароста на режущем инструменте. Большие изменения претерпевает обработанная поверхность изделия, в подповерхностном слое которого возникают остаточные напряжения различных знаков и интенсивности, наклеп. Все это определяет физико-механические свойства поверхностного слоя детали и срок ее службы в машине.

Металлы и сплавы имеют кристаллическую структуру, с правильным расположением атомов в узлах пространственной решетки, которая состоит из ряда параллельных кристаллографических плоскостей, отстоящих друг от друга на определенном расстоянии.

Плотность расположения атомов различна в разных плоскостях кристалла. Подобное строение называется анизотропным, т. е. в разных направлениях кристалла физико-механические свойства различны.

Отдельные зерна в виде кристалла с неправильной огранкой называют кристаллитами.

Всякие металлы представляют собой совокупность кристаллов — поликристалл. Кристаллы в нем ориентируются различно, но средние физикохимические свойства в разных направлениях могут быть одинаковыми. Если в результате пластической деформации в структуре металла создается одинаково направленная ориентация кристаллов (текстура), то появляется типичная анизотропия свойств. Этим пользуются для получения определенных физических свойств в необходимых направлениях. Так же происходит и при резании пластичных материалов, где снимаемый слой в результате деформации преобразуется в стружку с резко выраженной текстурой. Плоскостями скольжения обычно являются плоскости с наиболее плотным расположением атомов.

Идеальные кристаллы представляют собой бесконечную совокупность атомов, периодически расположенных в пространстве. В реальном кристалле решетка разделяется на блоки размером 10 ⁴ —10 ⁶ см, повернутые относительно друг друга на небольшие углы. Они имеют несовершенства в строении: точечные, линейные, поверхностные и объемные дефекты. Эти дефекты играют важную роль в определении свойств кристаллов и в поведении поликристаллических тел под нагрузкой. Точечные дефекты — вакансии возникают при удалении одного атома из узла решетки.

Совокупность нескольких вакансий составляют линейные дефекты — дислокации. Они нарушают правильное чередование атомных плоскостей в кристалле. Дислокации образуются в процессе кристаллизации или пластического деформирования, концентрации напряжений. Дислокации могут быть статическими и динамическими. Движение и размножение дислокаций приводит к пластической деформации, а их взаимодействие в основном определяет совокупность механических свойств материалов.