Рассмотрено строение диссипативной структуры контактного взаимодействия при резании металлов и механизм ее функционирования. Исследования проводились при точении стали 45, нержавеющей стали 12Х18Н10Т и титанового сплава ВТ22 резцами из быстрорежущей инструментальной стали Р6М5. Морфология поверхностного слоя режущего клина инструмента изучалась с помощью растрового электронного микроскопа. Усадка стружки определялась весовым методом. Деформационное состояние зоны стружкообразования анализировалось по микроструктуре корней стружки. Цифровые изображения микроструктур анализировались с помощью компьютерной металлографии. Диссипативная структура контактно-фрикционного взаимодействия состоит из островковых и сплошных наростов, плотно сцепленных с поверхностью режущего клина, упрочненного подповерхностного слоя и адсорбционных пленок на наружной поверхности наростов. Основные свойства диссипативной структуры определяются законами неравновесной термодинамики, а их функционирование связано с трансформацией энергии контактного взаимодействия в тепло и рассеивания ее в окружающей среде, а также минимизации влияния энергетического воздействия деформационного процесса стружкообразования на состояние режущего клина. В период установившегося процесса контактного взаимодействия или квазистационарного состояния основные диссипативные процессы реализуются за счет фрикционного взаимодействия между наружной поверхностью наростов и сходящей стружкой. Активность диссипативного процесса определяется коэффициентом трения, который принимает различные значения в зависимости от структурного состояния поверхностного слоя нароста и наличия на нем адсорбционной пленки. Чем полнее процесс диссипации, тем меньше энергии затрачивается на изнашивание режущего клина и выше стойкость режущего инструмента. Смазочно-охлаждающая технологическая среда при резании активно влияет на состояние диссипативной структуры за счет образования устойчивых адсорбционных пленок, понижающих коэффициент трения между сходящей стружкой и режущим инструментом. Снижение коэффициента трения приводит к уменьшению контактных напряжений, а это вызывает изменение напряженно-деформированного состояния всей деформационной области стружкообразования. Предложена архитектоника диссипативной структуры контактно-фрикционного взаимодействия при резании металлов и механизм ее функционирования. В период квазистационарного протекания резания диссипация в зоне вторичных пластических деформаций реализуется за счет разных режимов фрикционных процессов между сходящей стружкой и наружными поверхностями наростов. Влияя на характер фрикционного процесса, можно управлять стойкостью режущего инструмента и качеством механической обработки.
The article considers the dissipative structure of contact interaction at cutting metals and its operation mechanism. Researches were carried out at turning steel 45, stainless steel 12X18H10T and a titanium alloy VT22 by the cutters made of high speed tool steel P6M5. The morphology of the tool cutting wedge surface layer was studied by means of a raster electronic microscope. Chip shrinkage was determined by the weight method. The deformation state of the chip formation zone was analyzed by the microstructure of chip roots. Digital images of microstructures were analyzed by means of a computer metallography. The dissipative structure of contact and friction interaction consists of the island-shape and continuous growths densely linked to the cutting wedge surface, strengthened subsurface layer and adsorption films on the external surface of growths. The main properties of the dissipative structure are determined by the laws of non-equilibrium thermodynamics as their functioning is connected with the conversion of contact interaction energy into heat and its dispersal in environment. Another property is minimization of the power effect of the deformation process of chip formation on cutting wedge condition. Under the steady-state process of contact interaction, or during a quasi-steady state, the main dissipative processes are implemented due to frictional interaction between the external surface of the growths and the coming off chip. The intensity of the dissipative process is determined by the friction coefficient which accepts various values depending on the structural condition of the growth surface layer and presence of the adsorption film on it. The more complete the dissipation process, the less energy is spent for cutting wedge wear, and the higher is cutting tool durability. Lubricant cooling technological environment actively influences the state of the dissipative structure at cutting due to the formation of steady adsorption films lowering the friction coefficient between the coming-off chip and the cutting tool. Decrease in the coefficient of friction results in the reduction of contact stresses. The latter causes the changes in the stress-strain state condition of the whole deformation area of chip formation. The authors have proposed the architectonics of the dissipative structure of the contact-friction interaction under metal cutting and its operation mechanism. During the quasistationary period of cutting the dissipation in the zone of secondary plastic deformations is implemented due to the different modes of frictional processes between the coming off chip and external surfaces of growths. Influencing the nature of the frictional process, it is possible to control the durability of the cutting tool and quality of machining.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.