Лекция 6. Динамика процесса резания

1 Напряжённое состояние в доне резания при свободном прямоугольном резании.

Рис. 1 Силы резания, возникающие на передней поверхности и в плоскости сдвига

При срезании слоя металла на ПП действуют элементарные силы, нормальные и касательные к ней. Их можно свести к одной равнодействующей, являющейся суммой силы Nn, нормальной к ПП, и силы трения Fn.

Сила R1 называется силой стружкообразования. Её направление определяется углом действия щ, под которым сила R/ направлена относительно скорости резания х.

Угол действия для схемы с единственной плоскостью сдвига можно найти как ,.

где — угол терния на ПП лезвия.

Сила уравновешивается сопротивлением обрабатываемого материала движению резания. Оно выражается силой, являющейся геометрической суммой напряжений, возникающих в зоне стружкообразования.

.

где — сила сдвига;

— сила сжатия.

Если пренебречь внутренними нормальными напряжениями в плоскости сдвига от действия силы сжатия, сила стружкообразования.

.

Где фС — напряжения сдвига;

В — угол сдвига.

Из формулы видно, что сила стружкообразования зависит от прочностных характеристик ОМ, сечения среза, углов резания, трения и сдвига.

Рис. 2 Схема сил, действующих при свободном резании

На ПП резца давит стружка с силой.

.

где — нормальная сила;

— сила трения.

На ЗП резца вблизи режущей кромки действует сила RЗ.

.

где — нормальная сила упругого противодействия обрабатываемого материала;

— сила трения.

Для осуществления процесса резания или сохранения равновесия резца к нему из вне должна быть приложена сила, равная по величине и противоположная силе Разложим силу R, приложенную к резцу, на две составляющие:

Рz в направлении главного движения резания (главная составляющая);

Ру в направлении, совпадающей с осью резца (радиальная составляющая).

Спроектируем действующие силы в направлении осей Y и Z.

;

2 Силы резания при точении В условиях несвободного резания при точении равнодействующую силы сопротивления резанию R раскладывают на 3 составляющие:

Рис. 3 Силы резания при точении

По Рz производят расчёты прочности и жесткости резца, а также необходимой мощности на осуществление процесса резания. Однако более правильно было бы точные расчёты резца производить на деформацию косого изгиба от действия силы.

При определении прогиба детали, прочности и жесткости отдельных деталей станка за основу принимают силу Ру.

Прочность и жесткость механизма подачи станка рассчитывают по силе Рх.

Установлено, что при точении конструкционных сталей и чугунов с, и наблюдается следующее соотношение сил резания:

;

При точении жаропрочных сталей Ру может быть больше, чем Рz.

Равнодействующая R является диагональю параллелепипеда, следовательно.

3 Теоретические и экспериментальные методы определения сил резания Для точного определения составляющих сил резания используют эмпирические уравнения, полученные экспериментальным путём. Наиболее часто силы резания определяют на основе непосредственного измерения с помощью специальных приборов, называемых динамометрами. Деформации упругих элементов динамометра непосредственно или с использованием связанных с ними явлений служат основой для измерения сил резания.

Динамометры подразделяются на гидравлические, механические и электрические.

Многочисленные исследования показали, что взаимосвязь различных величин, характеризующих процесс резания, может достаточно точно выражаться эмпирической зависимостью, которая описывается степенной функцией вида (рис.4).

Рис. 4 Графики степенной функции

Нахождение таких функций возможно в случае использования двойной логарифмической системы координат. Прологарифмируем выражение. Получим (что аналогично уравнению прямой линии). В двойной логарифмической системе координат значение наклона прямой к положительному направлению оси абсцисс, а — отрезку, отсекаемому на оси ординат при х=1.

Предположим, что необходимо установить функциональные зависимости, и.

Для этого проводим опыты по определению сил резания при различной (S или V), сохраняя одинаковыми все другие условия. Получаем частные эмпирич…

• в) угол л практически не влияет на РZ. Сильнее влияет на PY и PX. При переходе отл к +л PY возрастает, а PX уменьшается.
• 4.3 Влияние ОМ и ИМ

Механические свойства ОМ сложно и противоречиво влияют на составляющие силы резания. С одной стороны, повышение прочности и твёрдости ОМ увеличивает угол сдвига, что уменьшает коэффициент усадки стружки и величину относительного сдвига. В результате чего уменьшается работа деформации и стружкообразования и, как следствие, составляющие силы резания.

С другой стороны, с повышением прочности и твёрдости напряжения в условной плоскости сдвига возрастают, что увеличивает работы деформации, стружкообразования и составляющие силы резания.

Составляющие силы резания растут при увеличении предела прочности при растяжении () и твёрдости НВ.

Материал режущей части на составляющие силы резания влияет сравнительно слабо. Различные ИМ имеют различный коэффициент трения на ПП, что при одинаковой нормальной силе даёт различную величину силы трения и коэффициента усадки стружки. Поэтому, с уменьшением силы трения на ПП силы резания становятся меньше.

Средние коэффициенты трения при резании быстрорежущими сталями и сплавами ВК примерно одинаковы. Сила РZ также одинакова. С увеличением содержания карбидов Ті средний коэффициент трения уменьшается, сила РZ также уменьшается. (Мin РZ даёт сплав Т30К4).

Формулы для расчёта составляющих сил резания при точении Для различных расчётов необходимо иметь обобщённые формулы, в которых составляющие силы резания связаны со всеми факторами одновременно. Построение таких формул может быть различным: влияние факторов процесса резания на составляющие силы резания можно учитывать непосредственно или косвенно с помощью поправочных коэффициентов. Практика применения обобщённых формул показала, что элементы режима резания (t, S, V) наиболее удобно учитывать непосредственно, другие — косвенно. В формулу вводят только те поправочные силовые коэффициенты, которые учитывают влияние достаточно сильно действующих на силы факторов и определение которых в производственных условиях не связано со значительными трудностями:

.

где — коэффициент, учитывающий условия обработки, Кр — обобщённый поправочный коэффициент.

.

где — поправочный коэффициент на свойства ОМ;

— поправочный коэффициент на величину угла ц;

— поправочный коэффициент на величину угла г;

— поправочный коэффициент на величину угла л;

— поправочный коэффициент на величину радиуса при вершине;

— поправочный коэффициент на СОЖ;

— поправочный коэффициент на величину износа по ЗП.

Мощность, затрачиваемая на резание Окружная сила РZ создаёт крутящий момент, преодолевающий момент сопротивления резания, по ней же рассчитывают и эффективную мощность.

Нм;

Эффективная мощность резания.

кВт.