Зависимость силы резания от условий работы резца

Зависимость силы и температуры резания от режима резания

Сила резания Pz является функцией свойств обрабатываемого сплава; площади сечения срезаемого слоя и геометрии резца. Если свойства материала неизменны и обработка ведется одним и тем же резцом, то сила резания будетзависеть лишь от площади сечения срезаемого слоя. Номинальная площадь сечения срезаемого слоя ƒном. = S·t, то есть, чем больше подача и глубина, тем больше площадь поперечного сечения срезаемого слоя и объём деформируемого металла, тем больше сопротивление стружкообразованию и сила резания. В общем случае для расчёта силы резания используют эмпирическую формулу:

,

причём xp =1, yp 160. 180 об/мин Pz уменьшается, что вызвано снижением прочности материала из-за повышения температуры резания.Коэффициент Cp учитывает условия резания (геометрию режущей части, свойств материала и т.п.); значения Cp, xp и yp определяются по справочникам.

Сила резания определяется динамометрами (механическими, гидравлическими и электрическими).

Механическая энергия, затрачиваемая на срезание с заготовки припуска, почти полностью превращается в тепловую энергию. Небольшая её часть (менее 10 %) переходит в скрытую энергию наклёпа поверхности обработанного материала, стружки, инструмента).

Тепловой баланс процесса резания (рис.4.14):

,

где Q – общее количество тепла, выделяемое в зоне трения, QI – тепло, выделяемое в зоне пластической деформации, QII – тепло, выделяемое в зоне трения передней поверхности резца по стружке, QIII – тепло, выделяемое в зоне трения задней поверхности резца по обработанной поверхности; q1, q2, q3 и q4 – тепло, отводимое в стружку, заготовку, инструмент и в окружающую среду соответственно.

Рис.4.14. Зоны выделения тепла и схема тепловых потоков при резании металла.

Соотношение слагаемых в средней и правой части уравнения теплового баланса зависит от свойств обрабатываемого материала и материала инструмента, режима резания, геометрии инструмента, условий обработки и т.д. Например, при обработке пластичных металлов со скоростью резания V =50 м/мин тепло, выделяемое в зоне пластической деформации, QI = 0, 75 · Q , а при V = 200 м/мин q2 = 0,25 · Q , т.е. при скоростном резании основным источником теплоты является трение.

Количественное соотношение q1 : q2 : q3 : q4 зависит в основном от скорости резания, а так же от вида операции, например при точении наибольшее количество теплоты уходит со стружкой, причём при V = 50 м/мин q1 : q2 : q3 : q4 ≈ 50 : 20 : 20 : 10, а при V = 300м/мин q1 : q2 : q3 : q4 ≈ 75 : 8 : 10 : 7, а при сверлении – в обрабатываемую заготовку.

Температура резания – наивысшая температура нагрева инструмента. Температура резания может быть очень высокой, так как режущее лезвие постоянно находится в зоне наибольшего тепловыделения, а теплопроводность инструментальных материалов сравнительно невелика.

Температура резания в зависимости от режима обработки определяется по эмпирической формуле:

,

где коэффициент CТ характеризует условия обработки (свойства обрабатываемого материала, применение смазочно-охлаждающих жидкостей, геометрические параметры инструмента). Показатели степени: zT > yT > xТ, т.е. на температуру резания наибольшее влияние оказывает скорость резания, меньше – подача, а наименьшее влияние имеет глубина резания. Последнее объясняется тем, что с увеличением глубины резания возрастает длина активной части режущей кромки инструмента, что улучшает условия теплоотвода.

Геометрия режущей части влияет следующим образом. При уменьшении главного переднего угла γ сила Pz возрастает, а значит возрастает температура резания. При возрастании угла заострения β теплоотвод будет усиливаться, но в меньшей степени, чем тепловыделение температура будет повышаться. При уменьшении главного угла в плане φ активная часть режущей кромки возрастает, следовательно увеличивается угол при вершине ε, возрастает теплоотвод, и понижается температура.

Существуют различные методы измерения температуры в зоне резания: калориметрический, термопар (искусственных, полуискусственных, естественных), термокрасок, цветов побежалости и др. Наиболее точный и распространенный – метод искусственной термопары, предложенный еще в 1912 году Я.Г.Усачевым. Спай искусственной термопары вставляют в просверленное в определенном месте инструмента отверстие, располагая его возможно ближе к источнику тепла, и изолируют его от стенок отверстия слюдой или стеклянной трубкой. Возникающую в цепи термоэлектродвижущую силу, пропорциональную разности температур места спая и холодных концов проволок, измеряют гальванометром. Для перевода термоэлектродвижущей силы в градусы термопару предварительно тарируют.

Тема 7:Физические основы процесса резания металлов (продолжение).

Основные вопросы, рассматриваемые на лекции:

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Влияние различных факторов на величину силы резания

Зависимость силы резания от ширины и толщины срезаемого слоя

Толщина среза а и ширина b не в одинаковой степени влияют на силу резания. Сила резания возрастает пропорционально b, но отстает от увеличения а. Отставание роста силы резания от увеличения толщины среза можно объяснить следующим:

С увеличением толщины среза нагрузка на единицу длины режущего лезвия возрастает. В связи с этим увеличивается температура резания, что приводит к уменьшению сил трения, усадки стружки и снижению сопротивления обрабатываемого материала пластическому деформированию. Пластические деформации и напряжения распределяются по толщине стружки неравномерно. Они значительно больше в слоях, прилегающих к передней поверхности лезвия инструмента. Поэтому увеличение толщины среза приводит к относительному уменьшению слоя с максимальными деформациями. Кроме того, сила трения по задней поверхности лезвия, как одна из слагаемых при расчете сил резания, с изменением толщины среза остается неизменной или изменяется очень мало.

Таким образом, при сохранении площади поперечного сечения среза постоянной, силы резания уменьшаются по мере уменьшения ширины и одновременно увеличения толщины среза.

Зависимость сил резания от свойств обрабатываемого металла

При снятии стружки металл не только срезается, но и претерпевает сильную пластическую деформацию. Большое влияние на силы резания оказывают силы трения стружки и обрабатываемого материала соответственно о переднюю и заднюю поверхности лезвия инструмента. Однако необходимо учитывать, что в процессе обработки металл в зоне резания сильно разогревается. Значит, его свойства могут отличаться от свойств, которые характерны для него при статических испытаниях. Поэтому нет точной и однозначной зависимости между силой Pz и прочностью обрабатываемого материала, а также его твердостью и другими механическими характеристиками.

Установлено, что силы резания растут при увеличении sв, твердости, пластичности и вязкости обрабатываемого материала.

Влияние свойств инструментального материала на силу резания

Это влияние может быть вызвано только различием в силах трения (коэффициентах трения) между обрабатываемым и инструментальным материалами. Внутри групп быстрорежущих сталей и вольфрамокобальтовых твердых сплавов коэффициенты трения и укорочения стружки не отличаются, а следовательно, сила Рz не изменяется.

При обработке инструментами, оснащенными вольфрамотитановыми твердыми сплавами, Рz уменьшается с увеличением содержания карбидов титана TiC. Для сравнения отметим, что если при обработке инструментом из быстрорежущей стали принять Рz = 1, для тех же условий работы инструмента, оснащенного твердыми сплавами группы ВК, Pz=1, а группы ТК – Рz = 0,9. 0,95.

Влияние скорости резания на силу резания

Ранее считалось, что скорость резания практически не влияет на его силу. Объясняется это проведением работ в сравнительно узком диапазоне скоростей, а также недостаточной чувствительностью используемых при этом динамометров. В настоящее время известно, как изменяется сила резания в широком диапазоне скоростей. Выясним эту зависимость на примере опытов для условий свободного резания стали 40Х.

Рис. 1. Зависимость сил резания от скорости резания и переднего угла при обработке стали 40Х с а = 0,2 мм; b = 4 мм

Сложный характер кривых Рz = f(V)объясняется появлением нароста на передней поверхности лезвия инструмента. Минимальные значения силы резания на кривых Рz = f(V) соответствуют максимально возможному наросту. При малой скорости резания, когда нарост не образуется, сила резания велика. В диапазоне скоростей, где имеется максимальное наростообразование, сила резания и укорочение стружки уменьшаются, так как с увеличением размеров нароста возрастает действительный передний угол инструмента. По мере дальнейшего повышения скорости резания высота нароста, а следовательно, и действительный передний угол уменьшаются. Одновременно с этим возрастают коэффициент укорочения стружки и силы резания.

Читайте также:  Грузовое авто в кредит

Как уже отмечалось, работа на очень высоких скоростях резания приводит к значительному повышению температуры резания, в результате чего уменьшается коэффициент трения, а следовательно, и Рz.

Минимумы и максимумы кривых Рz = f(V) тем рельефнее, чем меньше передний угол. Объясняется это тем, что больший нарост может образоваться (и образование его интенсивнее) при меньших передних углах инструмента. При обработке чугуна образуется меньший нарост, поэтому зависимость Рz = f(V) имеет вид плавной кривой (рис. 2). Аналогично выглядят зависимости Рz = f(V) для материалов, не склонных к наростообразованию — меди, жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов, титановых сплавов.

Рис. 2. Кривая зависимости Рz = f(V) при обработке чугуна

Зависимость силы резания от условий работы резца

§ 7. Силы, действующие на резец

В процессе точения резцу приходится преодолевать силы сопротивления обрабатываемого материала резанию (силы упругого и пластического деформирования, силы трения). Все эти силы можно привести к суммарной равнодействующей силе R, расположенной в пространстве и приложенной к резцу. Для удобства измерения и изучения раскладывают силу R на три взаимно перпендикулярные составляющие Рz, Рy и Рх (рис. 31, а). Сила резания Рz действует на резец в направлении движения резания и является касательной к поверхности резания (эту силу также называют тангенциальной). Радиальная сила Рy направлена в сторону резца перпендикулярно оси заготовки.

Осевая сила Рх действует в направлении, параллельном оси заготовки, противоположном движению подачи.

Наибольшей из этих сил является сила Рz. Соотношения между силами Рy, Рх и Рz зависят от элементов режима резания, углов режущей части резца, степени его затупления, физико-механических свойств обрабатываемого материала. Например, при обработке сталей острым резцом с углами γ = 15°, φ = 45°, λ = 0, Рy = (0,4÷0,5) Рz; Рх = (0,3÷0,4) Рz.

Равнодействующая, как диагональ параллелепипеда,

При работе отрезным резцом (рис. 31, б), когда угол λ = 0, на резец действуют только силы Рz и Рy, а осевая сила Рх = 0.


Рис. 31. Силы, действующие на токарный резец: а – при продольном точении; б – при отрезании и прорезании; в – при подрезании (свободное резание)

При обработке трубчатой заготовки резцом с φ = 90° (рис. 31, в) на резец действуют только силы Рz и Рх, а радиальная сила Рy = 0. В этом случае в работе участвует только главная режущая кромка, частицы срезаемого слоя движутся параллельными потоками, перпендикулярно к этой кромке. Этот вид резания называется свободным в отличие от несвободного (стесненного) резания, когда в работе участвуют режущие кромки, расположенные под некоторым углом друг к другу, или когда режущая кромка имеет криволинейную форму (фасонные резцы). В этом случае направление движения частиц срезаемого слоя пересекаются (на криволинейных участках режущей кромки они устремляются к центру дуги), теснят друг друга, стружка дополнительно деформируется и вспучивается, в результате чего получается “стесненное” резание.

По силе резания Рz производят расчет крутящего момента Мкр, который нужно приложить к шпинделю станка, и мощности, необходимой на резание Ne (эффективная мощность):

где D – диаметр обрабатываемой поверхности заготовки в мм;

v – скорость резания в м/мин.

* ( По системе СИ 1 кГ*мм = 0,00981 нм.)

Мощность приводного двигателя станка

где η – к. п. д. станка (η = 0,7÷0,85).

Мощность, определяемая по силе Рy, равна нулю (vy = 0). Мощность, определяемая по силе Рх (мощность, затрачиваемая на подачу), составляет не более 1-2% от эффективной мощности Ne (по величине подача s значительно меньше скорости резания v) и в силу своей малости она не учитывается. По силе Рz рассчитывают основные и ответственные детали привода главного движения, а также резцы на прочность и жесткость. Сила реакции со стороны резца на силу Рy (равна Рy, но направлена в сторону заготовки перпендикулярно оси) совместно с силой Рz производит изгиб заготовки. По равнодействующей рассчитывается деформация заготовки.

По силе Рх и крутящему моменту Мкр производят расчет основных деталей и соединений в механизме подач, а также зажимных устройств (зажимные патроны, цанги и др.).

На величину сил резания влияют следующие основные факторы: физико-механические свойства обрабатываемого материала, смазочно-охлаждающая жидкость, износ резца, углы режущей части резца, элементы режима резания и др. Рассмотрим влияние этих факторов на величину силы Рz как наиболее значительную.

Чем больше прочность и твердость обрабатываемого материала, тем больше его сопротивление резанию и тем больше будет величина силы Рz.

Применение смазочно-охлаждающей жидкости при резании металлов облегчает процесс образования стружки, уменьшает трение, что приводит к уменьшению сил резания. При правильном подборе смазочно-охлаждающей жидкости можно снизить величину Рz на 20-30% (применение растительных масел снижает Рz на 30%, а эмульсий – на 5-10%).

Притупление резца характеризуется появлением на задней поверхности шероховатой площадки, на которой задний угол α = 0, что увеличивает трение резца о заготовку, а следовательно, увеличивается величина сил резания (см. рис. 32, а).

С уменьшением переднего угла γ (увеличением угла резания δ) затрудняется внедрение резца в обрабатываемый материал, увеличивается деформация срезаемого слоя, следовательно, увеличивается и сила Рz.

С изменением угла в плане φ изменяется соотношение между толщиной срезаемого слоя а и шириной b. С увеличением φ при постоянных глубине резания t и подаче s увеличивается толщина срезаемого слоя и уменьшается его ширина (рис. 23), уменьшается деформация стружки (толстые стружки меньше деформируются, чем тонкие), и сила Pz уменьшается. Уменьшение силы Рz заметно при увеличении угла φ до 60° [при свободном резании и когда при вершине резца в плане нет закругления (r = 0)]; дальнейшее увеличение угла φ практически не оказывает влияния на величину силы Рz. При наличии закругленной вершины у резца (r>1 мм) увеличение угла φ в диапазоне 60-90° приводит к увеличению силы Рz, так как увеличение криволинейного участка режущей кромки увеличивает “стесненность” резания.

Увеличение радиуса дуги закругления вершины резца r по своему влиянию на силу Рz аналогично уменьшению главного угла в плане φ. С увеличением величины r увеличивается длина криволинейной части режущей кромки, участвующей в резании. Таким образом, с увеличением радиуса при вершине резца r величина силы Рz будет больше.

С изменением величины скорости резания меняется характер деформации срезаемого слоя, что влечет за собой изменение величины Рz. Однако эту закономерность удалось обнаружить только с внедрением высокопроизводительных твердых сплавов и минералокерамических режущих материалов. Изменение величины скорости резания в диапазоне 20-50 м/мин не дает заметного изменения силы Рz. При дальнейшем увеличении скорости резания сила Рz уменьшается, оставаясь почти постоянной при скорости выше 400-500 м/мин.

С увеличением глубины резания t и подачи s увеличивается площадь поперечного сечения срезаемого слоя, возрастают деформации, следовательно, увеличивается сила Рz. Глубина резания влияет в большей степени на величину Рz, чем подача, так как с увеличением глубины резания толщина срезаемого слоя остается неизменной, пропорционально увеличивается ширина срезаемого слоя, а сила деформации, приходящаяся на единицу длины режущей кромки, остается постоянной. При увеличении подачи ширина срезаемого слоя остается неизменной, а толщина пропорционально увеличивается, срезаются более толстые стружки и величина Рz возрастает в меньшей степени, чем при увеличении глубины резания.

Читайте также:  Выбор аккумулятора

В результате экспериментов выведены уравнения для определения величин Рz, Рy и Рх в зависимости от глубины резания и подачи. В частности, величина силы Рz определяется по следующей формуле:

где cz – постоянная, характеризующая определенный обрабатываемый материал и условия его обработки;

t – глубина резания в мм;

s – подача в мм/об;

v – скорость резания в м/мин;

kz – общий поправочный коэффициент, учитывающий конкретные условия обработки.

Значения cz, xz, yz, nz, kz для различных обрабатываемых материалов и условий обработки даются в специальных таблицах [12].

Если конкретные условия обработки отличаются от приведенных, то вводится поправочный коэффициент kz. В справочниках по режимам резания имеются таблицы, где для конкретных условий даются подсчитанные значения Рz, Рy и Рх.

17. Сила резания, её составляющие и их зависимость от условий резания. Мощность резания. Влияние сил резания на качество обработки.

Равнодействующая (действующая) сил, действующих на режущий клин – сила резания.

Силы действующие на задней поверхности не зависят от подачи и толщины срезаемого слоя.

С увеличением глубины резания t силы на задней поверхности увеличиваются прямо пропорционально. С увеличением прочности и твёрдости эти силы так же увеличиваются. При обработке закалённых сталей, отбеленных чугунов силы Nз очень велики  Fтз  Fтп и износ режущего клина происходит в основном на задней поверхности. При обработке пластичных мягких материалов Рз – невелика  определяется Рп, а из режимов резания s,t, т.е. поперечным сечением срезаемого слоя.

Разделить и определить точное значение сил действующих на передней и задней поверхности можно определить эксперементально: метод экстрополяции сил на толщину срезаемого слоя.

Для отдельных видов обработки сила R раскладывается на удобные составляющие

Точение R=

– осевая составляющая направлена вдоль оси вращения заготовки – усилие подачи , пружина для расчёта на прочность режущего инструмента, на изгиб резца: расчета на прочность элементов механизма подачи.

R=++

+=

18. Виды износа режущего клина и его влияние признаки. Критерий износа. Влияние износа на качество обработки.

Потеря режущей способности инструментов вызывается: изна­шиванием или истиранием контактных поверхностей на рабочих площадках инструмента; выкрашиванием мельчайших частиц на режущем лезвии, которое характерно для инструментов из более хрупких материалов. Основной причиной затупления инструментов при нормальных условиях работы является износ в результате исти­рания их рабочих поверхностей. Такой износ характерен для всех применяемых инструментов в обрабатывающей промышленности. В зависимости от режимов резания, свойств обрабатываемого материала, условий охлаждения и других факторов превалирую­щее истирание контактных площадок может быть: по задней по­верхности; передней поверхности; одно­временно по задней и передней поверхностям.

Превалирующий износ по задней поверхности обычно наблю­дается при обработке сталей с малой толщиной среза и низкими скоростями резания, а также при обработке чугуна. Объясняется это следующим: 1) при малых толщинах среза радиус округления режущего лезвия соизмерим с толщиной среза; 2) при тонкой стружке возрастает относительное значение упругой деформации поверхностного слоя; 3) путь трения по задней поверхности больше, чем по передней (из-за наличия усадки стружки).

Преимущественное затупление по задней поверхности наблю­дается при работе протяжками, метчиками, зуборезными долбяками, фасонными резцами. Как известно, перечисленные инструмен­ты работают на низких скоростях резания и при малых толщинах среза.

Преимущественный износ по передней поверхности наблюда­ется в случае большого удельного давления на контактной пло­щадке, когда возникает высокая температура. Эти условия бывают при обработке стали без охлаждения с высокими скоростями реза­ния и большими толщинами среза. При обработке ста­лей без охлаждения быстрорежущие резцы изнашиваются в основ­ном по передней поверхности, а при работе с охлаждением износ происходит как по передней, так и по задней поверхностям.

На практике чаще всего наблюдается одновременный износ инструмента по задней и передней поверхностям. Он является наи­более общим видом износа. Кроме этого, происходит округление режущего лезвия инструмента. Таким образом, в зависимости от скорости резания, толщины среза и других факторов изменяется характер износа режущих инструментов.

Признак, по которому инструмент считается затупленным (предельная величина его износа), называется критерием затупле­ния или критерием износа. При точении стали сильно затупленным инструментом, вследствие значительного возрастания сил резания на обработанной поверхности появляется блестящая полоска, а при обработке чугуна — полоска желтого цвета или пучок искр. Ука­занные критерии затупления режущих инструментов соответствуют началу периода катастрофического износа и не могут быть реко­мендованы для производства. О чрезмерном увеличении износа инструментов можно также судить по быстрому росту сил резания. Такой критерий затупления называется силовым. Он может приме­няться в лабораторных условиях, так как для регистрации роста сил резания требуются специальные приборы, размещение которых в цеховых условиях нецелесообразно в связи с усложнением обслу­живания станков и др.

Силы и работа резания

1. Система сил при свободном резании

При механической обработке готовая деталь-изделие требуемой формы и качества обработанных поверхностей получается в результате удаления с заготовки слоя (слоев) припуска в виде стружки, состоящей из пластически деформированного обрабатываемого материала. Пластическое деформирование срезаемого слоя припуска происходит под действием силы, превосходящей сопротивление обрабатываемого материала его деформации и разрушению. Для выявления физической природы сил, действующих на режущий инструмент со стороны обрабатываемого материала, представленную на рис. 1 плоскую систему сил, действующих на режущий инструмент при свободном резании. Образующаяся стружка опирается на переднюю поверхность инструмента и действует на него с силой нормального давления N.

Рис. 1. Плоская система сил

Кроме этого стружка перемещается по передней поверхности и действует на нее с силой трения F . Со стороны главной задней поверхности обрабатываемый материал в результате упругого последействия давит на заднюю поверхность с силой нормального давления N 1 . Перемещение поверхности резания относительно задней поверхности инструмента вызывает действие силы трения F 1 . Таким образом, на площадках контакта обрабатываемого материала с режущим инструментом на рабочих поверхностях последнего действуют нормальные и касательные силы, геометрическая сумма которых рис. 1 дает равнодействующую P , произвольно направленную в пространстве.

В инженерных расчетах используется не сама эта сила, а ее проекции на взаимно перпендикулярные направления: направление Z и направление Y . Каждая проекция называется составляющей силы резания и имеет свое собственное название: проекция на ось Z называется главной составляющей силы резания, обозначается P z , проекция на ось Y называется радиальной составляющей силы резания, обозначается P y .

Пластическая деформация смятия срезаемого припуска происходит под действием силы P z , равной сумме проекций всех действующих в зоне резания сил на ось Z

,

Здесь: N- нормальная сила на передней поверхности,

F- сила трения на передней поверхности,

N 1 и F 1 – нормальная сила и сила трения на задней поверхности,

,

,,

где f и f 1 – коэффициенты трения на передней ( f ) и задней (f 1 ) поверхностях.

,

Если принять, что нормальная сила на задней поверхности пропорциональна силе нормального давления на передней поверхности, что N 1 =k . N , где k- коэффициент пропорциональности, тогда: можно записать, что

В этом уравнении силу N можно условно принять равной силе политропического сжатия P при пластическом деформировании образца (рис. 2), которое протекает согласно закону:

Читайте также:  Диагностика КШМ двигателя

,

P — сила, действующая в ходе процесса пластической деформации;

P 0 — сила, необходимая для начала пластического деформирования;

l 0 — длина сжимаемого стержня;

l — длина стержня после пластической деформации.

Рис. 2. Схема процесса политропического сжатия

Отождествляя процесс резания с процессом пластической деформации срезаемого слоя, считаем, что сжимаемый стержень имеет поперечное сечение , срезаемый слой имеет длину ; силу отождествляем с силой , действующей на переднюю поверхность инструмента в процессе резания. После срезания слоя припуска длиной получается стружка длиной .

,

отношение есть коэффициент усадки стружки, следовательно

,

— условный предел текучести,

– глубина резания,

– подача,

– коэффициент усадки стружки,

– показатель политропы сжатия ( по В.Д.Кузнецову =1,25),

— коэффициент пропорциональности между силами N и N 1 .

и – коэффициенты трения на передней и задней поверхностях.

Это уравнение показывает лишь от каких параметров и условий зависит величина главной составляющей силы резания. Из него видно, что величина главной составляющей силы резания зависит от свойств обрабатываемого материала , сечения среза , условий и величины пластической деформации , геометрии режущего инструмента и и коэффициентов трения на передней и задней поверхностях.

2. Система сил при несвободном резании

При несвободном резании на режущий инструмент действует пространственная система сил. Режущий инструмент находится в контакте с обрабатываемым материалом по трем рабочим поверхностям его режущей части: по передней, главной задней и вспомогательной задней поверхности. Поскольку эти поверхности инструмента расположены под разными углами друг к другу, то и действующие на этих поверхностях нормальные и касательные силы в пространстве располагаются не параллельно друг к другу, не в параллельных, как при свободном резании, плоскостях. Природа сил, естественно, та же, что и при свободном резании, это силы нормального давления и касательные силы трения. Равнодействующая всех сил при несвободном резании раскладывается на три взаимно перпендикулярных направления X , Y , и Z . Схема сил при несвободном резании представлена на рис. 3.

Рис. 3.Пространственная система сил при несвободном резании

Расчет величины составляющих силы резания для практических целей ведется по эмпирическим формулам с использованием данных справочной литературы.

Расчет составляющих силы резания: осевой составляющей , радиальной и главной составляющей силы резания производится по эмпирическим формулам

P X =CP x . t XPx . s Ypx . v . ? P ;

P Y =CP y . t Xpy . s Ypy . v . ? P ;

P Z =CP z . t XPz . s Ypz . v . ? P ;

Здесь: P -проекция (составляющая) силы резания на направления X , Y и Z соответственно, H;

C P – константа, зависящая от свойств обрабатываемого материала, по сути своей представляющая удельную силу резания, приходящуюся на единицу площади поперечного сечения среза, Н/мм 2 ;

k P – общий коэффициент, представляющий собой произведение частных коэффициентов, учитывающих конкретные условия резания.

3. Работа резания

Полная работа резания затрачивается на пластическую деформацию срезаемого слоя припуска, на упругую деформацию, которая всегда предшествует пластической деформации, на преодоление сил трения на передней и задней поверхностях, на образование новой поверхности ( она называется работой диспергирования-разделения).

Работа диспергирования и работа на упругую деформацию составляют менее 1% всей работы и потому ими можно пренебречь, а вся работа резания практически расходуется на пластическую деформацию, на преодоление трения на передней и задней поверхностях.

Мощность, необходимая для резания на принятом режиме, рассчитывается по формуле

, кВт.

— мощность, кВт;

— главная составляющая силы резания, Н;

— скорость резания, м/мин.

Данный материал основан на лекциях Подгоркова Владимира Викторовича (д.т.н., проф. кафедры ТАМ, Ивановский государственний энергетический университет)

Электронная библиотека

Сила резания – результирующая сил сопротивления перемещению, действующих на инструмент.

Силы резания являются важными параметрами процесса резания. От их величины зависит мощность, необходимая для осуществления резания. Они оказывают влияние на износ инструмента и вибрации, а значит, и на качество обработанной поверхности. Силы резания являются исходными данными при расчетах на прочность и жесткость режущих инструментов, элементов оснастки, узлов деталей металлорежущих станков.

На переднюю поверхность резца стружка давит с нормальной силой N1 (рис. 9.1). Вследствие движения стружки по передней поверхности возникает сила трения F1. На заднюю поверхность резца действуют силы: нормальная N2 и трения F2. Сложение сил N1 и F1 дает равнодействующую Q1, а сложение сил N2 и F2 – равнодействующую Q2. Сила R является равнодействующей всех сил, действующих на резец и называется силой резания.

На округленном участке лезвия угол резания достигает больших значений. Поэтому при снятии тонких стружек, когда работа производится с большими углами резания (из-за округления лезвия), удельная силовая нагрузка больше, чем при снятии толстых стружек. Например, при обработке стали протяжкой, уменьшение толщины среза в 10 раз вызывает не снижение удельной силы резания, а повышение ее в два раза.

Значение силы R зависит от ее составляющих N1, F1, N2, F2. Если силы N1 и F1 больше сил N2 и F2, то изменение силы R будет в значительной мере определяться изменением первых двух сил и наоборот.

Силы N2 и F2 невелики по сравнению с силами N1 и F1:

1) при работе острым резцом;

2) при преимущественном изнашивании резца по передней поверхности;

3) при наличии нароста, когда нет контакта задней поверхности с обрабатываемой деталью или он незначителен;

4) при снятии сравнительно толстых стружек.

Силы, действующие на переднюю поверхность резца, зависят от свойств обрабатываемого материала, размеров срезаемого слоя и других условий стружкообразования.

Силы, действующие на заднюю поверхность резца, в основном, зависят от свойств обрабатываемого материала, размеров заднего угла, размеров площади контакта и коэффициента трения на задней поверхности.

личением площадки контакта и коэффициента трения на задней поверхности инструмента, а также при обработке пластичных материалов, склонных к упрочнению.

При определении расходуемой на резание мощности, расчетах на прочность и жесткость резца и отдельных деталей и узлов токарного станка равнодействующую силу R раскладывают в требуемых направлениях.

При продольном точении силу R раскладывают в трех направлениях: тангенциальном, радиальном и в направлении, противоположном направлению подачи (рис. 9.2).

Тангенциальная силаz) действует в направлении главного движения; по ней подсчитывается крутящий момент и мощность резания:

Радиальная силау) стремится оттолкнуть резец от обрабатываемой детали, а ее реакция – изогнуть обрабатываемую деталь. Эта сила способствует возникновению вибраций в горизонтальной плоскости. Она оказывает наибольшее влияние на точность и геометрическую форму обрабатываемой детали.

Осевую силу или силу подачиx) так же, как и силы трения, должен преодолеть механизм подачи при своем перемещении по направляющим станка.

Сила PN является равнодействующей сил Ру и Рx, расположена в плоскости схода стружки. Если эта плоскость совпадает с нормалью к главному лезвию, то силы Ру и Рx связаны зависимостями:

При несвободном резании направление схода стружки не совпадает с главной секущей плоскостью резца. В этом случае для нахождения направления действия силы PN надо знать угол направления схода стружки. Он также необходим при решении вопросов по дроблению стружки. Значение этого угла в основном зависит от глубины резания, подачи, главного и вспомогательного углов в плане резца, радиуса закругления его вершины резца и угла наклона лезвий.

Соотношения между составляющими сил резания непостоянны и зависят от условий обработки. При φ = 45 ˚ , λ = 0, γ = 15 ˚ , и t/s > 10 можно использовать соотношение:

Очевидно (см. рис. 9.2),

Срочно?
Закажи у профессионала, через форму заявки
8 (800) 100-77-13 с 7.00 до 22.00

Ссылка на основную публикацию