Зеленцова Н.Ф. - Основы процесса резания и режущий инструмент (Курс лекций), страница 4

Кинематический задний угол будет определяться междуплоскостью, в которой лежит вектор скорости резания и задней поверхностьюинструмента.ЛЕКЦИЯ № 6В начальный момент времени при больших радиусах угол γкин составляетнебольшую часть угла α, но по мере приближения вершины резца к оси заготовки внекоторый момент времени может возникнуть равенство η=α и при этом αкин=0 (смотририсунок 6-1). При дальнейшем приближении дальнейшее резание становитьсяневозможным и это приводит к смятию заготовки задней поверхностью резца.Кинематические углы инструмента определяются также как и статические (по тем жезакономерностям).В общем случае искажение заточенных углов резца от погрешности его установкии кинематических факторов складываются, и реальные углы при резании сложнымобразом зависят от этих параметров.20Рисунок 6-1VΣ = V + VS ; η = arctanРисунок 6-2SOSV= arctan O = arctan O .2π ⋅ rVVОбязательным условием при этом является проверка соотношения, чтобы угол α>0(α=0 — резание невозможно).

Желательно, чтобы α>0 особенно при малых диаметрах ибольших глубинах.Физические основы процесса резания.Рассмотрим подробно процесс стружкообразования. По мере внедренияинструмента в обрабатываемый материал возрастают напряжения, материалдеформируется, причем впереди резца всегда распространяется фронт деформаций подуглом скалывания θ=20…35˚ (смотри рисунок 6-2).Тонкими и точными исследованиями можно установить границы пластическойдеформации. Угол θ практически не зависит от геометрии (параметров) режущегоинструмента и зависит от физико-механических свойств обрабатываемого материала.Механизм образования стружки зависит от различных факторов, главный изкоторых скорость резания.Образование различных типов стружки.В 1870 году профессором Санкт-Петербургского Университета И.А.Тимом быларазработана классификация типов стружки, которая образовывалась при обработкеразличных материалов. Эта классификация оказалась на столько удачной, чтопрактически не претерпела изменений до настоящего времени.Сливная стружка.

Образуется при резании пластичных материалов (например,стали) при малой толщине среза, больших скоростях резания и при больших переднихуглах (смотри рисунок 6-3). Она представляет для производства ряд неудобств (восновном для транспортировки). Поэтому в ряде случаев в конструкции режущегоинструмента специально предусматривают устройства для разделения стружки(стружкоделительные канавки и т.п.).21Лекции по основам процесса резания и режущему инструментуРисунок 6-3Рисунок 6-4Рисунок 6-5Стружка скалывания. Образуется при обработке сталей пониженнойпластичности, при большой толщине срезаемого слоя, при небольших передних углах ипри низких скоростях резания (смотри рисунок 6-4).Стружка надлома (смотри рисунок 6-5) состоит из отдельных кусков несвязанных друг с другом, и образуется при обработке хрупких материалов (чугуны идругие).На рисунке 6-6 изображены зависимости силы резания от времени для разныхвидов образующейся стружки:♦ Стружки скалывания — 1;♦ Сливной стружки — 2;♦ Стружки надлома — 3.Рисунок 6-6Усадка стружки.Усадка стружки характеризуется степенью пластической деформации металла приlрезании.

a стр > a, bстр > b, l стр > l , k l => 1 . Коэффициент усадки стружки всегдаl стрбольше единицы kl>1.Рисунок 6-7Рисунок 6-822Рисунок 6-7 показывает заготовку с припуском. На рисунке 6-8 изображенастружка получившаяся при снятии этого припуска.На рисунке 6-10 представлен график изменения коэффициента усадки стружки отскорости резания.Рисунок 6-9Рисунок 6-10Процесс деформирования металла при резании происходит при воздействиивысоких температур и контактных давлений (напряжений).

При некоторых условияхобработки вблизи режущей кромки образуется достаточно устойчивая клинообразнаязона застойного материала — нарост.Наростообразование характерно для вязких материалов в случае обработки их смалыми скоростями и малыми подачами. Его величина характеризуется высотой. Сростом переднего угла наростообразование резко уменьшается. Твердость нароста в 2-4раза выше твердости обрабатываемого материала, поэтому нарост участвует в резании.По мере увеличения высоты нароста динамическое равновесие нарушается и частьнароста уноситься со стружкой, а другая остается на обрабатываемом материале.На рисунке 6-11 изображена зависимость высоты нароста от скорости резания. Нарисунке 6-12 зависимость высоты нароста от главного угла в плане φ. Наличие(отсутствие) нароста в зависимости от подачи и скорости резания изображено нарисунке 6-13.Рисунок 6-11Рисунок 6-12Рисунок 6-13Положительные особенности нароста:♦ Нарост берет на себя часть работы по срезанию металла;♦ Защищает переднюю поверхность и режущую кромку от износа;♦ Улучшает условия по отводу стружки, так как увеличивает передний угол;♦ Снижает перепад температур на режущей кромке.23Лекции по основам процесса резания и режущему инструментуОтрицательные особенности нароста:♦ Снижает точность обработки на величину ∆;♦ Снижает качество поверхности;♦ Вероятностный характер процессауправлять этим процессом.наростообразованиянепозволяетВывод: нарост допустим и полезен при черновой обработке, и совершенно нежелателен при чистовой обработке.ЛЕКЦИЯ № 7Силы, работа, мощность при резании.Целенаправленное разрушение обрабатываемого материала, состоящее в снятииприпуска при резании сопровождается затратами энергии при этом на передней изадней поверхностях режущего инструмента со стороны обрабатываемой заготовки исрезаемого слоя действует сложно распределенная нагрузка, которая условно можетбыть представлена сосредоточенной силой резания Pрез.

Условно силу резания принятораскладывать на три составляющие Px, Py и Pz. Сила резания зависит отобрабатываемого и инструментального материалов, а также от геометрии инструментови режимов резания. Для удобства силу резания раскладывают на три составляющиеPрез = Px2 + Py2 + Pz2 :Рисунок 7-1Рисунок 7-2Рисунок 7-3Рисунок 7-1 показывает распределение и направления составляющих силы резанияP при типичном виде обработки.Pz — главная составляющая силы резания (касательная или тангенциальнаясоставляющая). Эта сила используется для расчета привода главного движения станка.Ру — радиальная составляющая силы резания. По ней определяют необходимуюжесткость станка.

Она оказывает существенное влияние на точность обработки. Руможет вызывать искривление оси обрабатываемой детали (особенно для нежесткихдеталей).Px — осевая составляющая силы резания. Используется для расчета привода подачстанка.24Px 1 Py 1= ;= . ВсеPz 3 Pz 4эти соотношения справедливы для нового заточенного инструмента. А дляпретерпевшего износ инструмента эти силы примерно равны: Px ≈ Py ≈ Pz .Пример: прямой проходной резец с углом ϕ = 45° . Для него:Рисунки 7-2 и рисунок 7-3 иллюстрируют изменение составляющих сил резания Руи Px от главного угла в плане φ.На режущей поверхности инструмента действует сложно распределенная нагрузка,которая колеблется в пределах 10…20 ГПа.

Обычно при расчете составляющих силрезания силу прикладывают к середине длины активной режущей кромки. НаPсоотношение x большое влияние оказывает угол в плане φ.PyПри уменьшении угла φ от 45 до 20˚, Py возрастает более чем в два раза, чтоприводит к прогибу детали.Pz = c ⋅ t x ⋅ S y ⋅ HB z , где c - постоянный коэффициент (из таблиц); t — глубинарезания; S—- подача; HB — твердость обрабатываемого материала; x, y, z —эмпирические коэффициенты, которые определяются по таблицам.Силы резания можно измерить с помощью специальных приборов - динамометров.Динамометры по принципу действия различают: упруго-механические, гидравлическиеи электрические.

Принцип их действия основан на преобразовании перемещений илидеформаций упругих элементов с помощью датчиков.Тепловой баланс при резании.Q1 + Q2 + Q3 + Q41 = q1 + q2 + q3 + q4 + q5 — уравнение для теплового баланса прирезании.Q1 — количество теплоты, выделившееся вследствие пластической деформации взоне скалывания (смотри рисунок 7-4). При пластической деформации составляет 80%от всего тепла выделившегося в зоне резания.Q2 — количество теплоты, выделившееся в результате трения по переднейповерхности инструмента 10-15% от общего тепла.Рисунок 7-4Рисунок 7-525Лекции по основам процесса резания и режущему инструментуQ3 — количество теплоты, выделившееся на задней поверхности режущегоинструмента примерно 3%.Q4 — количество теплоты, которое образовалось перед плоскостью скалываниявследствие распространения фронта волны деформации и составляет 1-2% от общегоколичества тепла.q1 — количество теплоты, переходящее в стружку, примерно 75%.q2 — количество теплоты, переходящее в тело инструмента, примерно 3%.q3 — количество теплоты, поступающее в заготовку, примерно 6%.q4 — тепло, переходящее на главную режущую кромку инструмента.

Оносоставляет примерно 2%.q5 — количество теплоты, переходящее в окружающую среду.Рисунок 7-5 показывает влияние параметров резания на температуру в зонерезания.Износ режущего инструмента.Удаляя срезаемый слой металла в виде стружки, инструмент сам подвергаетсявоздействию этой стружки и обрабатываемой детали. Это воздействие проявляется вистирании и изнашивании рабочих поверхностей инструмента.Сходящая стружка постепенно образует на передней поверхности инструментавыемку (лунку). А обрабатываемая деталь истирает заднюю поверхность инструмента иобразует на ней площадку износа.

Обрабатывая определенное количество деталей,инструмент теряет свою работоспособность, и затупляется. Потеря работоспособностирежущего инструмента может быть обусловлена следующими причинами:1). Собственно изнашиванием инструмента, то есть истираниемповерхностей в местах соприкосновения со стружкой и заготовкой;рабочих2).

Выкрашиваниемрежущихкромок,чтохарактернодляхрупкихинструментальных материалов. Нередко выкрошенные частицы имеют такой жемикроскопический размер, что по виду схожи с истиранием.3). Налипание обрабатываемого материала на заднюю поверхность режущегоинструмента имеющего недостаточные задние углы (направляющие ленточки сверл,разверток, боковых поверхностей зубьев долбяков). При нормальных условияхэксплуатации режущий инструмент теряет свою работоспособность вследствиеистирания режущих поверхностей. Такой вид износа наблюдается у всех видоврежущего инструмента не зависимо от их вида и назначения.Виды износа режущего клина представлены на рисунке 7-6.