metod_15.03.04_atppp_msu_up2_2016 (1016595), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

Эпюра напряжений на задней поверхностирежущего клина вблизи режущей кромкиОчевидно, что дополнительная сила трения вблизи режущей кромкитакже неограниченно возрастает, обусловливая мгновенное округлениережущей кромки. Таким образом, между передней и задней поверхностямирежущего клина появляется переходная поверхность с радиусом округления ,величина которого коррелируется с кривизной графика распределениянапряжений на соответствующем участке задней поверхности.Этот период работы инструмента (период приработки) характеризуетсявысокой скоростью износа его задней поверхности и быстрым увеличениемрадиуса кривизны переходной поверхности.Появление переходной поверхности между передней и заднейповерхностями режущего клина изменяет характер распределения напряженийна площадке контакта.

Это связано с тем, что при вдавливании режущего клинав обрабатываемый материал ширина площадки контакта становится большеширины фаски износа.Процесс контактного деформирования обрабатываемого материалазадней поверхностью инструмента дополняется тем, что режущий клин,вдавливаясь в поверхность резания, дополнительно смещается вдоль неё соскоростью V, а ширина фаски износа непрерывно изменяется во времени.Для того чтобы применить для исследования указанного динамическогопроцесса формулы теории упругости, применяемые обычно в статике,условимся считать ширину фаски износа постоянной на некотором отрезкевремени, много меньшем периода стойкости инструмента.

Такое допущение неухудшает качества исследования, так как период стойкости инструментанесопоставим с периодом самых низкочастотных относительных колебанийинструмента и заготовки.36Пусть в некоторый момент периода стойкости инструмента ширина фаскиизноса равна hЗ, а радиус округления режущей кромки равен ρ. При движениисо скоростью резания V по синусоидальной траектории, соответствующейколебаниям с амплитудой А на одной из частот ω спектра колебаний, за времяΔτ режущий клин вдавливается под углом ξ в обрабатываемый материал наглубину Δ (рисунок 22).Vтекущее положениепредыдущее положениеA∙sin(ωτ)Δhρh3ξhρ´h´hЗ´′= 0ξтраектория движения режущего клинаРисунок 22. Схема для расчета мгновенных контактных напряженийна фаске износа режущего клинаТраектория вдавливания режущего клина, отличающаяся отперпендикулярной к поверхности резания, приводит к изменениюдействующей ширины площадки контакта, которая становится равна h′h  h   h   (h  h )  sin() ,(56)33где hρ – проекция переходной поверхности фаски износа с радиусомокругления ρh   2  (  )2 ;(57)Δ – глубина вдавливания за время ΔτΔ =A∙[sin(ω∙τ) – sin(ω∙(τ + Δτ))];(58)ξ – угол наклона касательной в текущей точке траектории движенияA  arctg  cos( )  .(59) VРассчитаем величины мгновенных нормальных напряжений в точкахконтакта, лежащих на фаске износа в сечениях перпендикулярных главнойрежущей кромке.

Для этого совместим начало координат с граничной точкой37фаски износа и подставим в используемую формулу соответствующие пределыинтегрирования для текущей точки траектории движения,h(x)   2h 2  x 2 h 3(  h3 )  d(  x)  h3  22(0 ≤ х ≤ h´)где  – удельная контактная жесткость, Н/мм2E;2  (1   2 )(60)(61)Е – модуль упругости обрабатываемого материала, МПа; – коэффициент Пуассона.Эпюра распределения мгновенных значений нормальных напряжений нафаске износа режущего клина приведена на рисунке 23.σ, Н/мм26000σmax40002000х, ммhρ′h′Рисунок 23.

Распределение мгновенных значений нормальных напряженийна фаске износа режущего клинаДальнейшее внедрение задней поверхности режущего клина вглубьобрабатываемого материала приводит к росту максимального значениянормального напряжения σmax до предельной величины при достиженииглубины равной удвоенной амплитуде колебаний.Вместе с тем график нормальных напряжений на задней поверхностирежущего клина показывает, что округление режущей кромки вызываетсяразличными по величине нормальными напряжениями вблизи нее. С ростомширины фаски износа максимальное напряжение уменьшается содновременным уменьшением кривизны графика на этом участке.Следовательно, увеличение радиуса округления режущей кромкивзаимосвязано с увеличением ширины фаски износа.38Очевидно, что дополнительная сила трения, зависящая от силысопротивления контактной деформации, зависит также от соотношениячастоты относительных колебаний ω и скорости резания V и от амплитудыколебаний А, так как при этом изменяется максимальный угол ξmax внедрениярежущего клина в обрабатываемый материал.На рисунке 24 приведен график зависимости величины дополнительнойсилы трения на задней поверхности резца от соотношения ω/V (ω в рад/с, V вм/мин) для амплитуды колебаний А=1 мкм при увеличивающейся ширинефаски износа h.1,61,41,21h=0,3 мм0,8h=0,2 мм0,6h=0.1 мм0,40,2012345678Рисунок 24.

График зависимости дополнительной силы трения (в Н)от соотношения ω/V для А=1мкмНа рисунке 25 приведен график изменения дополнительной силы тренияна задней поверхности резца при изменении амплитуды колебаний А (в мкм)для увеличивающейся ширины фаски износа h.605040h=0,130h=0,220h=0,3100123Рисунок 25. График зависимости дополнительной силы трения (в Н)от амплитуды колебаний (в мкм) для ω/V=6Нарастание амплитуды колебаний на любой частоте приводит квозрастанию величины угла вдавливания площадки износа в обрабатываемый39материал. При этом эффективная площадь фаски износа увеличивается и силаконтактного сопротивления также увеличивается.Процесс изнашивания задней поверхности во втором периоде работыинструмента (период нормального износа) протекает с меньшейинтенсивностью, т.е.

скорость износа уменьшается.Снижение скорости износа объясняется тем, что увеличение радиусаокругления главной режущей кромки, связанное с увеличением ширины фаскиизноса, приводит к уменьшению величины максимального контактногонапряжения. Поэтому сила сопротивления контактной деформации(следовательно, зависящая от нее сила трения Fтр) и объем  равных потолщине слоев изнашиваемого инструментального материала при увеличенииширины фаски износа увеличиваются разными темпами (рисунок 26).1816141210v8Fтр64200,10,20,3Рисунок 26.

График зависимости дополнительной силы трения (в Н)и относительного изнашиваемого объема от ширины фаски износа (в мм)На основе анализа выполненных расчетов можно построитьматематическую модель зависимости величины дополнительной силы трения,возникающей на площадке контакта задней поверхности резца от параметровотносительных колебаний инструмента и заготовки, скорости резания,ширины фаски износа и от свойств обрабатываемого материала2E,  V  2  105Fтр  0,0035  h 30,45  А 2,85  где hЗ – ширина фаски износа, мм;А – амплитуда колебаний, мкм;ω – круговая частота колебаний, с-1;V – скорость резания, м/мин;Е – модуль упругости обрабатываемого материала, МПа.40(62)Третий период работы режущего инструмента характеризуетсяпроявлением динамической составляющей контактного напряжения.

Каждаягармоническая составляющая относительных колебаний инструмента изаготовки вызывает появление на фаске износа циклического напряжения тойже частоты. Под действием многократного изменения напряжения в зонахочагов концентрации возникает процесс постепенного накопленияповреждений инструментального материала, приводящий к образованиютрещин и их развитию. При определенных условиях это может уменьшитьпериодстойкостиинструментаиз-заусталостногоразрушенияинструментального материала.Известно, что закон изменения во времени и частота колебанийциклического напряжения практически не оказывают влияния на усталостнуюпрочность нагружаемого материала, существенны лишь максимальное иминимальное значения напряжения. Кроме того, эффект усталостногоразрушения проявляется только тогда, когда число циклов нагруженияпревысит предельное значение, соответствующее определенному уровнюнапряжения.Кривая зависимости числа циклов нагружения от максимального поабсолютному значению напряжения, называемая «кривой усталости»,построенная по результатам испытаний, позволяет определить предельнуюциклическую долговечность инструментального материала, т.е.

предельноечисло циклов нагружения [N], для заданного переменного напряжения самплитудой .Примем, что возмущение в технологической системе обработки резаниемс постоянной заданной толщиной срезаемого слоя является стационарнымслучайным процессом. Тогда структура спектра относительных колебанийинструмента и заготовки будет зависеть от вероятностных характеристиквходного воздействия и от динамической характеристики рассматриваемойтехнологической системы.Динамическая характеристика ТСОР является своеобразным частотнымфильтром, поэтому для нее можно выделить основные формы относительныхколебаний, рассчитать для каждой из них амплитудные значения контактныхнапряжений и определить их максимальные величины на площадке контакта.На рисунке 27 показана взаимосвязь между амплитудным значениемнапряжения и предельным числом циклов нагружения для j-ой формыотносительных колебаний.

Характеристики

Список файлов учебной работы