книги / Резание материалов

3.Виброподача резца. На станке в резцедержателе устанавливается виброголовка, имеющая продольные, вдоль оси заготовки, колебания. В результате продольных колебаний резца в момент подачи сливная стружка имеет переменное поперечное сечение. В местах наименьшего сечения стружка ломается и в виде сегментов падает в корыто станка.

4.Изменение режима резания. Режим резания существенно влияет на формирование стружки в зоне резания вследствие из-

менения угла сдвига , от величины которого зависят коэффициент усадки стружки, относительный сдвиг и работа стружкообразования. Все то, что увеличивает угол сдвига, уменьшает степень деформации срезаемого слоя и работу стружкообразования. При резании материалов, не склонныхк наростообразованию, увеличение скорости резания непрерывно улучшает процесс стружкообразования, уменьшая относительный сдвиг и удельную работу стружкообразования. Угол сдвига растет при увеличении скорости резания, что связано с запаздыванием процесса пластической деформации. При резании материалов, склонных к наростообразованию, влияние скорости резания усложняется. Только при скоростях резания, при которых температура резания становится больше 600 ºС, увеличение скорости резания непрерывно улучшает все показатели стружкообразования.

При разных подачах и глубинах резания получается различная форма стружки (рис. 76). С увеличением глубины резания и подачи стружка изменяет свою форму от спиральной непрерывной в прерывистую дробленую в виде отдельных витков.

Влияние толщины срезаемого слоя (подачи) связано с изменением среднего коэффициента трения, который из-за увеличения средних нормальных контактных напряжений на передней поверхности падает при увеличении толщины срезаемого слоя. Поэтому чем толще срезаемый слой, тем меньше относительный сдвиг и удельная работа стружкообразования. Между процессами в зоне первичной деформации и на передней поверхности инструмента существует тесная и взаимообусловленная связь. Любое изменение условий трения в пределах площадки контакта влияет

111

стружка, а задние поверхности контактируют с поверхностью резания и обработанной поверхностью. Контактные явления при резании заготовок существенно отличаются своими особенностями от контактных явлений и трения, наблюдаемых при работе различных машин и механизмов.

Отличительные особенности трения и контактных явлений при резании и при работе деталей машин заключаются в следующем:

1.Высокая чистота контактных поверхностей – ювенильные поверхности стружки и граничного слоя поверхностей инструмента.

2.Малая продолжительность контакта.

3.Поверхности контакта постоянно обновляются.

4.Высокие удельные давления контакта до 1000 кгс/мм2.

5.Высокие температуры контакта до 800–1200 °С.

В общем случае поверхность трения на передней поверхности шириной с (рис. 77) состоит из двух участков: участка I (пластического контакта) шириной c1 и участка II (упругого контакта).

На участке I расположен заторможенный слой, в пределах которого стружка движется не по передней поверхности, а по заторможенному слою, и сопротивление, оказываемое движению стружки, определяется сопротивлением сдвигу в контактном слое стружки. На этом участке внешнее трение скольжения отсутствует и заменяется «внутренним» трением между отдельными слоями стружки.

На участке II стружка контактирует непосредственно c передней поверхностью. Здесь осуществляется внешнее трение скольжения, и сопротивление движению стружки определяется силой трения между стружкой и передней поверхностью. Шири-

113

на c1 пластического контакта зависит от переднего угла инструмента, толщины срезаемого слоя и коэффициента усадки стружки. Ширина пластического контакта определяется по формуле

с1 = a [KL(1 – tg ) + sec ],

из которой видно, что с1 растет при увеличении Kl и а и уменьшается при увеличении угла . Если инструмент имеет угол наклона лезвия, то при увеличении угла ширина пластического контакта уменьшается. Отношение с1/с не превышает 0,7 и для обычных конструкционных материалов чаще всего составляет 0,5, т.е. можно считать, что с = 2с1.

Сложный характер контакта на передней поверхности влияет и на формирование контактных напряжений. Контактные напряжения – нормальные и тангенциальные – вызываются действующими контактными силами на передней поверхности: силой давления стружки N и силой трения F. Рассмотрим действие этих сил (рис. 78).

114

При свободном резании с углом = 0 силы N и F можно определить, если будут известны действующие на срезаемый слой сила Рz , совпадающая с вектором скорости резания, и сила Рy ,

ей перпендикулярная. Равнодействующая сил Рz и Рy является силой стружкообразования R, наклоненной к направлению реза-

ния под углом действия = arctg Рy .

Рz

На основании рис. 78 имеем

N cosРz cos( ) , F cosРz sin( ) .

Средний коэффициент трения вычисляется на основании закона трения Амонтона:

F = /N tg( + ).

Таким образом, угол трения на передней поверхности связан с передним углом инструмента и углом действия зависимостью

= + .

Из формулы следует, что при постоянном переднем угле инструмента угол действия увеличивается при росте среднего коэффициента трения (угла трения). Таким образом, интенсивность трения на передней поверхности через угол действия оказывает влияние на деформационные процессы, происходящие в срезаемом слое. На величину среднего коэффициента трения кроме механических и теплофизических свойств обрабатываемого и инструментального материалов основное влияние оказывают передний угол инструмента, толщина срезаемого слоя (подача), скорость резания, применяемая смазочно-охлаждающая технологическая среда.

115

кой и инструментом, тем больше средний коэффициент трения. С повышением механических свойств обрабатываемого материала средний коэффициент трения уменьшается. Но так как при этом одновременно возрастают и средние нормальные, и средние касательные контактные напряжения, то при постоянной температуре средний коэффициент трения изменяется сравнительно мало. Например, при резании без смазочно-охлаждающей жидкости при= 20°, а = 0,15 мм и S = 0,2 м/мин средние коэффициенты трения для таких различных материалов, как медь, стали 10, 20Х, 1Х13, Х18Н9Т, колеблются в пределах 0,76…0,78.

Интенсивность адгезионного схватывания инструментального материала с обрабатываемым во многом определяется склонностью первого к образованию на нем под действием кислорода воздуха окисных пленок, препятствующих схватыванию. Для инструментальных материалов, склонных к образованию более прочных окисных пленок, средний коэффициент трения меньше. В связи с этим средний коэффициент трения для однокарбидных сплавов больше, чем для двухкарбидных, а для быстрорежущей стали больше, чем для однокарбидных сплавов. С увеличением в твердом сплаве содержания карбидов титана средний коэффициент трения уменьшается.

Если резание происходит с применением смазочно-охлаждаю- щей технологической среды, способной образовывать граничный смазочный слой между стружкой и передней поверхностью, то передний угол инструмента и толщина срезаемого слоя на средний коэффициенттрениясущественного влияния неоказывают.

Если смазочно-охлаждающая технологическая среда отсутствует, уменьшение переднего угла и увеличение толщины срезаемого слоя уменьшают средний коэффициент трения.

Своеобразное действие, оказываемое в этом случае передним углом и толщиной срезаемого слоя на , связано с изменением среднего нормального контактного напряжения N на передней поверхности. При увеличении N средний коэффициент трения уменьшается. Поэтому все те факторы режима резания и геометрические параметры инструмента, которые увеличивают среднее

117

жения следует, что возрастание средних нормальных контактных напряжений уменьшает средний коэффициент трения.

Эпюра касательных контактных напряжений Fп имеет экстремальный характер (рис. 80). На участке I вначале по мере удаления от лезвия напряжения Fп возрастают, достигают максимума, а затем начинают уменьшаться. На участке II касательные напряжения непрерывно уменьшаются до нуля.

Как отмечалось выше, при резании в большинстве случаев имеет место смешанный контакт: упругий и пластический. Поэтому влияние N на должно быть менее сильным, чем при полном отсутствии упругого контакта. Но и в этом случае установленная закономерность между и N сохраняется. Влияние скорости резания на средний коэффициент трения cказывается следующим образом. По мере увеличения скорости резания средний коэффициент трения изменяется подобно

коэффициенту усадки стружки: вначале уменьшается, затем возрастает и, достигнув при некотором значении скорости резания максимума, опять уменьшается. Так же как и Kl, максимальная величина почти не зависит от толщины срезаемого слоя (подачи), но получает это значение при различных скоростях резания, тем больших, чем тоньше срезаемый слой. Связь между средним коэффициентом трения и температурой резания приблизительно однозначна и не зависит от толщины срезаемого слоя. Средний коэффициент трения при увеличении температуры достигает минимального значения при 300 °С и максимального при 600 °С. Таким образом, влияние возрастающей вследствие увеличения скорости температуры на Kl и одинаково.

119