6.1. Система сил при свободном резании

При механической обработке готовая деталь 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.6.1. плоскую сис­тему сил, действующих на режущий инструмент при свободном резании. Обра­зующаяся стружка сходит по передней поверхности инструмента и давит на нее с силой нормального давления N.

Рис. 6.1 Схема сил действующих, на переднюю и заднюю поверхности

Инструмента

Кроме этого стружка перемещаясь по передней поверхности 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 N₁. Перемещение поверхности резания относи­тельно задней поверхности инструмента вызывает действие силы трения F₁. Та­ким образом, на площадках контакта обрабатываемого материала с режущим инструментом на рабочих поверхностях последнего действуют нормальные и касательные силы, геометрическая сумма которых 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

P_z = N·sinδ + F·cosδ – N₁·sinα + F₁·cosα

Где N – нормальная сила на передней поверхности,

F – сила трения на передней поверхности, F = f·N,

N₁ и F₁ – нормальная сила и сила трения на задней поверхности,

F₁ = f₁·N₁,

f и f₁ – коэффициенты трения, соответственно, на передней и задней поверхностях,

α – главный задний угол,

δ – угол заострения, δ = 90⁰ – (γ + γ).

Подставляя значения F и F₁ и проводя соответствующие преобразования, получим

P_z = N·(sinδ + f ·cosδ) – N₁·(sinα – f₁·cosα α)

Если принять, что нормальная сила на задней поверхности пропорциональна силе нормального давления на передней поверхности, что N₁=k N, где к- коэффициент пропорциональности, тогда: можно записать, что

P_z = N·[(sinδ + f ·cosδ) – k·(sinα – f₁·cosα)]

В этом уравнении силу N можно условно принять равной силе политропиче­ского сжатия P при пластическом деформировании образца (рис.6.2), которое протекает согласно закону

P₀·l = P·l = const

тогда Р =

Отождествляя процесс резания с процессом пластической деформации сре­заемого слоя, считаем, что сжимаемый стержень имеет поперечное сечение t·s; срезаемый слой имеет длину l₀; силу Р отождествляем с силой N, действующей на переднюю поверхность инструмента в процессе резания. После срезания слоя припуска длиной l₀ получается стружка длиной l = l_стр.

Рис. 6.2. Схема политропного сжатия: Р – сила, действующая в ходе процесса пластической деформации; Р₀ – сила, необходимая для начала пластической деформации; l₀ – длина сжимаемого стержня; l – длина стержня после пластической деформации.

Сила Р₀ = δ₀·t·s; сила N = P = δ₀·t·s·()^m

где отношение – коэффициент усадки стружки К, следовательно

N = δ₀·t·s·К^m

P_z = δ₀·t·s·К^m·[(sinδ + f ·cosδ) – k·(sinα – f₁·cosα)]

где δ₀ – условный предел текучести,

t – глубина резания,

s – подача.

К – коэффициент усадки стружки,

m – показатель политропы сжатия (согласно Кузнецову В.Д. К = 1,25),

k – коэффициент пропорциональности между силами N и N₁,

f и f₁ – 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 (δ₀), сечения среза (f·s), условий и величины пластической деформации (К), геометрии режущего инструмента (δ и α,)и коэффициентов трения на передней (f) и задней (f₁) поверхностях.