книги / Резание материалов

Рис. 95. Влияние глубины резания при точении

(чугун СЧ20, ВК8, 100 м/мин, 0,25 мм/об)

на рост составляющих силы резания Pz, Pх и Pу

В формулах, определяющих связь между глубиной резания, подачей и составляющими силы резания, это обстоятельство выражается неравенством показателей степени xP > yP.

Pz CРz txP S yP , Py C Py t xP S yP , Px CPx t xP S yP .

Вобщем случае показатели xP и yP не являются постоянными,

азависят от значений глубин резания и подач, с которыми ведется обработка, т.е. xP = f1(t, S) и yP = f2(t, S).

При точении с прямыми слоями (t/S =	10)	P C			P		t S0,8	,
			z
						x
а при точении с обратными слоями (t/S = 0,1)	P C		P	t0,8		S.
	z
			x

На рис. 96 показано изменение удельных составляющих силы резания Pz и Py в зависимости от подачи на зуб Sz при протягивании жаропрочной стали ЭИ 961Ш.

141

Рис. 96. Влияние изменения подачи на зуб Sz при протягивании жаропрочнойсталиЭИ961Шна измененияудельных составляющихсилырезания Pz и Ру (скорость резания 30 м/мин, протяжки из ВК8 с износом hз = 0,2 мм)

Вследствие неодинакового влияния t и S на составляющие силы резания величина сил при постоянной площади сечения срезаемого слоя t S, но при различных отношениях t/S будет неодинакова (рис. 97). На рис. 97, б при ширине среза 2b сила резания Pz будет почти в два раза больше, чем на рис. 97, в, где при том же сечении среза толщина среза 2а больше в два раза. Поэтому при точении с прямыми срезаемыми слоями, для того чтобы при заданной площади сечения максимально уменьшить величину сил, необходимо уменьшить глубину резания за счет увеличения подачи, т.е. работать с возможно меньшим отношением t/S.

Рис. 97. Схемы свободного резания с одинарным (а) и двойным сечением среза при ширине среза 2b (б) и толщине среза 2a (в)

Различная интенсивность влияния глубины резания и подачи на главную составляющую силы резания вызвана их неодинаковым действием на степень деформации срезаемого слоя. Учитывая, что t = b sin , а S = a / sin , имеем

142

Рz CP	bxP a yP sin xP yP .	(6)
z

При = const эта формула принимает вид

Рz CPz bxP ayP .

Таким образом, ширина срезаемого слоя влияет на силу Рz больше, чем толщина. Как известно, изменение ширины срезаемого слоя не сказывается на изменении степени его деформации (коэффициент усадки стружки остается постоянным). Увеличение же толщины срезаемого слоя снижает величину коэффициента усадки стружки, что уменьшает степень деформации срезаемого слоя. Главная составляющая силы резания пропорциональна той степени деформации, которую получил срезаемый слой при превращении его в стружку. При увеличении ширины срезаемого слоя вследствие увеличения площади сечения сила Pz должна увеличиваться во столько раз, во сколько возросла величина b, так как при этом степень деформации срезаемого слоя не изменяется. Поэтому и показатель степени хР при ширине срезаемого слоя близок к единице. Увеличение толщины срезаемого слоя также увеличивает его площадь, но при этом степень деформации слоя уменьшается и рост силы Рz отстает от роста толщины срезаемого слоя. Вследствие этого показатель степени yP при толщине срезаемого слоя не может быть равным единице, а всегда несколько меньше ее. Поскольку физические и технологические размеры срезаемого слоя связаны друг с другом только через главный угол в плане, то влияние t и S на силу Рz остается таким же, как влияние b и а. Все сказанное относится к резанию как с прямыми, так и с обратными слоями. Поэтому в формуле (6) для определения силы Рz при точении с обратными слоями показатели степени при t и S меняются местами.

Более сильное влияние на силу Рz ширины срезаемого слоя, чем толщины, имеет место не только при точении, но справедливо при любых видах работ.

Отсюда можно сформулировать первый закон резания: при заданной площади сечения среза a×b для уменьшения силы реза-

143

ния, необходимо уменьшить глубину резания t за счет пропорционального увеличения подачи S.

Во всех случаях необходимо стремиться работать с возможно меньшим отношением b/а, увеличивая толщину срезаемого слоя за счет уменьшения его ширины.

Изменение скорости резания влияет на составляющие силы резания так, как оно влияет на изменение коэффициента усадки стружки (рис. 98). При резании материалов, не склонных к наростообразованию, коэффициент усадки монотонно убывает, когда увеличивается скорость ре-

	зания. Также ведут себя и со-
	ставляющие		силы	резания,
	уменьшающиеся при увели-
	чении	V вначале		быстро,
	а затем более медленно. При
	резании материалов, склон-
	ных к	наростообразованию,
	кривая Рz = f1(V) так же, как
	и кривая Kl = f2'(V), немоно-
	тонна, причем обе кривые
	совпадают по фазам. Начи-
	ная от скорости V1 до скоро-
	сти V2, при которой высота
Рис. 98. Схема влияния скорости	нароста растет, сила Pz
резания V на высоту нароста Н,	уменьшается, достигая ми-
коэффициент усадки стружки Kl	нимума	при	максимально
и силу Pz	развитом наросте. При ско-
	ростях резания от V2 до V3,

при которых высота нароста уменьшается, сила Pz вновь возрастает. На скоростях резания, которые больше скорости V3, соответствующей исчезновению нароста, сила Pz при увеличении скорости резания в дальнейшем непрерывно уменьшается. Все сказанное относится и к изменению сил Py и Px. Скорости резания, с которыми работают при точении твердосплавными резцами, выше, чем скорость V3. Поэтому участок кривой сила– скорость для V > V3 можно описать следующими формулами:

144

Р

z

C1

; Р

y

C2

; Р

x

C3

.

V zP

V zP

V zP

Для диапазона скоростей резания 50…350 м/мин показатели степени, в зависимости от рода обрабатываемого материала, переднего угла и подачи, изменяются в следующих пределах: для силы

Pz = 0,35…0,1; для силыРy = 0,5…0,25 и для силыРx = 0,5…0,3.

На скоростях резания больше 400 м/мин при резании любых материалов скорость резания практически перестает влиять на составляющие силы резания, и показатель степени zP 0.

2.4.4. Влияние геометрических параметров резца на составляющие силы резания

Влияние главного угла в плане. Главный угол в плане из-

меняет отношение b/а и положение главного лезвия относительно движения подачи. И то и другое при изменении угла вызывает изменение составляющих силы резания.

Увеличение главного угла в плане при постоянных t и S вызывает уменьшение отношения b/а, что должно привести к непрерывному уменьшению силы Рz. Это хорошо подтверждается экспериментом при свободном точении любых материалов и при несвободном точении чугуна. Как видно на рис. 99, то же самое наблюдается и при несвободном точении стали резцом без переходного лезвия (кривая 2).

При несвободном точении резцом с переходным лезвием, начиная со значения угла = 60°, сила Рz не уменьшается, а вновь возрастает. Немонотонность влияния угла на силу Рz связана в этом случае с действием двух конкурирующих явлений: уменьшением отношения b/a при увеличении угла и увеличением отношения длины криволинейного переходного лезвия к рабочей длине главного лезвия.

Уменьшение отношения b/a для прямолинейного главного лезвия вследствие увеличения угла снижает силу Рz. Однако вследствие увеличения отношения пр/тп возрастает роль переходного дугового лезвия с радиусом r, на котором условия де-

145

формирования и срезания стружки значительно тяжелее, чем на главном лезвии. Продольные слои стружки, перемещаясь по передней поверхности в направлениях, перпендикулярных к переходному лезвию, мешают друг другу, увеличивают степень деформации срезаемого слоя, что, в конечном счете, приводит к увеличению силы Рz.

Рис. 99. Влияние главного угла в плане на силу Рz при точении (сталь; t = 2 мм; So = 0,48 мм/об): 1 – несвободное точение резцом с r = 2 мм при V = 40 м/мин; 2 – несвободное точение резцом с r = 0 мм при V = 40 м/мин; 3 – свободноеточениеприV = 44 м/мин

При резании пластичных материалов (сталей) для углов< 50…60° превалирует эффект от уменьшения отношения b/a, а для углов > 60° – эффект от ухудшения условий стружкообразования. При резании хрупких материалов (чугунов) отрицательная роль переходного лезвия незначительна, так как стружка ломкая и степень ее деформации невелика. Поэтому сила при увеличении угла уменьшается за счет уменьшения отношения b/a. Силы Рy и Рx являются проекциями горизонтальной равнодействующей Рxy на оси y и x. Поэтому при увеличении угла сила Рy должна уменьшаться, а сила Рx возрастать. Влияние главного угла в плане на составляющие силы резания описывается следующими формулами:

146

	при обработке сталей
Рz	= С4/ 0,16, Рy = С6/ 1,03 при	= 30…50°;	Рz = С5 0,22,
Рy = С7/ 0,86 при = 50…90°;
Рx = С8 0,72 при = 30…90°;
	при обработке чугунов

Рz = С9/ 0,13; Рy = С10/ 0,51; Рx = С11 1,08 при = 30…45°;

Рx = С12 0,35 при = 45…90°.

Влияние переднего угла. Уменьшение переднего угла увеличивает коэффициент усадки стружки и работу стружкообразования. Это приводит к увеличению всех составляющих силы резания, например при протягивании жаропрочного сплава ЭИ 787ВД (рис. 100).

Рис. 100. Влияние переднего угла на силы Рz и Ру при протягивании сплава ЭИ 787ВД протяжками из ВК8

Однако влияние переднего угла резца на силы Рz, Рy и Рx неодинаково. Уменьшение положительного и увеличение отрицательного угла наиболее сильно сказывается на росте осевой силы. Радиальная и окружная силы возрастают в меньшей степени.

147

На рис. 101 схематично представлено влияние изменения переднего угла от положительного значения до отрицательного на увеличение деформационных явлений и силы стружкообразования на передней поверхности резца. Установлено, что уменьшение переднего угла на один градус приводит к возрастанию силы резания на 2 %.

Рис. 101. Влияние уменьшения переднего угла при точении на рост деформации и сил резания на передней поверхности резца

Влияние переднего угла на составляющие силы резания математическиудобнееописывать, используяуголрезания р = 90° – .

Влияние угла резания на силы Рz, Рy, Рx выражают формулой

Pi C13 qрр .

Показатели степени qр для сил Рz, Рy, Рx соответственно рав-

ны 0,95…1,05; 2,0…2,5; 2,5…3,5.

Влияние заднего угла. Задняя поверхность инструмента угла в стружкообразовании не участвует. Поэтому изменение заднего угла не меняет величину нормальной силы и силы трения, действующих на передней поверхности. Следовательно, влияние заднего угла на составляющие силы резания может проявляться только через изменение сил, действующих на задней поверхности. Эксперименты показывают, что если задний угол резца больше 8…10°, то составляющие силы резания от величины заднего угла не зависят. При меньших углах уменьшение заднего угла вызывает незна-

148

чительное возрастание сил Рz, Рy, Рx. Для диапазона задних углов 2…10° это возрастание при обработке стали описывается форму-

лами Рz = 360 – 2,2 ; Рy = 118 – 2 ; Рx = 96 – 1,2 .

2.4.5. Влияние физико-механических свойств обрабатываемых материалов и резца

на составляющие силы резания

Если при увеличении прочности обрабатываемого материала коэффициент усадки стружки уменьшается сравнительно мало, то силы Рz, Рy и Рx возрастают, а если увеличение прочности сопровождается значительным снижением коэффициента усадки, то это приводит к уменьшению сил (табл. 3). Несмотря на то, что предел прочности на растяжение меди намного уступает стали 20Х, сила Рz при резании обоих материалов одинакова. Это вызвано тем, что коэффициент усадки стружки для стали 20Х примерно во столько раз меньше, чем для меди, во сколько раз больше касательные напряжения на условной плоскости сдвига. Значительное увеличение силы Рz при резании стали 1Х18Н9Т по сравнению со сталью 20Х связано с тем, что уменьшение коэффициента усадки стружки для стали 1Х18Н9Т отстает от возрастания напряжений сдвига.

Таблица 3

Влияние механических свойств обрабатываемого материала на величину силы Рz ( = 20°; а = 0,22 мм; V = 0,2 м/мин)

Обрабатываемый		· 10–1 Н/мм2	Kl	Рz · 10–1 Н
материал
Медь	9°05'	32	6,2	500
Сталь 00	11°50'	46	4,3	570
Сталь 10	16°30'	49	3,7	450
Сталь 20Х	17°40'	58	3,3	500
Сталь 1Х18Н9Т	22°45'	103	2,6	740

Приведенные примеры показывают, что одни прочностные характеристики обрабатываемых материалов различного химического состава не могут служить объективным показателем при оценке сил, возникающих при резании.

149

Для групп материалов, однородных по своему химическому составу, увеличение напряжений сдвига при увеличении прочности, как правило, значительно опережает уменьшение коэффициента усадки стружки. Поэтому составляющие силы резания растут при увеличении предела прочности при растяжении для стали или твердости по Бринелю для чугуна.

Это позволило получить приближенные формулы, которые обеспечивают достаточную точность при инженерных расчетах составляющих силы резания. При резании пластичных материалов расчет сил Рz, Рy и Рx ведут по b или по НВ; при резании хрупких материалов за основу берется твердость НВ: 1) при обработке ста-

лей Рz = C15 bnP ; 2) при обработке чугунов Рz = С16 НВ nP . В табл. 4 приведенысредниепоказатели степеней nP в формулах.

					Таблица 4
Средние значения показателя степени в формулах
для расчета составляющих силы резания
Материал		Показатели степени nP в формулах
	cилы Рz		cилы Рy		cилы Рx
обрабатываемой	Твердый	Быстро-	Твердый	Быстро-	Твердый		Быстро-
детали		режущая		режущая			режущая
	сплав	сталь	сплав	сталь	сплав		сталь
Сталь:		0,35	1,35	2,0	1,0		1,5
b 600 Н/мм2	0,35 0,35
b 600 Н/мм2		0,75	1,35	2,0	1,0		1,5
Чугун	0,4	0,55	1,0	1,3	0,8		1,1

Материал режущей части резца на составляющие силы резания влияет сравнительно слабо. Различные инструментальные материалы имеют различный средний коэффициент трения на передней поверхности, что при одинаковой нормальной силе дает различную величину силы трения и коэффициента усадки стружки. Поэтому с уменьшением среднего коэффициента трения на передней поверхности составляющие силы резания становятся меньше. Средние коэффициенты трения при резании быстрорежущими сталями и твердыми сплавами группы ВК приблизительно одинаковы. Поэтому сила Рz при резании резцами из бы-

150