2.7.5. Силы в процессе резания.

Учитывая, что реальные силы при резании действуют во всем объеме тела по трем координатным осям и что для практики важно знать сумму проекций всех сил на данную ось, рассмотрим схему сил, действующих на резец по осям X, У, Z (рис. 2.10) в процессе точения. Направим ось Х вдоль оси детали, ось У – по ее радиусу, а ось Z - касательно к поверхности резания. Тогда в точке О режущего лезвия будут действовать три состав­ляющие: касательная P_z, осевая P_x и радиальная P_y. Равнодействующая этих сил будет оп­ределять силу резания R. Очевидно,

.

Принято выражать Р_x и Р_y в долях Р_z:

Р_y = (0,4 ÷ 0,5) Р_z; Р_x = (0,25 ÷ 0,3) Р_z

Тогда

R = (1,1 ÷ 1,15) Р_z .

Для приближения расчетов сил таким образом достаточно определить Р_z. Мощ­ность, Вт, затрачиваемая на резание, определится

N = Р_z v. (Вт)

Рис. 2.10. Разложение силы резания на три взаимно перпендикулярных

направления.

Сила резания не остается постоянной, так как условия резания в процессе работы непрерывно изменяются, да и сам процесс стружкообразования имеет циклический харак­тер. Р_z, P_x, Р_y определяются расчетным и табличным методами.

2.1.6. Тепловые явления при резании.

Тепловой баланс процесса резания. Теплота, возникающая в процессе резания, влияет на стойкость инструмента и его износ, на качество обработанной поверхности, из­меняет механические свойства обрабатываемого материала, коэффициент трения перед­ней и задней поверхностей инструмента и т.п.

Русские исследователи Н.Н. Саввин (1910 г.) и Я.Г. Усачев (1915 г.) установили, что вся работа резания преобразуется в теплоту, однако, около 1% работы резания затра­чивается на образование поверхностей, обладающих иной потенциальной энергией, чем энергия элементов внутри заготовки и стружки:

А_рез = А_уп + А_пл + А_тр + А_дис ,

где А_уп – работа упругого деформирования; А_пл – работа пластического деформи­рования; А_тр – работа трения; А_дис – работа диспргидрирования (измельчение твердых тел).

Следовательно, приближенно количество образуемой теплоты в единицу времени, (Дж/с),

Q = P_zv,

Где P_z в H, v в м/с.

Тепловой баланс процесса резания (рис. 2.11) можно записать в виде:

Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ = q₁ + q₂ + q₃ + q₄ ,

где Q₁ - Q₄ – теплота, полученная соответственно в результате деформации срезаемого слоя, трения по передней поверхности, трения по задней поверхности и деформации по­верхностного слоя заготовки; q₁ - q₄ – теплота, отводимая соответственно стружкой, рез­цом, заготовкой и окружающей средой.

Р и с. 2.11. Составляющие Р и с. 2.12. Изотермы токарного резца и стружки

теплового баланса процесса при обтачивании стали.

резания.

Приведенное на рис. 2.12 распределение температур в зоне деформации между резцом и стружкой и изотермы получены профессором А.Н. Резниковым для случая обработки стали ШХ15 на режиме v = 1,33 м/с, t = 0,1 мм, s = 0,5 мм/об.

2.1.7. Изнашивание и стойкость режущих инструментов.

2.1.7.1. Закономерности и виды износа инструментов.

Режущие инструменты в процессе работы изнашиваются по причине значительно­го трения, высоких температур режущего клина и высоких давлений на его передней и задней поверхностях. Различают три вида износа: только по задней поверхности, только по передней поверхности и по обеим поверхностям одновременно (рис. 2.13).

а б в

Р и с. 2.13. Виды износа инструмента:

а - по задней поверхности; б - по передней поверхности; в - по обеим поверхностям.

Износ инструментов по задней поверхности является определяющим и подчиняется определенной закономерности изнашивания деталей машин (рис. 2.14). Здесь можно от­метить следующие зоны работы резца: I - зону приработки; II- зону нормального или ра­бочего износа; III- зону интенсивного износа; IV - зону катастрофического износа или разрушения.

Р и с. 2.14. Общая закономерность изнашивания деталей машин.

Изнашивание вызывается различными явлениями, происходящими при резании. Ряд гипотез объясняет этот процесс как абразивный, адгезионный, диффузионный, окис­лительный или усталостный вид изнашивания.