Гребень В.Г. Резание материалов - файл n1.doc

приобрести
Гребень В.Г. Резание материалов
скачать (953.8 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc1801kb.22.03.2011 19:52скачать

n1.doc

  1   2   3   4


Министерство образования и науки Российской Федерации




Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Омский государственный технический университет»



В. Г. Гребень, П. Е. Попов
РЕЗАНИЕ МАТЕРИАЛОВ
Конспект лекций

Омск

Издательство ОмГТУ

2011

УДК 621.3.01(075)

ББК 55.19я.73

Г79

Рецензенты:

А. А. Рауба, д-р техн. наук, проф. ОмГУПС;

В. В. Евстифеев, д-р техн. наук, проф. СибАДИ
Гребень, В. Г.

Г79 Резание материалов: конспект лекций / В. Г. Гребень, П. Е. Попов – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2011. – 76 с.


Излагаются общие сведения о резании материалов, деформации при резании, силе резания, колебаниям, тепловым процессам, износу и стойкости режущих инструментов, оптимизации режимов резания.

Конспект лекций предназначен для студентов специальности 151002 «Конструкторско-техническое обеспечение машиностроительных производств» всех форм обучения.

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Омского государственного технического университета


УДК 621.3.01(075)

ББК 55.19я.73

© ГОУ ВПО «Омский государственный

технический университет», 2011

ВВЕДЕНИЕ

В конспекте лекций рассмотрены физические основы процесса резания: кинематика резания, деформация и силы резания, теплофизика и колебания при резании, износ и стойкость режущих инструментов, а также оптимизация режимов ре­зания.

Сведения о закономерности процесса резания используются при расчете кинематических цепей металлорежущих станков, при разработке технологических процессов, при проектировании средств технологического оснащения.

Целью обработки резанием является получение деталей требуемой формы, размеров, качества поверхностного слоя. Для оценки эффективности обработки резанием применяются следующие критерии: производительность, точность, себестоимость. Показатели эффективности обработки можно повысить за сет совершенствования технологии, средств технологического оснащения, а также за счет оптимизации функционирования технологической системы.

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

1.1. Классификация способов обработки резанием

В современном машиностроении обработка резанием является самым распространенным способом формообразования поверхностей деталей машин. С помощью обработки резанием можно получить практически любую поверхность (цилиндрическую, коническую, плоскую, винтовую, эвольвентную и др.).

Одну и ту же поверхность на заготовке можно обработать различными способами. От выбора способа обработки зависит выбор средств технического оснащения (станков, режущих инструментов, оснастки, измерительных при­боров).

Существую следующие способы обработки резанием [2]:

лезвийная обработка (точение, сверление, фрезерование, строгание, протягивание и др.);

абразивная обработка (шлифование, хонингование, суперфиниширование и др.).

Лезвийная обработка выполняется режущими инструментами (резцами, сверлами, фрезами), имеющими определенную геометрию, которая образуется при их заточке. Различают одно- и многолезвийные инструменты.

Абразивная обработка производится абразивными инструментами (шлифовальными кругами, головками, сегментами, брусками), у которых роль режущих элементов играют абразивные зерна, расположенные произвольно друг относительно друга и скрепленные связкой. С целью восстановления режущей способности и формы абразивных инструментов затупившиеся абразивные зерна удаляют с их поверхности путем правки.

В результате обработки резанием на заготовке получаются поверхности определенной формы, которые можно разделить на:

– функциональные;

– вспомогательные;

– свободные.

Функциональные поверхности – это такие поверхности, с помощью которых деталь выполняет свое служебное назначение.

Вспомогательные поверхности используются для базирования детали при обработке и контроле.

Свободные поверхности соединяют функциональные и вспомогательные поверхности.

В процессе изготовления детали функциональные поверхности могут становиться вспомогательными и наоборот.

Названные выше поверхности, их форма и размеры создают основу для классификации деталей. Классификация деталей используется для разработки типовой (групповой) технологии обработки деталей по классам (валы, втулки, диски, рычаги и др.).

Независимо от формы заготовки и программы выпуска существуют определенные закономерности технологических процессов обработки резанием. Типовая схема представлена на рисунке 1.1.


Рис. 1.1. Последовательность обработки резанием

Принятая последовательность выполнения операций (переходов) должна обеспечивать требуемую точность готовой детали. Каждой технологической операции соответствует определенный диапазон квалитетов точности размеров. Так, при выполнении черновых операций, точность на каждом последующем переходе повышается на один–три квалитета, на чистовых – на один–два квалитета.

Общий припуск на обработку разбивается на межоперационные припуски. Размер припуска определяется высотой неровности, глубиной дефектного слоя и величиной пространственных отклонений поверхности на предшествующем переходе, а также погрешностью установки заготовки на выполняемом переходе. Элементарные погрешности определяются по таблицам точности [1].

Минимальные припуски на обработку служат основой для назначения глубины резания. Причем на каждом последующем переходе следует назначать глубину резания меньшую, чем на предшествующем. При невысоких требованиях к точности готовой детали (JT12–JT13) припуск снимают за один проход. Уменьшение припусков на обработку основано на повышении технического уровня изготовления заготовок (литье под давлением, высокоскоростная штамповка и др.).

1.2. Кинематика резания

В кинематике рассматривается движение тел вне связи с причинами, которые вызывают это движение или изменяют его.

В процессе резания принимают участие инструмент и заготовка, которые совершают движения относительно друг-друга. Эти движения называются рабочими (исполнительными) или движениями формообразования. Для описания движения за систему отсчета могут быть приняты или режущий инструмент, или заготовка. При резании принято рассматривать движение режущего инструмента относительно заготовки. В этом случае заготовка рассматривается как тело, находящееся в покое.

По ГОСТ 25762–80 различают главное движение Dr, происходящее с наибольшей скоростью V, и движение подачи Dr, скорость которого (Vs) меньше скорости главного движения (Vs < V). Движение подачи необходимо для того, чтобы распространять отдельные слои материала на всю обрабатываемую поверхность. Так, например, при продольном точении главным движением является вращательное движение заготовки вокруг своей оси, а движением подачи – прямолинейное поступательное перемещение режущего инструмента вдоль оси заготовки (рис. 1.2а). При сверлении на вертикально-сверильном станке главным будет вращательное движение сверла вокруг своей оси, а движением подачи – прямолинейное поступательное перемещение сверла вдоль своей оси (рис. 1.2б). При цилиндрическом фрезеровании главное движение – это вращательное движение фрезы вокруг своей оси, а движение подачи – прямолинейное поступательное перемещение заготовки перпендикулярно оси фрезы (рис. 1.2в).



а) б) в)

Рис. 1.2. Кинематика точения (а), сверления (б), фрезеровки (в):

1 – обрабатываемая поверхность, 2 – обработанная поверхность,
3 – поверхность резания; 4 – рабочая плоскость Dr – главное движение,
Ds – движение подачи, V – скорость главного движения, Vs – скорость движения подачи,
Ve – скорость результирующего движения, ? – угол скорости резания
Поверхность резания образуется главной режущей кромкой. Для продольного точения и сверления – это винтовая поверхность, для фрезерования – циклоида.

Результирующее движение – суммарное движение Ve режущего инструмента относительно заготовки, включающее главное движение V и движение подачи Vs (рис. 1.2):

. (1.1)

Угол скорости резания ? угол между векторами и .

1.3. Статические и кинетические углы токарного резца

Здесь токарный резец выбран в качестве представителя режущих инструментов. Определения геометрических параметров токарного резца остаются справедливыми и для других типов режущих инструментов с учетом особенности их кинематических схем резца.

Токарный проходной резец состоит из рабочей части и державки (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Токарный проходной резец:
1 – передняя поверхность; 2 – главная задняя поверхность;
3 – вспомогательная задняя поверхность; 4 – главная режущая кромка;
5 – вспомогательная режущая кромка; 6 – вершина резца
Рабочая часть содержит режущие лезвия и образуется в процессе заточки (переточки) резца.

Державка служит для закрепления резца в резцедержателе станка.

Передняя поверхность – поверхность, по которой сходит стружка.

Главная задняя поверхность обращена к обрабатываемой поверхности заготовки.

Вспомогательная задняя поверхность обращена к обработанной поверхности заготовки.

Главная режущая кромка образуется пересечением передней и главной задней поверхности.

Вспомогательная режущая кромка образуется пересечением передней и вспомогательной задней поверхности.

Вершина резца является сопряжением главной и вспомогательной кромки по радиусу или фаске.

По ГОСТ 25762–83 различают статические и кинематические углы токарного резца.

Статические углы используются при разработке чертежа инструмента, при его заточке и контроле.

Кинематические углы резца образуются в процессе резания и зависят от параметров режима резания (главным образом – от величины подачи).

Статические углы токарного резца измеряются в статической системе координат, а кинематические – в кинематической системе координат. И статическая, и кинематическая системы координат связаны с кинематикой резца.

Статическая система координат – это прямоугольная система координат с началом в рассматриваемой точке режущей кромки, ориентированная относительно направления скорости V главного движения (рис. 1.4а). Для резца, установленного по оси центров, ось z направлена вертикально вверх, оси x и y расположены в горизонтальной плоскости (рис. 1.4а); ось y направлена вдоль оси державки резца, ось x – вдоль направления подачи резца.



Рис. 1.4. Статическая (а) и кинематическая (б) системы координат (? – угол скорости резания)

Для отсчета статических углов токарного резца (углов заточки) используют следующие статические координатные плоскости: основную плоскость, плоскость резания и рабочую плоскость (рис. 1.4а).

Основная плоскость – плоскость, проведенная через рассматриваемую точку режущей кромки перпендикулярно вектору V скорости главного движения (плоскость Oxy).

Плоскость резания – плоскость, касательная к режущей кромке в рассматриваемой точке и перпендикулярная основной плоскости.

Рабочая плоскость – плоскость, проходящая через векторы V скорости главного движения и Vs скорости движения подачи (плоскости Oxz).

На рисунке 1.5 показаны статические углы токарного резца.


Рис. 1.5. Статические углы токарного резца:

N-N – главная секущая плоскость; N1-N1 – вспомогательная секущая плоскость.
Главная секущая плоскость – плоскость, перпендикулярная проекции главной режущей кромки на основную плоскость.

Вспомогательная секущая плоскость – плоскость, перпендикулярная проекции вспомогательной режущей кромки на основную плоскость.

В главной секущей плоскости расположены:

главный передний угол ? – угол между передней поверхностью и основной плоскостью. В зависимости от положения передней поверхности относительно основной плоскости различают положительный или отрицательный передний угол (рис. 1.5). Если же передняя поверхность совпадает с основной плоскостью, то передний угол равен нулю. На рисунке 1.5 показан положительный передний угол;

главный задний угол ? – угол между главной задней поверхностью и плоскостью резания;

угол заострения ? – угол между главной задней и передней поверхностью резца.

Из рисунка 1.5 следует:

? + + ? = 90є. (1.2)

Обычно задают углы ? и ?, а угол ? рассчитывают по формуле (1.2).

Во вспомогательной секущей плоскости измеряют вспомогательный задний угол ?1 – это угол между вспомогательной задней поверхностью и плоскостью, проходящей через вспомогательную режущую кромку перпендикулярно основной плоскости.

В основной плоскости измеряются углы в плане:

главный угол в плане ? – угол между проекцией главной режущей кромки на основную плоскость и рабочей плоскостью;

вспомогательный угол в плане ?1 – угол между проекцией вспомогательной режущей кромки на основную плоскость и рабочей плоскостью;

угол при вершине в плане ? – угол между проекциями главной и вспомогательной режущими кромками на основную плоскость.

Из рисунка 1.5 следует:

? + ?1 + ? = 180є. (1.3)

Обычно назначают углы ? и ?1, а угол ? определяют по формуле (1.3).

Угол наклона главной режущей кромки ? – угол, расположенный в плоскости резания между главной режущей кромкой и основной плоскостью. Угол ? может быть положительным, равным нулю и отрицательным. Угол ? равен нулю, если главная режущая кромка находится в основной плоскости. На рисунке 1.5, показан отрицательный угол наклона главной режущей кромки.

Кинематические углы токарного резца образуются в процессе резания и зависят от параметров режима резания (главным образом – от величины по­дачи).

Кинематическая система координат – это прямоугольная система координат с началом в рассматриваемой точке режущей кромки, ориентированная относительно скорости Ve результирующего движения резания (рис. 1.4б).
Из рисунка 1.4 следует, что кинематическая система координат повернута относительно статической на угол ? (угол скорости резания). Причем вращение осуществляется относительно оси y (на плоскости Oxz).

Таким образом, кинематические и статические углы токарного резца различаются только положением координатных плоскостей их отсчета. Определения же углов являются одинаковыми; только вместо слова «статический» употребляется слово «кинематический».

Ниже приведены некоторые наиболее важные определения.

Кинематическая основная плоскость – плоскость, перпендикулярная вектору скорости Ve результирующего движения резания.

Кинематическая плоскость резания – плоскость, касательная к главной режущей кромке и перпендикулярная кинематической основной плоскости.

Кинематический перпендикулярный угол ?к – угол в кинематической главной секущей плоскости между передней поверхностью и кинематической основной плоскостью.

Кинематический задний передний угол ?к – угол в кинематической главной секущей плоскости между главной задней поверхностью и кинематической плоскостью резания.

В процессе резания кинематический передний угол увеличивается, а кинематический задний угол уменьшается по сравнению со статическими углами (?к < ?; ?k < ?). Другие кинематические углы (углы, в плане, угол наклона главной режущей кромки) поменяются незначительно. Эти изменения углов при резании обычно не учитываются. Наибольшее изменение кинематических углов имеет место для упорного проходного резца. Так, при Y = 90є, ? =

?к = ? + ?1 , ?к = ? – ?1, (1.4)

где ? – кинематическая составляющая, равная углу скорости резания:

? = arctg = arctg , (1.5)

где Vs – скорость подачи, So подача на оборот, D – диаметр рассматриваемой точки режущей кромки. Для Y < 90є кинематическая составляющая становится меньше. При VVs кинематическую составляющую можно полагать равной нулю. В этом случае

?к ?, ?к ?. (1.6)

Изменения кинематических углов по сравнению со статическими нужно учитывать, если скорость подачи Vs сравненима со скоростью главного движения V. Особенно опасно изменение кинематического заднего угла, т.к. он может стать равным нулю и даже отрицательным, что недопустимо. Так, например, при нарезании резьбы с крупным шагом или при сверлении отверстий малого диаметра заточку заднего угла необходимо производить с учетом кинематической составляющей.

Углы заточки проходных резцов статические углы резцов называют также углами заточки, т.к. все углы могут быть установлены на лимбах трех поворотных тисков заточного станка. Значения углов заточки резцов зависят от свойств технологической системы, главным образом – от жесткости и виброустойчивости. Так, среднее значение переднего угла равного 10є. Однако, если не происходит выкраивание режущей кромки, этот угол можно увеличить до 15…20є. Для упрочнения режущей кромки затачивают упрочняющую фаску f, шириной примерно равной толщине срезаемого слоя а, под углом ?f = 0…–5є. На передней поверхности часто затачивают лунку для обеспечения завивания стружки. Задний угол затачивают под углом 8…12є. Меньшие значения применяют для черновой обработки, большие – для чистовой. Главный угол в плане изменяется в пределах 30…90є. Меньшие значения используют в условиях повышенной жесткости технологической системы. Угол Y = 90є рекомендуется для обработки нежестких заготовок. Это ведет к уменьшению радиальной силы резания Py и к увеличению точности обработки. Вспомогательный угол в плане Y1 влияет на качество обработанной поверхности. При высоких требованиях к качеству поверхности этот угол уменьшают до 5…10є, а иногда делают нулевым (для резцов с зачищающими режущими кромками). Угол наклона режущей кромки ? влияет на направление схода стружки и на прочность режущего клина. Угол ? изменяется в пределах ±5є. При положительных углах ? стружка сходит в направлении к обработанной поверхности. При отрицательных ? – в направлении к обрабатываемой поверхности.

1.4. Параметры режима резания.
Размеры сечения срезаемого слоя


Рассмотрим операцию обтачивания цилиндрической поверхности вала (рис. 1.6).



Рис. 1.6. Схема обтачивания вала

К параметрам режима резания относят скорость резания V, глубину резания t, подачу S.

Под скоростью резания обычно понимают скорость главного движения. Скорость резания лезвийного инструмента принято измерять в м/мин. Она рассчитывается по формуле

(1.7)

где D – диаметр обрабатываемой поверхности заготовки, мм;

n – частота вращения заготовки, об/мин;

V – скорость резания, м/мин.

Глубиной резания t называется расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностью заготовки, измеренное перпендикулярно направлению движения подачи.

Из рисунка 1.6 следует:

. (1.8)

В общем случае различают минутную подачу, подачу на оборот и подачу на зуб (для многолезвийного инструмента).

Минутной подачей S (мин), или скоростью подачи называется величина перемещения режущей кромки инструмента в направлении движения подачи за одну минуту (мм/мин).

Подачей на оборот So называется величина перемещения режущей кромки инструмента в направлении движения подачи за один оборот заготовки или инструмента (мм/об).

Подача на зуб Sz – это величина перемещения режущей кромки инструмента в направлении движения подачи при повороте инструмента на один окружной шаг (на один зуб) (мм/зуб).

Минутная подача определяет производительность обработки, подача на оборот определяет шероховатость обработанной поверхности, подача на зуб характеризует нагрузку на режущее лезвие.

Между различными подачами существуют следующие соотношения:

Sмин = So · n , Sz = (1.9)

где z – число зубьев инструмента.

Различают следующие разновидности резания:

свободное и несвободное в зависимости от количества режущих кромок, участвующих в работе. При свободном резании в работе участвует одна режущая кромка, при несвободном – две и более.

прямоугольное (? = 0) и косоугольное (? ? 0);

– с прямыми срезами (t > S), с равнобокими срезами (t ? S), c обратными срезами (S > t).

Рассмотрим несвободное прямоугольное точение (рис. 1.7).


Рис. 1.7. Схема несвободного прямоугольного точения

Из рисунка следует, что в работе участвуют две режущие кромки (главная и вспомогательная) и сечение срезаемого слоя будет иметь вид трапеции ВСАК.

По линии ВС срезаемый слой отделяется от заготовки главной режущей кромкой, а по линии ВК – вспомогательной режущей кромкой.

В результате удаления слоя в виде трапеции на заготовке остается гребешок АВК. Высота этого гребешка определяет высоту неровностей (шероховатость обработанной поверхности).

Форма сечения срезаемого слоя характеризуется:

толщиной среза a,

шириной среза b.

Причем при прямых срезах

a = S · sin ?, b = (1.10)

Площадь сечения срезаемого слоя приближенно определяется как площадь параллелограмма ABCD (рис. 1.7).

.

Формы сечения срезаемого слоя для прямых, равнобоких и обратных срезов показаны на рисунке 1.8.


t >S


t ? S


S > t

Рис. 1.8. Формы сечения срезаемого слоя
Из рисунка 1.8 следует, что при обратных срезах (S > t)

a = t, b = S. (1.11)

Из рисунка 1.7 можно получить формулы для расчета толщины и ширины срезаемого слоя, как для прямых, так и для обратных срезах [2]:

(1.12)

2. ДЕФОРМАЦИИ ПРИ РЕЗАНИИ МЕТАЛЛОВ

Различают деформацию упругую, пластическую и разрушение.

При упругой деформации изменяются расстояния между атомами в кристаллической решетке. После снятия нагрузки атомы возвращаются в исходное состояние. Поэтому упругую деформацию называют обратимой деформацией. Упругие деформации обычно малы и пропорциональны приложенному напряжению (закон Гука).

При пластической деформации происходят значительные сдвиги одной части кристалла относительно другой. После снятия нагрузки атомы не возвращаются в исходное состояние. Поэтому пластическую деформацию называют необратимой деформацией (изменяется форма тела). При пластической деформации происходят процессы упрочнения, связанные с увеличением напряжений по мере нарастания степени деформации. Под действием температуры возможен также процесс разупрочнения материала, т.е. снижение напряжений при увеличении степени деформации.

При резании разрушение может происходить путем среза под действием касательных напряжений (вязкое разрушение), а также путем отрыва под действием нормальных напряжений (хрупкое разрушение).

2.1. Схематизация процесса стружкообразования

При резании конструкционных углеродистых и легированных сталей и сплавов образуются четыре вида стружек: элементная, суставчатая, сливная и надлома (рис. 2.1).


Рис. 2.1. Типы стружек:
а – элементная; б – суставчатая; в – сливная; г – надлома
Элементная стружка состоит из отдельных элементов приблизительно одинаковой формы, не связанных или слабо связанных друг с другом.

У суставной стружки разделения ее на отдельные части не происходит.

Основным признаком сливной стружки является сплошность, однородность ее структуры. Контактная поверхность сливной стружки гладкая, блестящая; свободная поверхность стружки – с мелкими зубчиками. При высокой скорости имеет бархатистый вид. Цвет сливной стружки обычно синий.

Стружка надлома образуется при обработке хрупких материалов. Ее частички имеет различные размеры и форму, в которых отсутствует пластическая деформация.

Наиболее характерным типом стружки при резании пластичных металлов является сливная стружка.

В общем случае зона стружкообразования имеет клинообразную форму и ограничена криволинейными поверхностями [2, 3, 4], рисунок 2.2.


а) б)

Рис. 2.2. Схема стружкообразования (а) и расчетная схема (б)

На рисунке обозначено:

OL – начальная граница стружкообразования; OM – конечная граница стружкообразования;

LOM – зона стружкообразования;

NOM – узкая зона стружкообразования;

OA – плоскость сдвига;

? – угол наклона плоскости сдвига;

n-n – нормаль к передней поверхности инструмента.

Степень пластической деформации в зоне стружкообразования LOM растет сначала медленно, а затем, в зоне NOM, – достаточно быстро. Поэтому можно считать, что основная часть деформации происходит в относительно
узкой зоне. При высоких скоростях резания можно предположить, что деформация сдвига происходит в единственной плоскости OA (рис. 2.2, б). Эта плоскость называется условной плоскостью сдвига, или просто – плоскостью
сдвига.

Эта схема (модель) хорошо описывает процесс стружкообразования пластичных металлов с высокими скоростями резания, характерными для твердосплавного инструмента.

2.2. Кинематические соотношения

Проходя через плоскость сдвига, обрабатываемый материал получает перемещение со скоростью V2 относительно плоскости сдвига и со скоростью V1 относительно передней поверхности инструмента (рис. 2.2, б). Скорость V2 называется скоростью сдвига, а скорость V1 – скоростью схода стружки [2].

Скорость V1 найдем из условия постоянства объема металла, проходящего через плоскость сдвига в единицу времени:

, (2.1)

где a, b – толщина и ширина срезаемого слоя;

a1, b1 – толщина и ширина стружки.

Установлено, что bb1, т.е. стружка не деформируется по ширине. В этом случае деформация считается плоской. Стружка деформируется по толщине
(a > a1) и по длине (V > V1), тогда из выражения (2.1) следует, что

(2.2)

где K – коэффициент усадки стружки (K = ), является одной из характеристик процесса деформации при резании. Из (2.1) также следует, что

(2.3)

Из рисунка 2.2,б следует, что коэффициент усадки стружки K можно выразить через передний угол ? и угол ? наклона плоскости сдвига:

(2.4)

Скорость объекта V2 найдем из условия непрерывности контакта стружки с резцом, заключающееся в том, что проекции скорости стружки и скорости резца на нормаль n-n к передней поверхности резца должны быть равны. Из рисунка 2.2,б следует:

,

откуда

. (2.5)

2.3. Степень деформации при простом сдвиге

При образовании сливной стружки имеет место деформация, близкая к простому сдвигу. Простой сдвиг характеризуется изменением углов элементарных квадратов тела без изменения размеров их граней; вызывается касательными напряжениями. При простом сдвиге квадрат преобразуется в равновеликий параллелограмм, а окружность – в эллипс (рис. 2.3).


Рис. 2.3. Схема простого сдвига
На рисунке ? – угол сдвига, ? – угол текстуры.

У параллелограмма размер основания и высота такие же, как и у исходного квадрата.

Деформация простого сдвига заключается в том, что точки деформируемого тела сдвигаются вдоль оси x на расстояния, пропорциональные ордина­те y.

Расстояние x, на которое верхняя сторона квадрата перемещается относительно нижней, называется абсолютным сдвигом.

Степенью деформации при простом сдвиге является относительный сдвиг ?.

Относительным сдвигом называется предел отношения абсолютного сдвига x к исходной стороне квадрата y.

(2.6)

Геометрически относительный сдвиг равен тангенсу угла ? поворота стороны квадрата.

. (2.7)

Положение большой оси эллипса характеризует направление волокон тела после его деформации (наибольшее удлинение).

Угол наклона большой оси эллипса к оси x называется углом текстуры ?.

Угол текстуры связан с относительным сдвигом формулой

(2.8)

2.4. Расчет степени деформации при резании

Представим зону деформации ограниченной двумя прямыми параллельными линиями [2] (рис. 2.4).



Рис. 2.4. Схема простого сдвига при резании: ? – угол наклона плоскости сдвига
Ширина зоны деформации равна y, т.е. стороне элементарного квадрата. Вершина квадрата (точка А) находится на пересечении обрабатываемой поверхности с верхней границей зоны деформации. После деформации квадрата точка А перемещается на свободную поверхность стружки в точку А'. Расстояние между точками А и А' равно абсолютному сдвигу x. Запишем выражение для относительного сдвига:

. (2.9)

Выразим x и y через скорость сдвига V2 и скорость Vy, перпендикулярную плоскости сдвига. Для этого разделим числитель и знаменатель выражения (2.8) на t – время, в течение которого частица металла проходит через зону деформации.

Получим

. (2.10)

Из рисунка 2.4 имеем:

(2.11)

Подставив (2.5) и (2.11) в выражение (2.10), получим

(2.12)

Кроме формулы (2.12) для расчета относительного сдвига могут быть использованы другие формулы, тождественные (2.12):

(2.13)

(2.14)

2.5. Нарост при резании

При резании широкой номенклатуры конструкционных материалов при определенных условиях (режимах резания) на передней поверхности инструмента образуется нарост [2] (рис. 2.5).


Рис. 2.5. Схема образования нароста: H – высота нароста

В сечении главной секущей плоскостью нарост имеет форму клина. Нарост состоит из частиц обрабатываемого материала. Твердость нароста в
2,5–3,5 раза выше твердости обрабатываемого материала. Поэтому он выполняет роль режущего инструмента, изменяя действительный передний угол
?? (?? > ?). Нарост всегда увеличивает передний угол инструмента.

В связи с этим нарост оказывает существенное влияние на процесс деформации, силу и температуру резания.

Нарост может выступать за режущую кромку (a – приращение толщины среза), изменяя тем самым размеры обработанной поверхности.

Важнейшей особенностью нароста является его способность разрушаться и вновь образовываться, вызывающая колебания технологической системы.

При этом часть нароста уносится со стружкой, а другая его часть остается на обработанной поверхности детали, увеличивая тем самым шероховатость поверхности.

В тех случаях, когда нарост становится достаточно устойчив, он способен защищать заднюю и переднюю поверхности инструмента от износа.

Установлено, что при малых температурах резания нарост не образуется. Это связано с тем, что при малых температурах резания (что имеет место при малых скоростях резания) недостаточно велики силы молекулярного прилипания (адгезии), удерживающие основание нароста на передней поверхности инструмента.

С увеличением температуры резания условия молекулярного прилипания улучшаются.

Заторможенный на передней поверхности слой принимает форму клина, ибо только в такой форме нарост способен резать обрабатываемый материал.

Так как температура резания еще не слишком велика, нарост способен упрочняться, принимать большие размеры и большие передние углы ??.

Однако нарост больших размеров очень неустойчив. Он быстро разрушается и возникает вновь. При этих условиях он оказывает особенно сильное влияние на шероховатость поверхности.

Таким образом, с увеличением температуры резания действительный передний угол ?? увеличивается. Увеличение наблюдается лишь до некоторой температуры резания. Для конструкционных сталей эта температура равна примерно 300 єС. При ? > 300 єС нарост разупрочняется, и с повышением ? высота нароста уменьшается, вместе с тем уменьшается и (рис. 2.6).


Рис. 2.6. Схема влияния температуры резания ? на высоту нароста H
и действительный передний угол

При ? = ?3 = 600є нарост исчезает и при более высоких температурах действительный передний угол равен статическому ( = ?).

С учетом явления наростообразования зависимости коэффициента усадки стружки и сил резания от скорости резания выражаются типичными горбооразными кривыми (рис. 2.7).


Рис. 2.7 Схема влияния скорости резания V на коэффициент усадки стружки K
и силу резания P
Причем скорости V1 соответствует температура ? = 80…100 єС, скорости V2 – температура ?2 = 300 єС, а скорости V3 – температура ?3 = 600 єС.

При обработке таких материалов, как медь, латунь, бронза, олово, закаленные стали, большинство титановых сплавов, белый чугун, стали с большим содержанием хрома и никеля нарост не образуется.

Меры борьбы с наростом. Уменьшение высоты нароста и его влияние на шероховатость и точность обработки достигается за счет:

– уменьшения толщины срезаемого слоя и увеличения переднего угла;

– применения смазочно-охлаждающих жидкостей;

– выбора режимов резания, при которых температура резания ? > 600 єС.

– предварительного нагрева или охлаждения заготовки.
  1   2   3   4


Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации