Вопрос 4. Влияние условий резания на силы резания
Влияние различных факторов на силы резания очень сложно. Поэтому чаще всего в инженерных расчетах пользуются эмпирическими зависимостями сил от условий резания. После проведения ряда экспериментов, в ходе которых определяются силовые зависимости от каждого из интересующих переменных параметров, устанавливается обобщенная зависимость в виде:
,
где
Pi
– соответствующая
составляющая силы резания;
–
постоянный коэффициент, отражающий
влияние условий обработки, поддерживаемых
постоянными в ходе эксперимента; x,
y, z – показатели
степени, характеризующие интенсивность
влияния соответствующего элемента
режима резания на Pi
составляющую; Kq
– коэффициенты, учитывающие влияние
свойств обрабатываемого материала,
геометрию инструмента, СОЖ, износа и
других факторов, не учитываемых
коэффициентом
.
Влияние глубины резания и подачи на силу резания сказывается через изменение сечения срезаемого слоя (рис. 25). Увеличение силы резания происходит пропорционально увеличению глубины резания (ширины срезаемого слоя) и несколько отстает от увеличения подачи (толщины срезаемого слоя).
|
а б в |
Рис. 25. Изменение толщины и ширины среза с изменением глубины резания и подачи |
При увеличении ширины среза (рис. 25, б) происходит пропорциональное увеличение площади среза, что при сохранении постоянного коэффициента усадки стружки требует пропорционального увеличения силы, вызывающей деформацию.
При увеличении толщины среза (рис. 25, в) происходит пропорциональное увеличение площади среза. Однако с увеличением нагрузки на единицу длины режущей кромки увеличивается температура в зоне резания, что приводит к снижению силы трения, коэффициента усадки стружки и сопротивления обрабатываемого материала сдвигу. Кроме того, деформация по толщине среза распределена неравномерно, поэтому увеличение толщины среза приводит к уменьшению относительной толщины слоя с максимальными деформациями. Поэтому в данном случае сила, требуемая на деформацию срезаемого слоя, увеличивается не пропорционально увеличению толщины среза, а меньше.
Влияние скорости резания на силу резания качественно подобно влиянию скорости на коэффициент усадки стружки (рис. 18). Это влияние определяется склонностью обрабатываемого материала к наростообразованию и снижением силы трения и сопротивления деформированию материала с ростом температуры, сопровождающим увеличение скорости резания.
Влияние свойств обрабатываемого материала. Свойства материала в зоне резания из-за высоких температур, степени деформации и давлений значительно отличаются от физико-механических свойств в нормальных условиях. Поэтому точных однозначных зависимостей между силой резания, твердостью и прочностными характеристиками материалов не имеется. Тем не менее, установлено, что силы резания растут с увеличением твердости, прочности, пластичности и вязкости обрабатываемого материала.
Влияние свойств инструментального материала на величину силы резания вызвано изменением сил трения (коэффициентов трения) на контактных поверхностях. В этой связи с целью снижения трения на контактные поверхности инструмента наносят покрытия карбидов и нитридов тугоплавких металлов. Покрытия позволяют снизить силы резания и уменьшить интенсивность износа инструментов.
Влияние геометрии инструмента на силу резания. Передний угол влияет на силу резания через изменение условий деформации. С увеличением переднего угла (уменьшением угла резания) увеличивается угол сдвига, уменьшается коэффициент усадки стружки, а следовательно, и сила резания. Влияние углов в плане и радиуса при вершине на силу резания обусловлено соответствующим изменением толщины и ширины срезаемого слоя и изменением коэффициента усадки стружки.
Влияние СОЖ. Смазочно-охлаждающие жидкости оказывают влияние не только на понижение температуры резания, но и на уменьшение трения, облегчения процесса стружкообразования, а следовательно, и на снижение силы резания.
Влияние износа на силу резания. В зависимости от характера и степени износа изменение сил может происходить в различных направлениях. Например, износ резцов по задней поверхности сопровождается увеличением силы резания. При преобладающем износе по передней поверхности сила резания может и снижаться.
Таким образом, силы, действующие в процессе резания, необходимо знать для правильного расчета и конструирования режущего инструмента, станков и приспособлений, для расчета жесткости системы СПИД и мощности, затрачиваемой на резание. Знание этих сил нужно и для правильной эксплуатации станка, инструмента и приспособлений.