3.2 Силовое воздействие в зоне резания

Рис. A

Как отмечалось, стружка представляет собой упруго-напряженное тело. Через нее со стороны передней поверхности инструмента осуществляется передача силового воздействия в переходную зону для преодоления в ней сопротивления пластической деформации. Равнодействующая R сил нормальной N и касательной F (сила трения), распределенных по довольно сложным законам, располагается на расстоянии примерно в 1/3С от режущей кромки (рис. 3). Сила R, которая называется силой стружкообразования, создает также момент относительно режущей кромки. Сила N является проекцией R на направление перпендикулярное передней поверхности и наклонена к ней под углом трения  , сила F - проекция R на направление, совпадающее с направлением схода стружки по передней поверхности. При этом:

tg  =  = F / N , (3)

где  - коэффициент трения между стружкой и передней поверхностью инструмента. При обработке сталей  составляет 0.5 ... 0.8.

Стружка на инструмент воздействует с силой R’, равной R по модулю и противоположной по направлению (см. рис. 3). Выберем систему координат так, чтобы ось Z была направлена параллельно скорости резания, а Y - перпендикулярно к ней. Составляющими R’ по этим осям будут Rz и Ry. Помимо этого на инструмент воздействуют силы со стороны поверхности резания в момент контакта ее с задней поверхностью. Силы, действующие на заднюю поверхность инструмента F₁ - сила трения и N₁ - нормальная сила, приложены к фаске износа задней поверхности, которая возникает в первые моменты контакта инструмента, и являются результатом упругого восстановления поверхностного слоя, деформируемого впереди переходной зоны под действием силы стружкообразования R. Силы F₁ и N₁ направлены по осям Z и Y соответственно. Они возрастают при увеличении механических свойств обрабатываемого материала и площади фаски износа, т. е. ширины среза b и длины фаски hз. Можно считать, что влияние толщины среза a на силы F₁ и N₁ отсутствует (при a> 0.05 мм).

Результирующие силы, действующие на инструмент, находятся как сумма сил, приложенных к передней и задней поверхностям:

Pz = Rz + F₁ , (4)

Py = Ry + N₁,

где: Rz = R cos ( - ), (5)

Ry = R sin ( - ),

 - передний угол инструмента.

3.3 Модель переходной пластически деформируемой зоны

С целью анализа процессов, происходящих в переходной зоне, модель представляется в упрощенном виде. По этому поводу существует несколько предложений. В данной работе рассматривается одна из простейших моделей (рис. 4). Предполагается, что при деформировании срезаемого слоя в переходной зоне изменения ширины среза b не происходит (реальное увеличение b составляет 2...4%). Изменение величины и скорости движения частиц срезаемого слоя (от V до Vстр) происходит в переходной зоне АMm’a, границы которой параллельны. При относительном перемещении инструмента и заготовки из т. a в т. А происходит пластическая деформация простого сдвига элемента срезаемого слоя АMma и трансформация его в элемент стружки Аmm’a’. После окончания этого

Рис. B

начинается образование следующего элемента. Выделенный в элементе срезаемого слоя до его деформации квадрат A123 к окончанию процесса деформации превращается в элемент стружки - параллелограмм А12’3’. В соот-ветствии с (1) степень деформации, которую приобрела стружка, - относительный сдвиг составит:

 = tg= m’m / h (6)

Из рис. 4 видно, что:

m’m / h = m’N / h + Nm / h ,

следовательно, в переходной зоне происходит деформация величиной:

= ctg ₁ + tg (₁- ) (7)

При обработке сталей значения  составляют 2...4.

Рис. C

Величину  можно рассчитать, если известен угол ₁ . В рамках данной модели его можно определить через коэффициент утолщения стружки Ка = а₁ / a:

tg₁ = MK / KA = =MK /(MC - CD) =

= a/[(a₁/cos)-a tg] = =cos / (a₁/a - sin )

Окончательно получаем:

tg₁= cos  / (Ka - sin ) (8)

Направление максимальной вытянутости зерен к направлению скорости резания оценивается углом ₂ , который в соответствии с рис. 5 и формулой (2) может быть определен как:

₂ =  + ₁ (9)