1.8. Физические характеристики процесса резания.

Температуры передней, задней поверхностей, температура резания могут быть рассчитаны на ЭВМ для различных скоростей резания при заданных глубине резания, подаче, геометрических параметрах инструмента.

Температуры передней и задней поверхностей рассчитываются по программам, в основу которых положена процедура «ТЕРМ».

Для фрезерования характерны весьма тонкие срезы. Поэтому для фрезерования можно пренебрегать расчетом температуры на передней поверхности и рассчитывать только температуру задней поверхности, значения которой выше, чем температура передней поверхности, так как наиболее существенное влияние на максимальную температуру задней поверхности оказывает влияние скорость резания и ширина фаски износа.

Особенность расчета температур в том, что учитывается влияние потока тепла в режущий инструмент. Поправочный коэффициент K_и на температуру задней поверхности с учетом теплового потока, поступающего в зуб фрезы, определится по формуле

где Q_и – тепловой поток в инструмент, Q_д – тепловой поток в деталь.

Результаты расчета температур могут быть использованы для назначения допускаемой скорости резания по допускаемой теплостойкостью инструмента максимальной температуре задней поверхности. Для быстрорежущих фрез при максимальной допускаемой ширине фаски износа 0,6 мм и рациональной максимальной температуре задней поверхности 400–500 С рациональные скорости резания находятся в диапазоне 20–30 м/мин. Для твердосплавных фрез при рациональной температуре 700–800 С рациональные скорости резания находятся в диапазоне 80–100 м/мин.

При торцовом фрезеровании (рис. 2.5) для определения проекций силы резания вводятся дополнительные технологические оси H, V, W. Эти технологические оси являются неподвижными относительно станка. Две оси (H, V) располагают в рабочей плоскости, причем ось Н – в направлении минутной подачи, а ось V – перпендикулярно рабочей плоскости. Таким образом, при фрезеровании система координат x, y, z, связанная с режущим лезвием, вращается относительно оси W, а оси х, z изменяют свое положение относительно осей Н и V.

Рис. 2.5. Схема сил при несвободном прямоугольном фрезеровании торцово-конической фрезой

Для определения проекций силы резания на технологические оси при торцовом фрезеровании рассматриваются силы на передней и задней поверхностях каждого режущего лезвия фрезы. Тогда при работе одного зуба торцовой фрезы проекции силы резания Р_H, Р_V, Р_W рассчитываются по формулам:

, (2.11)

, (2.12)

, (2.13)

, (2.14)

, (2.15)

где K_ν – удельная сила на передней поверхности в основной плоскости в направлении плоскости стружкообразования; K_ξ – удельная сила на передней поверхности, перпендикулярная режущей кромке; μ₁ – коэффициент трения на задней поверхности; σ_b – условный предел прочности при растяжении; K_S – коэффициент динамичности; H₀ – высота застойной зоны; S_b – действительный предел прочности при растяжении; ψ₁ – угол между диагональю сечения срезаемого слоя и направлением подачи; h_З – фаска износа; φ – угол в плане; θ – угол контакта.

Удельные силы рассчитываются через касательные напряжения, которые определяются с учетом влияния температуры на предел текучести обрабатываемого материала:

; (2.16)

, (2.17)

где q_F – касательное напряжение по передней поверхности; c – полная длина контакта стружки с режущим лезвием; ξ – усадка стружки; τ_Y – средние касательные напряжения в условной плоскости сдвига.

Величина и направления сил Р_H, Р_V оказывают влияние на механизмы перемещения стола фрезерного станка. Сила Р_Y отжимает фрезу от обрабатываемой детали и влияет на точность обработки.

Технологические составляющие силы при фрезеровании периодически изменяются. Периодом является угол между двумя соседними зубьями фрезы:

(2.18)

При работе одного зуба часть времени силы могут отсутствовать (рис. 2.6).

а)
б)

Рис. 2.6. Моделирование силы Р_z при фрезеровании торцовой фрезой с Z = 4 (а) и Z = 2 (б)

Более целесообразно подобрать такую ширину фрезерования, диаметр фрезы и другие параметры, чтобы силы фрезерования не уменьшались до нуля, или чтобы такой интервал изменения угла поворота был близок к нулю.