4.7. Содержание отчета

1) Наименование, цель и задачи лабораторной работы.

2) Материально-техническое оснащение.

3) Построенные графики зависимости (кривые износа) = f(T) для двух марок сталей.

4) Построить график зависимости T = f(v) в двойной логарифмической шкале (для двух марок сталей).

5) Определить значение показателя m и постоянной С₁.

6) Сделать выводы о влиянии скорости резания и марки сталей на величину стойкости инструмента.

4.8. Контрольные вопросы

1) По каким поверхностям резца происходит износ?

2) Что служит мерой изношенности инструмента?

3) Каков критерий износа при обработке стали, чугуна?

4) Что называется стойкостью инструмента? От каких факторов зависит стойкость?

5) Дать характеристику кривой износа.

6) Какая существует связь между скоростью резания и стойкостью инструмента?

7) В каком диапазоне скоростей происходит адгезионный износ?

8) В каком диапазоне скоростей происходит диффузионный износ?

9) Как влияет материал детали на стойкость инструмента?

5. Лабораторная работа № 5

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛ РЕЗАНИЯ

5.1. Цель работы

Изучение и экспериментальная проверка закономерностей изменения сил резания при точении в зависимости от элементов режима резания.

5.2. Содержание работы

5.2.1. Освоение методики экспериментального определения составляющих силы резания при точении.

5.2.2. Ознакомление с оборудованием и приборами, применяемыми при измерении составляющих силы резания.

5.2.3. Приобретение навыков проведения эксперимента.

5.2.4. Графоаналитическая обработка экспериментальных данных; расчет составляющих силы резания по справочникам.

5.2.5. Оформление отчета.

5.2.6. Сравнение результатов экспериментального определения сил резания с их значениями, полученными при расчетах.

5.2.7. Анализ закономерностей изменения сил резания в зависимости от элементов режима резания.

5.3. Теоретическая часть

Срезаемый слой давит на резец с силой резания Р, являющейся геометрической суммой нормальных сил и сил трения, действующих на его передней и задней поверхностях. В практических расчетах расходуемой на резание мощности, расчетах на прочность и жесткость инструмента и отдельных деталей и узлов станка силу резания Р раскладывают на составляющие, направления действия которых совпадают с главным движением резания и движением подачи.

При токарной обработке в условиях несвободного резания равнодействующая сила Р раскладывается на три взаимно-перпендикулярные составляющие силы (рис. 5.1), действующие на резец:

 Р_z  тангенциальная сила, сила касательная к поверхности резания и совпадающая с направлением главного движения. Р_z является главной составляющей силы Р, ее часто называют просто силой резания, т.к. она весьма незначительно отличается по величине от равнодействующей силы Р;

 Р_х  осевая сила или сила подачи, действующая параллельно оси заготовки в направлении, противоположном движению подачи,

 Р_у  радиальная сила, направленная перпендикулярно оси заготовки.

На составляющие силы резания Р_z, Р_х, Р_у влияют обрабатываемый материал, элементы режима резания, геометрические параметры инструмента, его износ, смазочно-охлаждающие жидкости и др.

Рис. 5.1. Сила резания при точении и ее составляющие

Рассмотрим влияние элементов режима резания на составляющие силы резания Зависимость составляющих силы резания от глубины резания, подачи и скорости резания можно выразить степенными уравнениями:

(5.1)

(5.2)

(5.3)

где С_рz, С_рy, С_рx  постоянные коэффициенты, зависящие от условий обработки; х_р, z_р, y_р показатели степени, характеризующие интенсивность влияния переменных (t, s, v) на составляющие силы резания.

Чем больше глубина резания и подача, тем больше площадь поперечного сечения среза и объем деформируемого металла, тем, следовательно, больше сопротивление металла стружкообразованию, и процесс резания будет протекать с большими силами P_z, P_x, Р_у.

Однако глубина резания больше влияет на силу резания, чем подача. Различная интенсивность влияния глубины резания и подачи на силы резания вызвана их неодинаковым действием на степень деформации срезаемого слоя.

Изменение ширины срезаемого слоя не сказывается на изменении степени его деформации (коэффициент усадки стружки остается постоянным). Увеличение же толщины срезаемого слоя снижает величину коэффициента усадки стружки, т. е. уменьшает степень деформации срезаемого слоя. Главная составляющая силы резания P_z пропорциональна той степени деформации, которую получил срезаемый слой при превращении его в стружку. При увеличении ширины срезаемого слоя, вследствие увеличения площади сечения среза, сила P_z должна увеличиться во столько же раз, во сколько возросла ширина b, т.к. при этом степень деформации срезаемого слоя не изменяется. Поэтому и показатель степени х_р при ширине b срезаемого слоя близок к единице. Увеличение толщины а срезаемого слоя также увеличивает его площадь, но при этом степень деформации слоя уменьшается и рост силы P_z отстает от роста толщины срезаемого слоя. Вследствие этого показатель степени у_р при толщине срезаемого слоя а не может быть равным единице, а всегда несколько меньше ее. Поскольку физические и технологические параметры срезаемого слоя связаны друг с другом только через главный угол в плане ( ), то влияние глубины резания t и подачи S на силу P_z аналогично влиянию b и a на силы резания, и показатели степени в формуле (5.1) принимаются при глубине резания х_рz = 1, а при подаче у_рz = 0,75.

Более сильное влияние на силу P_z ширины срезаемого слоя, чем толщины, позволяет сделать следующий вывод: для уменьшения главной составляющей силы резания при заданной площади сечения срезаемого слоя во всех случаях необходимо стремиться работать с возможно меньшим отношением b/а, увеличивая толщину среза за счет уменьшения ширины.

Изменение скорости резания влияет на составляющие силы резания так, как оно влияет на изменение коэффициента усадки стружки. При резании материалов, не склонных к наростообразованию, коэффициент усадки монотонно убывает при увеличении скорости резания. Так же ведут себя и составляющие силы резания, уменьшающиеся при увеличении v вначале быстро, а затем более медленно. При резании материалов, склонных к наростообразованию, кривая P_z = f(v) так же, как и кривая К₁ = f(v), немонотонна (рис. 5.2), причем обе кривые совпадают по фазам. В диапазоне скоростей от V₁ до V₂ высота нароста растет, сила Р_z уменьшается, достигая минимума при максимально развитом наросте (за счет благоприятного изменения геометрии резца (рис. 5.3)) и уменьшения пластической деформации срезаемого слоя. В диапазоне скоростей резания от v₂ до v₃ высота нароста уменьшается (Н_н  0, следовательно, _н  ), сила P_z вновь возрастает. При скоростях резания, больших скорости v₃, соответствующей исчезновению нароста, сила P_z при увеличении скорости резания уменьшается за счет уменьшения сопротивления срезаемого слоя пластической деформации и уменьшения сил трения.

Скорости резания, с которыми работают при точении твердосплавными резцами, выше, чем скорость V₃. Поэтому участок кривой сила-скорость для v > V₃ можно описать частной зависимостью , показатель степени в которой по экспериментальным данным z_pz = 0,35...0,1. При высоких скоростях резания процессы стружкообразования и трения на поверхностях инструмента стабилизируются, и скорость резания практически не влияет на составляющие силы резания, показатель степени z_pz  0.

а

б

Рис. 5.2. Резание с наростообразованием:

а) схема влияния скорости резания на высоту нароста Н, коэффициент усадки стружки K_l, б) изменение геометрии резца за счет наростообразования