18.1.6.Процесс стружкорезания при резании металлов и сопутствующие ему явления

Процесс стружкообразования был впервые исследован русским проф. ИА. Тиме. Он разработал схему процесса, при которой резец под действием силы вдавливается в обрабатываемый металл, сжимая расположенный перед ним слой, вследствие чего в срезаемом слое возникают значительные напряжения. В момент, когда возникшее напряжение превышает прочность обрабатываемого металла, про­изойдет сдвиг; (скалывание, отрыв) элемента стружки по плоскости, называемой плоскостью скалывания, которая составляет с обработанной поверхностью угол скалывания.

П ри дальнейшем перемещении резца он своей передней поверхностью будет последовательно сжимать и сдвигать следующий участок срезаемого слоя, в резуль­тате чего образуется второй, третий и т.д. элементы стружки. Из этих отдельных эле­ментов и образуется отделяемая стружка. Таким образом, процесс резания можно се­бе представить как процесс непрерывного сдвига отдельных элементов стружки.

И

Рис. 18.7. Виды стружек: а - сливная, б - скалывания; в – надлома.

сследуя процесс резания различных металлов, было установлено, что в зави­симости от обрабатываемого материала, условий резания, геометрической формы режущей части резца характер стружки изменяется, в результате стружка может быть трех видов: сливной, скалывания и надлома (рис. 18.7.).

Сливная стружка представляет собой непре­рывную ленту, обычно завивающуюся в спираль, по­верхность ее чистая и гладкая. Образуется сливная стружка при обработке пластичных металлов (мягкая сталь, медь, алюминий и др.) со значительными скоро­стями резания и небольшими подачами, резцами с оп­тимальными значениями передних углов.

Стружка скалывания состоит из отдельных связанных друг с другом элемен­тов. Обращенная к резцу сторона стружки гладкая, противоположная - пилообраз­ная. На ней ясно видны отдельные элементы стружки. Образуется стружка скалыва­ния при обработке пластичных металлов со сравнительно невысокими скоростями резания и значительными подачами, а также резцами, имеющими небольшие перед­ние углы.

Стружка надлома состоит из отдельных слабо связанных между собой кусоч­ков металла неправильной формы. Образуются они при обработке хрупких материа­лов (чугуна, бронзы, некоторых сплавов алюминия). Обработанная поверхность в этом случае имеет значительные неровности.

Процессу отделения стружки сопутствует ряд явлений, которые оказывают большое влияние на сам процесс резания, свойства поверхностного слоя обрабаты­ваемой детали. Так происходят такие явления как усадка стружки, наростообразование на передней поверхности резца и упрочнение поверхностного слоя обрабатывае­мого изделия.

18.1.7. Силы и мощность резания (при точении).

Рассмотрим понятия сил и мощности резания на примере точения.

С илы резания при точении. При срезании стружки резец преодолевает сопро­тивление обрабатываемого материала резанию и силы трения сходящей стружки о переднюю грань резца и задних его граней об обрабатываемую заготовку.

Равнодействующую сил действующих на резец в процессе резания, называют равнодействующей силой резания - R и ее обычно раскладывают на три взаимно- перпендикулярные составляющие: P_x, Р_y и P_z. (рис. 18.8)

С

Рис. 18.8. Схема резания при продольном точении.

ила P_x, действующая в вертикальной плоскости в направлении главного движения, называется каса­тельной силой или силой резания.

Сила Р_y, действующая в гори­зонтальной плоскости в направлении, противоположном направлению поперечной подачи называется радиальной силой.

Сила P_z, действующая в той же горизонтальной плоскости в направле­нии, противоположном направлению продольной подачи, называется осевой силой, или силой подачи.

Соотношения сил и остаются постоянными, а изменяются в зависимости от условий резания, геометрических параметров резца и его износа. Например, при точении острым резцом с геометрическими параметрами (х=15°; ф=45°;А.=0°) со­ отношение этих сил таково:

Р_y (0,3 0,5) P_z; P_x (0,15 0,3) P_z (18-9,10)

С увеличением главного угла в плане - φ радиальная сила Р_y уменьшается, а сила подачи Р_x увеличивается.

Сила P_z создает на шпинделе станка крутящий момент, величина которого оп­ределяется по формуле

(18-11)

где D-диаметр обрабатываемой заготовки.

По силе P_z и крутящему моменту М_kp рассчитывают на прочность механизм главного движения станка (коробку скоростей).

Для определения силы резания Р_z при точении пользуются следующей эмпири­ческой формулой

(18-12)

где: С_p - коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала и условий резания;

t - глубина резания, мм;

s - подача, мм/об;

Х_p, Y_p- показатели степени при глубине резания и подаче;

К - поправочный коэффициент, учитывающий измененные условия обработки по сравнению с теми, для которых дано значение С_p. Значения эти приводятся в справочниках.

Сила Р_y стремится отжать, резец от обрабатываемой детали, что уменьшает точность обработки, а равнодействующая сил Р_y и P_z - изогнуть ее. Поэтому при об­работке длинных и тонких деталей следует работать резцами с большими углами в плане, вплоть до ф=90°, при котором величина Р_y имеет минимальное значение. По силе P_x рассчитывают на прочность механизм подачи станка.

Мощность, затрачиваемая на резание при точении. Работа резания равна про­изведению сил резания на путь резания. Мощность, затрачиваемая на резание, т.е. работа, совершаемая в единицу времени при срезании стружки, может быть опреде­лена по формуле:

(18-13)

где V - скорость резания, м/мин.

Мощность электромотора станка равна

(18-14)

где η - коэффициент полезного действия станка, принимаемый в среднем 0,7-0,8.

Мощность, затрачиваемая на подачу резца составляет 1-2% от мощности ре­зания.