32 Сурет. Кесу күштері құраушыларының кесілетін қабат қалыңдығының нөлдік нүктесіне экстраполяциясы

1. Кесу күшін динамометрмен өлшеу дәлдігі оның тағайындалуына байланысты анықталуы қажет. Күшті дөрекілеу өлшеу кезінде, құралдар мен білдек тетіктерін беріктілік пен қатаңдыққа есептегенде, дәлдік қателіктің 2...3%құрауы керек. Кесудің физикалық процесін зерттеу үшін, өлшеу қателіктері 1,0...1,5%, ал кейбір жағдайларда 0,5% құрайды. 2. Кесу процесінде тез өзгеретін күштерді тіркеу үшін динамометрлер аз инерциялық болуы керек. Бұл үшін динамометрдің өз тербелісінің жиілігі өлшенетін күш тербелісінің жиілігінен жоғары болуы керек.

3. Динамометрлер қандай да болмасын кесу жылдамдығында дірілге орнықтылықты болуы керек. Бұл үшін күш әрекетін қабылдайтын серпімді буындар үлкен қатаңдыққа ие болуы керек.

4. Динамометрлерде кесу күштерінің құраушыларының өзара әсерлері болмауы керек. Бұл үшін кесу күштерінің бір құраушысының әрекетін қабылдайтын бергіш, қалған құраушылардың әрекетін сезінбеуі керек.

Жону кезіндегі кесу күштерінің құраушыларын есептеуге арналған формулалар. Кесу күштерінің құраушылары барлық факторлармен бір уақытта байланыста болатын, жалпы қорытынды формулалар әр түрлі есептеулерге керек. Жалпы қорытынды формулаларды құру әр түрлі болады: кесу проьцесі факторының кесу күштерінің құраушыларына әсерін тікелей ескеруге болады, бөлек формулада немесе жанамалай, түзету коэффициенттерінің көмегімен. Жалпы қорытынды формулаларды қолдану тәжірибесікөрсеткендей, кесу режимі факторларын: t; s; v -тікелей ескерген жөн, ал басқа факторларын - жанамалай. Мысалы, кесу күштерінң құраушыларын есептеу формулалары түрі:

P_{z =} Cp_z t^Xp_z S^Yp_z V^np_z Kp_z; (16)

P_{y =} Cp_y t^Xp_y S^Yp_y V^np_y Kp_y; (17)

P_{x =} Cp_x t^Xp_x S^Yp_x V^np_x Kp_x (18)

Бұл жерде Kp – әрқайсысы P_z, P_y, P_x, күштер мәніне әсерін көрсететін, түзету коэффициенттерінің көбейтіндісіне тең болатын жалпылама күштік түзету коэффициенттері:

Kp = Kм Kφ Kγ Kr Kω Kб (19)

Қандай да болмасын беріктілік шегі үшін: Р_z = С₁₅ . Беріктілік шегі = 750МПа болғанда түзету коэффициентін бірге тең деп алғанда, Рz₇₅ = С₇₅ 750^{пр .} Бірінші өрнекті екіншіге бөлгенде, алатынымыз:

= , осыдан _z= . Іздеген коэффициентіміз Км = . Есептеуді тездету үшін кесу режимдерінің анықтамаларында, күштік түзету коэффициенттерінің есептелген мәндері бар кестелер беріледі.

Кесу жұмысы және оның құраушылары. Кесуге кететін минуттық жұмыс Е, үш бөлімнен тұрады: кесілетін қабаттың өзгеруінің минуттық жұмысы Е_д, құралдың алдыңғы бетіндегі минуттық үйкеліс жұмысы Е_тп және құралдың артқы бетіндегі минуттық үйкеліс жұмысы Е_тз :

Е = Е_д + Е_тп + Е_тз (20)

Құралдың артқы бетіндегі күштер жоңқалануға қатыспағандықтан, Е_д + Е_тп қосындысын жоңқалану жұмысы деп атаймыз.

Меншікті жұмыстар көбейтіндісіне тең, минуттық жұмысты бір минутта кесілетін қабат көлеміне бөлгенге тең болады. Сонда кесудің меншікті жұмысы тең болады:

e = e_д + e_тп + e_тз (21)

e_д + e_тп қосындысын жоңқаланудың меншікті жұмысы деп атаймыз. Егерде кесу жылдамдығы векторымен бағыты бірдей кесу күшінің құраушысы Р_z белгілі болса, онда кесу жұмысы тең болады:

Е = Р_z (22)

Кесудің меншікті жұмысы тең болады: e = = (23)

Кесілетін қабаттың өзгеруінің жұмысы дегеніміз шартты ығысу жазықтығындағы ығысу жұмысы:

Е_д = (24)

(24) формулаға шартты ығысу жазықтығындағы ығысу жұмысы мәнін (11) формуладан және ығысу жылдамдығын (7) формуладан алып, табамыз:

Е_д = P (25)

Өзгерудің меншікті жұмысы

е = (26)

Шартты ығысу жазықтығындағы жанама кернеу τ

τ = (27)

Сонда (26) өрнек мынадай түрге келеді

e_д = , но

tgβ жоңқаның шөгу коэффициентімен беріп және γ - tgβ = формуласымен, алатынымыз:

Сонымен, өзгерудің меншікті жұмысы шартты жазықтықтағы ығысудың жанама кернеулерінің қатынасты ығысуға көбейтіндісіне тең болады:

e_д = τ ε

Алдыңғы беттегі үйкеліс жұмысы:

Е_тп = F_тп v_c (28)

F_тп мәнін алып және v_с, жоңқаның түсу жылдамдығын (9) формуладан алып, оны (28) формулаға қойып, табатынымыз

Е_тп = (29)

Алдыңғы беттегі үйкелістің меншікті жұмысы:

e_д = (30)

Артқы беттегі үйкеліс жұмысын кесу жұмысы мен алдыңғы беттегі өзгеру мен үйкеліс жұмыстары қосындысының айырмасы ретінде табуғу болады:

Е_тз = Е – (Е_д + Е_тп) (31)

e_тз = e – (e_д + e_тп ) (32)

33 сурет. Құралдың алдыңғы бетінде 34 сурет. Құралдың алдыңғы және артқы

әрекет етуші күштер сұлбасы беттеріндегі түйіспелі кернеулер эпюрі

Егерде, артқы беттегі F_тз үйкеліс жұмысын, кесу бетіне жанама ретінде анықтасақ, онда артқы беттегі үйкеліс жұмысын оданда қарапайым түрде анықтауға болады:

Е_тз = F_тз v (33)

e_тз =

8 дәріс. Жылу және кесу зонасындағы температура. Кесу кезінде өзгеруге, қирауға және үйкеліске кететін барлық механикалық энергия, жылу энергиясына ауысады. Механикалық энергияның кішкене бір бөлігі (0,5-5%) ішкі кристалдану (деформация зонасындағы материалдың бұрмаланған торының потенциалдық энергиясы ретінде жиналады) өзгерістеріне кетеді. Сонымен, тәжірибелік есептеулерге көп емес қателіктер деп санауға болатын, механикалық және жылу энергиясы толығымен эквивалентті дейміз. Жылу энергиясы кесу кезіндегі деформация процесіне, құралдың кескіш бөлігінің жұмыс істеу қабылетіне және түйіспе аумағындағы болатын физикалық құбылыстарға, тетіктің беткі қабатының пайда болу процесі мен жағдайына маңызды әсер етеді. Кейбір жағдайларда жылу энергиясының әсері өзгерген материалдағы құрылымды-фазалық өзгерістерге әкеледі. Механикалық энергияның жылу энергиясына айналуы болатын, кесу зонасының аумағы, жоңқаға, тетікке, құрал мен қоршаған ортаға тез арада тарайтын жылу ағымдарын тудырады. Жылудың тарауы мен кесу зонасында температуралық зонаның пайда болуы күрделі процестер болып табылады, оларды математикалық түрде суреттеу қиындықтар әкеледі.

Совет ғалымдарымен жасалған жылу ағымдарының пайда болуы мен таралу сұлбасы, жылу ағымдарының бағыты мен қарқындылығын, түйіспе аумағындағы температура градиентін және кесу зонасындағы температура өрісінің сипаттамасын, құрал, тетік, жоңқа және қоршаған орта араларындағы жылу алмасу заңдылықтарына, сонымен қатар, әртүрлі материалдарды кесу кезіндегі жылу баллансы жайындағы сандық және сапалық көрсетілімдерді анықтауға мүмкіншілік береді. Осы заңдылықтарды білудің кескіш құралдарды ұтымды құрылымдау мен пайдалану үшін, майлау мен суытудың, тетіктердің өңделген беттерінің дәлдігі мен сапасын жоғарылатудың тиімді әдістері үшін маңызы зор. Жылудың қозғалу қарқындылығы, жылу қозғалысына перпендикуляр, уақыт бірлігі ішінде бір беттен өтетін жылу санымен өлшенеді. Температураның ең үлкен өзгеру мәні мен бағытын сипаттайтын векторды, температура градиенті деп аталады.

Кесу процесін жүзеге асыратын, технологиялық жүйенің элементтері арасындағы жылуберу, күрделі процесс және жылуды жылжыту үш қарапайым тәсілмен іске асады: жылу өткізгіштік, жылулық тарату (конвекция) және жылу шығару.

Қандайда болмасын қатты денелер жүйесіндегі шоғырланған жылу көздерінің жылу тарату процесін математика тілінде екі негізгі теңдеумен суреттеледі: жылулық балансы мен жылу өткізгіштік.

Жылулық балансы теңдеуі:

Q_д + Q_тп + Q_тз = q_с + q_з + q_ин + q_о.с. (34)

Жылу өткізгіштік дифференциалды теңдеуі:

+ (35)

Кесу процесіне қатысатын, әрбір қатты дене үшін жазылған (35) теңдеуде: температура θ, жылу көзімен байланыстағы координата жүйесіндегі дене нүктелерінің x, y, z координаталары; жалпы жағдайда температураға тәуелді, дененің жылу өткізгіштік коэффициенті λ; көлемдік жылусыйымдылық «с ρ» (салмақтық жылусыйымдылығы – с, тығыздық – ρ); v_x, v_y, v_z –жылу көзінің дене ішіндегі жылжуының жылдамдық векторының О_x, О_y, О_z өстеріндегі проекциялары. Егерде жылу көзі координата өстерінің біреуіне параллель қозғалса, онда (35) теңдеуінде үш қосындының біреуі ғана қалады. Қозғалмайтын жылу көзінде v_x = v_y = v_z = 0, бірқалыпты жүріп жатқан процесс кезінде ·θ/ ·τ = 0. Жылу көздері мен жылу ағымдары 35, 36 суреттерде көрсетілген. Деформация жылуы Q_д шартты ығысу жазықтығының ығысу зонасында пайда болады; үйкеліс жылуы Q_тп жоңқа мен құралдың түйіспе аумағы шегіндегі алдыңғы бетте; үйкеліс жылуы Q_тз кесу беті мен құралдың түйіспе аумағы шегіндегі артқы бетте.

35 сурет. Жоңқаға, құралға және тетікке 36 сурет. Кесу зонасындағы жылу пайда кететін жылу ағымдары болу көздері

Пайда болған жылу, жоңқа, дайындама және құрал араларына бөлініп, жылы жерлерден салқын жерлерге қарай ауысады.

Жоңқаға кететін жылу:

q_с = q_дсс + q_тпс + q_дзс + q_тзс (36)

q_дсс = q_дс + q_дси + q_дсз (37)

q_тпс = Q_тп - q_тпи - q_тпз (38)

(37), (38) формулаларындағыларды (36) формулаға қойып, алатынымыз:

q_с = q_дс - q_дси - q ₊ Q_тп - q_тпи - q_тпз + q_дзс + q_тзс =

= q_дс + Q_тп - (q_дси + q_дсз + q_тпи + q_тпз - q_дзс - q_тзс) (39)

(39) формуласындағы жақшаның ішіндегі өрнек – құралдың алдыңғы бетіндегі қорытынды жылу ағымы, б.ж. q_с = q_дс + Q_тп - q_итп, (40)

бұл q_дс – деформация зонасынан жоңқаға қарай кеткен жылу ағымы;

Q_тп – алдыңғы беттегі үйкеліс жылуы;

q_итп – алдыңғы беттегі қорытынды жылу ағымы.

Дайындамаға кететін жылу саны:

q_з = q_дзз + q_тзз + q_тпз + q_дсз = q_дз - q_дзс - q_дзи + Q_тз - q_тзи - q_тзс + q_тпз + q_дсз =

= q_дз + Q_тз - (q_дзс + q_дзи + q_тзи + q_тзс - q_тпз - q_дсз) (41)

(41) формуладағы жақшаның іші– құралдың артқы беттегі қорытынды жылу ағымы

q_з = q_дз + Q_тз - q_итз, (42)

бұл q_дз – деформация зонасынан дайындамаға қарай кеткен жылу ағымы;

Q_тз – артқы беттегі үйкеліс жылуы;

q_итз – артқы беттегі қорытынды жылу ағымы.

Құралға кетіп жатқан жылу саны (40), (41) формулалардан шығады:

q_ин = q_итп + q_итз (43)

пайда болатын жылу істелінетін жұмысқа пропорционалды болғандықтан, жылу саны өңделетін дайындама материалының түрі мен механикалық қасиеттеріне, құралдың геометриялық параметрлері мен кесу режимдеріне тәуелді.

37 суретте кесу жылдамдығының жылудың жоңқа, дайындама және құрал арасында бөлінуі көрсетілген.

(Болат 40Х; Т15К6; t = 1,5мм; S = 0, 12 мм/об.)