Силы и работа резания.

1 Силы резания при точении

2 Работа резания и её составляющие

1 Силы резания при точении

В условиях несвободного резания при точении равнодействующую силу сопротивления резанию R раскладывают на три составляющие (рис. 1):

Р _z – главную силу резания, которая действует в направлении скорости главного движения;

Р_у – радиальную силу, направленную в вершине лезвия по радиусу траектории главного вращательного движения резания;

Р_х – осевую силу, действующую параллельно оси главного вращательного движения резания, то есть силу подачи.

По Р_z производят расчёты прочности и жесткости резца, а также необходимой мощности на осуществление процесса резания. Однако более правильно было бы точные расчёты резца производить на деформацию косого изгиба от действия силы

При определении прогиба детали, прочности и жесткости отдельных деталей станка за основу принимают силу Р_у. Прочность и жесткость механизма подачи станка рассчитывают по силе Р_х.

Установлено, что при точении конструкционных сталей и чугунов с , и наблюдается следующее соотношение сил резания:

;

При точении жаропрочных сталей Р_у может быть больше, чем Р_z.

Равнодействующая R является диагональю параллелепипеда, следовательно

2 Работа резания и её составляющие

Минутная работа Е, затрачиваемая на резание, состоит их трёх частей:

- минутной работы деформирования срезаемого слоя Е_д;

- минутной работы трения на передней поверхности Е_тп;

- минутной работы трения на задней поверхности Е_тз.

Так как силы, действующие на задней поверхности инструмента, в стружкообразовании не участвуют, то сумму работ называют работой стружкообразования.

Удельные работы, равные минутным, поделённым на объём слоя срезаемого в минуту, равный , равны

Сумму ( ) называют удельной работой стружкообразования. Если известна составляющая силы резания , совпадающая по направлению с вектором скорости резания, то работа резания

Удельная работа резания

Работа деформирования срезаемого слоя есть работа сдвига на условной плоскости сдвига

Силу сдвига можно найти по рис.6

Зная, что скорость сдвига , получим

Удельная работа деформирования

Касательные напряжения τ на условной плоскости сдвига

Работа трения на передней поверхности:

Сила трения

С

корость стружки

Работа трения на задней поверхности

Лекция № 11

Тепловые явления при резании. Температура резания

1 Источники теплоты при резании

2 Температура резания

1 Источники теплоты при резании

Экспериментально установлено, что при резании конструкционных материалов более 99,5% работы резания переходит в тепло. Если работа резания или любая ее составляющая Е_i выражена в (Дж/мин), то соответствующее им количество выделяемого тепла

,

где P_z·V (E_i) – работа резания (дж/мин); J = 4200 (дж/ккал) – механический эквивалент теплоты.

На основании этого количества теплоты, образовавшейся в процессе резания можно определить по формуле (рис. 1)

Q = Q_д + Q_тп + Q_тз,

г де Q_д - тепло деформации; образуется в зоне сдвигов на условной плоскости сдвига; Q_тп - тепло трения на передней поверхности; в пределах площадки контакта между стружкой и инструментом шириной с; Q_тз - тепло трения на задней поверхности; в пределах площадки контакта между поверхностью резания и инструментов шириной с₂.

О бразовавшееся тепло распространяется из очагов теплообразования к более холодным местам, распределяясь между стружкой, деталью и инструментом. Между стружкой, деталью и инструментом устанавливаются следующие тепловые потоки (рис. 2).

Часть тепла деформации Q_дс от условной плоскости сдвига переходит в стружку. Из зоны трения на ПП в стружку переходит часть тепла трения, равная Q_тп + Q_п, где Q_п – тепло, уходящее в инструмент. Таким образом, температура стружки определяется суммарным тепловым потоком:

Q_с= Q_дс + Q_тп - Q_п.

Часть тепла деформации Q_д.дет от условной поверхности сдвига переходит в деталь. Туда же из зоны трения на задней поверхности переходит часть тепла трения равная Q_тз – Q_з, где Q_з – тепло, уходящее в инструмент. В результате этого интенсивность теплового потока в деталь

Q_дет= Q_д.дет + Q_тз – Q_з.

Температурное поле режущего клина инструмента устанавливается в результате действия суммарного теплового потока Q_и с интенсивностью

Q_и = Q_п + Q_з.

Н

Q = Q_с + Q_дет + Q_и + Q_рс

а основании этого можно написать выражение, описывающее расход образовавшегося при резании тепла

,

где Q_рс - количество тепла, уходящее в окружающую среду.

На процентное распределение тепла между стружкой, деталью и инструментом наибольшее влияние оказывает V и механические и теплофизические свойства ОМ.

Наибольшее количества тепла уходит в стружку, составляя при обработке стали от 60 до 80%. С Увеличением V доля тепла в стружке увеличивается, а ее средняя температура растет (рис. 3).

Рисунок 3 - Распределение тепла Q между стружкой, инструментом

и деталью при точении стали 40Х