15. Как определить главную составляющую силы резания, какова формула, ее структура и коэффициенты, учитывающие влияние на нее различных факторов?

Главная (тангенцальная) составляющая силы резания Р_z действует в плоскости резания в направлении оси Z. По силе P_z определяют крутящий момент на шпинделе станка, эффективную мощность резания, деформацию изгиба в плоскости XOZ, изгибающий момент, действующий на стержень резца, а также ведут динамический расчет механизмов коробки скоростей станка.

Факторы, влияющие на главную составляющую силы:

С увеличением твердости или прочности HB (σB) обрабатываемого материала возрастает его сопротивляемость процессу снятия стружки, что ведет к росту силы резания Pz. Увеличение подачи или глубины резания S (t) приводит к росту площади срезаемого слоя и следовательно объема срезаемого материала, что повышает силу Pz. Большее влияние на силу резания оказывает глубина резания по сравнению с подачей. Это объясняется тем, что при увеличении глубины резания, например, в 2 раза площадь срезаемого слоя тоже увеличивается в 2 раза (F=2*S*t), но степень деформации при этом не меняется. Следовательно сила Pz растет пропорционально глубине, а значит увеличивается в 2 раза. При увеличении подачи в 2 раза площадь срезаемого слоя также увеличивается в 2 раза, но степень пластической деформации уменьшается. Следовательно рост силы будет отставать от роста подачи и она не увеличится в 2 раза. Влияние всех остальных факторов на силу резания объясняется их влиянием на коэффициент укорочения стружки. При этом факторы, повышающие степень пластической деформации (увеличивающие коэффициент укорочения стружки), действуют в сторону увеличения сил резания и наоборот.

Каждая из составляющих силы резания определяется по эмпирическим формулам вида: , Н

где – коэффициент, учитывающий физико-механические свойства материала обрабатываемой заготовки;

– коэффициент, учитывающий факторы, не вошедшие в формулу (величины углов резца, материал резца и др.)

  – глубина резания, мм;

S – подача, мм/об;

V – скорость резания, м/мин;

- показатели степеней.

16. Как распределяется тепло в системе резания: стружку, заготовку и инструмент, каковы температура резания и факторы на нее влияющие?

В процессе резания металлов меха­ническая энергия, затрачиваемая на работу резания, переходит в тепловую. В зоне резания возникает тепло за счет работы, затрачиваемой на пластичес­кие деформации Qд (рис. 11) и преодоление

Рис. 11. Распределение тепла (при резании) между стружкой, ин­струментом и заготовкой

трения по передней Qт.п и зад­ней поверхностям резца Qт.з. Нагрева­ются заготовка, режущий инструмент и стружка. При значительной скорости температура в зоне резания достигает значительных величин. При работе на высоких скоростях при точении и фре­зеровании можно наблюдать сходящую из-под резца или фрезы ярко-красную стружку, нагретую до 900 °С. На обра­ботанной поверхности стальной дета­ли появляются цвета побежалости, свидетельствующие о высокой темпе­ратуре поверхностного слоя детали во время соприкосновения ее с задней по­верхностью инструмента. Полученное тепло при точении распределяется сле­дующим образом: уходит в стружку 50—80 % (Qдс+Qтп);в резец 40—10 % (Qп+Qз), в обрабатываемую деталь 9—3% (Qтз+Qд) и в окружающую среду около 1 %. При затуплении инст­румента характер распределения тепла изменяется: резец и заготовка нагрева­ются в большей степени. Как в струж­ке, так в резце и в заготовке тепло распределяется неравномерно. В слоях стружки, ближе расположенных к пе­редней поверхности резца, температура выше, чем в слоях, удаленных от нее (рис. 12). Температура обрабатываемой

Рис. 12. Распределение темпе­ратур на передней поверхно­сти резца (по Б. И. Костецкому)

заготовки понижается по мере уда­ления рассматриваемой точки от по­верхности резания, а наибольшая тем­пература находится в месте контакта резца с заготовкой. Температура инст­румента также различна в различных точках. Самая высокая температура соответствует точке, лежащей в центре давления стружки на резец.

Температура резания. Под темпе­ратурой резания понимается средняя температура на поверхности контакта инструмента со стружкой. На темпера­туру резания Q влияют многие факто­ры: механические свойства обрабаты­ваемого материала, размер площади срезаемого слоя и скорость резания:

где cq — коэффициент, характеризую­щий род и механические свойства об­рабатываемого материала, геометри­ческие параметры инструмента и свой­ства СОЖ; v — скорость   резания, м/мин; т, п, q — коэффициенты степе­ней, причем m>n>q, т. е. на темпера­туру резания большее влияние оказы­вает скорость, затем толщина срезае­мого слоя а и наименьшее — ширина срезаемого слоя b.

Большое влияние на температуру резания оказывают механические свой­ства обрабатываемого металла. Чем выше предел прочности и твердость металла заготовки, тем большее сопро­тивление необходимо преодолеть при стружкообразовании, тем большую ра­боту надо затратить на резание, тем больше выделится тепла и будет выше температура резания.

Большое влияние на температуру резания . оказывают геометрические элементы резца: угол резания, глав­ный угол и радиус закругления при вершине резца. Отрицательный перед­ний угол по сравнению с положитель­ным вызывает большие деформации и приводит к большему выделению тепла. При работе с передним углом y=-10° температура резания повы­шается на 15° по сравнению с работой резцом, имеющим положительный угол у=+10°. При увеличении главного угла в плане уменьшается ширина стружки и длина активной части режу­щей кромки, что приводит к менее ин­тенсивному отводу тепла в заготовку и в тело резца, теплота концентрируется на меньшей ширине среза около вер­шины резца, и температура резания повышается. Наиболее резкое увели­чение температуры резания происхо­дит в пределах =20—60 °.

Радиус закругления при вершине резца в плане оказывает влияние на общее тепловыделение и на его отвод. Увеличение радиуса закругления хотя и увеличивает тепловыделение, но и увеличивает длину активной части ре­жущей кромки, объем головки резца улучшает отвод тепла в тело резца и в заготовку, что является преобладаю­ щим, и приводит к снижению темпе­ратуры резания. Чем больше площадь поперечного сечения тела резца, тем интенсивнее отвод тепла от мест его образования в тело резца, тем меньше температура резания.

17. Какие различают виды разрушения лезвия инструмента и изнашивания, оценка линейного и массового износа? Как изменяется кривая износа с течением времени, оптимальный и технологический критерии износа?

В процессе работы инструмента в результате высокого контактного давления, высокой температуры в зоне резания и большой относительной скорости перемещения происходит износ лезвий инструмента. Различают следующие виды износа:

1) Износ по задней поверхности инструмента.

2) Износ по передней поверхности инструмента.

3) Износ по задней и по передней поверхностям инструмента.

4) Выкрашивание или скалывание –это частичное или сплошное разрушение лезвий инструмента, размером 0,3-1 мм.

Вид износа определяется следующими факторами:

--физ.-мех. свойствами материала заготовки. При резании хрупких материалов преобладает износ по задней поверхности, при резании пластичных материалов может происходить износ по первым 3 видам .

--толщиной срезаемого слоя (а).

--скоростью резания.

Толщиной срезаемого слоя (а) и скорость резания оказывают одинаковое влияние на вид износа. При малых их значениях преимущественно изнашивается задняя поверхность. При больших значениях-передняя поверхность.

Мерой изношенности инструмента служит линейный и массовый износ. При линейном определяется максимальная протяженность h3 по задней поверхности либо максимальная глубина лунки hл на передней поверхности. В этом случае учитывают только максимальное значения и не рассматривают его место расположения, поэтому этот параметр целесообразно учитывать либо при разработке промышленных норм допускаемых износов либо норм расхода инструмента на переточку. При изучении физической природы изнашивания используют критерий массового износа М=wр, где w-объем изношенной части инструмента, р-плотность инструментального материала.

Существуют 4 основные гипотезы, объясняющие износ инструмента:

--абразивное изнашивание.

--адгезионное изнашивание (прилипание)

--диффузионное изнашивание

--окислительное изнашивание.

Критерии износа-совокупность признаков или один решающий признак, по которым эксплуатация инструмента прекращается и он отправляется на переточку. Принято 2 основных критерия износа:

1. Оптимальный-износ при котором суммарный период стойкости инструмента достигает максимальной величины. Тсум=Тi=max, где Т-период стойкости или время работы инструмента между двумя смежными переточками, i-число переточек. Данный критерий целесообразно применять в лабораторных условиях и при эксплуатации дорогостоящего инструмента в массовом производстве.

2. Технологический-когда эксплуатация инструмента прекращается по технологическим параметрам(шероховатость обработанной поверхности).

Кривая износа-закономерность нарастания износа инструмента во времени. Различают следующие кривые износа:

--одновременный износ по передней и задней поверхности. График состоит из 3 участков: 1- приработка, 2-нормальный износ занимает 80-90% периода стойкости инструмента, 3-катострофический износ. Надо до 3 участка не доводить , а отправлять инструмент на переточку. 

-- Износ происходит преимущественно по задней поверхности. Практически отсутствует 1 участок.

Износ по задней поверхности, тогда отсутствует 3 участок.

На рис.2. приведена кривая износа резца по задней поверхности h_З в зависимости от времени работы Т. На ней можно выделить три участка.

Рис.2. График зависимости износа по задней поверхности от продолжительности работы резца

1) участок ОА – участок начального изнашивания или период приработки. Происходит постепенное выравнивание микронеровностей поверхности и увеличение опорной площади трения. Повышенный темп износа на первом участке объясняется высоким начальным контактным давлением ввиду малой величины площади контакта. При увеличении площадки контакта темп износа уменьшается.

2) участок АВ – период нормального износа. Характеризуется стабилизацией микрогеометрии инструмента.

3) участок АВ – период катастрофического износа. В точке С износ соответствует такому состоянию инструмента, при котором продолжать процесс резания невозможно. Инструмент нельзя доводить до катастрофического износа. Если при этом и не произойдет поломки, то при заточке нужно будет снимать большой слой металла. Работу, очевидно, следует прекратить в точке В, где износ отвечает установленному критерию затупления.