2.4.4. Влияние геометрических параметров резца на составляющие силы резания

Влияние главного угла в плане. Главный угол в плане  изменяет отношение b/а и положение главного лезвия относительно движения подачи. И то и другое при изменении угла  вызывает изменение составляющих силы резания.

Увеличение главного угла в плане при постоянных t и s вызывает уменьшение отношения b/а, что должно привести к непрерывному уменьшению силы Р_z. Это хорошо подтверждается экспериментом при свободном точении любых материалов и при несвободном точении чугуна. Как видно из рис. 70, то же самое наблюдается и при несвободном точении стали резцом без переходного лезвия (кривая 2).

При несвободном точении резцом с переходным лезвием, начиная со значения угла  = 60°, сила Р_z не уменьшается, а вновь возрастает. Немонотонность влияния угла  на силу Р_z связана в этом случае с действием двух конкури­рующих явлений: уменьшением отно­шения b/a при увеличении угла  и увеличением отношения длины криво­линейного переходного лезвия к рабочей длине главного лезвия. Из рис. 71 видно, что b_II < b_I, a_II > a_I и b_II/a_II < b_I/a_I.

У

Рис. 70. Влияние главного угла в плане на силу Р_z при точении (сталь; t = 2 мм; s_o = 0,48 мм/об.); 1 – несвободное точение резцом с r = 2 мм при V = 40 м/мин; 2 – несвободное точение резцом с r = 0 мм при V = 40 м/мин; 3 – свободное точение при V = 44 м/мин

меньшение отношения b/a для прямолинейного главного лезвия вследствие уве­личения угла  снижает силу Р_z. Однако вследствие увеличения отношения пр/тп возрастает роль переходного дугового лезвия с радиусом r, на котором условия деформирования и срезания стружки значительно тяжелее, чем на главном лезвии. Продольные слои стружки, перемещаясь по передней поверхности в направлениях, перпендикулярных к переходному лезвию, мешают друг другу, уве­личивают степень деформации срезаемого слоя, что, в конечном счете, приводит к увеличению силы Р_z.

При резании пластичных матери­алов (сталей) для углов  < 50…60° превалирует эффект от умень­шения отношения b/a, а для углов  > 60° – эффект от ухудшения условий стружкообразования. При резании хрупких материалов (чугунов) отрицательная роль переходного лезвия незначительна, так как стружка ломкая и степень ее деформации невелика. Поэтому сила при увеличении угла  уменьшается за счет уменьшения отно­шения b/a. Силы Р_y и Р_x являются проекциями горизонтальной равнодей­ствующей Р_xy на оси y и x. Поэтому при увеличена угла  сила Р_y должна уменьшаться, а сила Р_x возрастать (см. рис. 71). Влияние главного угла в плане на составляющие силы резания опи­сывается следующими фор­мулами:

–

Рис. 71. Влияние главного угла в пла­не на отношение длины пере­ход­ного лезвия к длине главного лезвия

при обработке сталей

Р_z = С₄/^0,16 при  = 30…50°;

Р_z = С₅^0,22 при  = 50…90°;

Р_y = С₆/^1,03 при  = 30…50°;

Р_y = С₇/^0,86 при  = 50…90°;

Р_x = С₈^0,72 при  = 30…90°;

– при обработке чугунов

Р_z = С₉/^0,13; Р_y = С₁₀/ ^0,51;

Р_x = С₁₁^1,08 при  = 30…45°;

Р_x = С₁₂^0,35 при  = 45…90°.

Влияние переднего угла. Уменьшение переднего угла  увеличивает коэффициент усадки стружки и работу стружкообразования. Это приводит к увеличению всех составляющих силы резания. Однако влияние переднего угла резца на силы Р_z, Р_y и Р_x неодинаково. Уменьшение положительного и увеличение отрицательного угла  наиболее сильно сказывается на росте осевой силы. Радиальная и окружная силы возрастают в меньшей степени. Влияние переднего угла на составляющие силы резания математически удобнее описывать, используя угол резания _Р = 90° – .

Влияние угла резания на силы Р_z, Р_y, Р_x выражают формулой

Р_i = С₁₃

Показатели степени q_Р для сил Р_z, Р_y, Р_x соответственно равны 0,95…1,05; 2,0…2,5; 2,5…3,5.

Влияние заднего угла. Задняя поверхность инструмента угла в стружкообразовании не участвует. Поэтому изменение заднего угла не меняет величину нормальной силы и силы трения, действующих на передней поверхности. Следовательно, влияние заднего угла на составляющие силы резания может проявляться только через изменение сил, действующих на задней поверхности. Эксперименты показывают, что если задний угол резца больше 8…10°, то составляющие силы резания от величины заднего угла не зависят. При меньших углах уменьшение заднего угла вызывает незначительное возраста­ние сил Р_z, Р_y, Р_x. Для диапазона задних углов 2…10° это возрастание при обработке стали описывается формулами Р_z = = 360 – 2,2; Р_y = 118 – 2; Р_x = 96 – 1,2.

Если при увеличении прочности материала коэффициент усадки стружки уменьшается сравнительно мало, то силы Р_z, Р_y и Р_x возрастают, а если увеличение прочности сопровождается значительным снижением коэффициента усадки, то это приводит к уменьшению сил (табл. 3). Несмотря на то, что предел прочности на растяжение меди намного уступает стали 20Х, сила Р_z при резании обоих материалов одинакова. Это вызвано тем, что коэффициент усадки стружки для стали 20Х примерно во столько раз меньше, чем для меди, во сколько раз больше касательные напряжения на условной плоскости сдвига. Значительное увеличение силы Р_z при резании стали 1Х18Н9Т по сравнению со сталью 20Х связано с тем, что уменьшение коэффициента усадки стружки для стали 1Х18Н9Т отстает от возрастания напря­жений сдвига.

Таблица 3

Влияние механических свойств обрабатываемого материала на величину силы Р_z ( = 20°; а = 0,22 мм; V = 0,2 м/мин)

Обрабатываемый материал		 · 10–1 н/мм2	Kl	Рz · 10–1 н
Медь	9°05'	32	6,2	500
Сталь 00	11°50'	46	4,3	570
Сталь 10	16°30'	49	3,7	450
Сталь 20Х	17°40'	58	3,3	500
Сталь 1Х18Н9Т	22°45'	103	2,6	740

Приведенные примеры показывают, что одни прочностные характеристики обрабатываемых материалов различного химического состава не могут служить объективным показателем при оценке сил, возникающих при резании.

Для групп материалов, однородных по своему химическому составу, увеличение напряжений сдвига при увеличении прочности, как правило, значительно опережает уменьшение коэффициента усадки стружки. Поэтому составляющие силы резания растут при увеличении предела прочности при растяжении или твердости по Бринелю.

Это позволило получить приближенные формулы, которые обеспечивают достаточную точность при инженерных расчетах состав­ляющих силы резания. При резании пластичных материалов расчет сил Р_z, Р_y и Р_x ведут по _b или по НВ; при резании хрупких материалов за основу берется твердость НВ. Формулы имеют вид:

1) при обработке сталей Р_z = ;

2) при обработке чугунов Р_z =

Таблица 4

Средние значения показателя степени в формулах для расчета составляющих силы резания в зависимости от прочности материала обрабатываемой детали

Материал обрабаты­ваемой детали	Показатели степени nP в формулах
	cилы Рz		cилы Рy		cилы Рx
	Твердый сплав	Быстро­режущая сталь	Твердый сплав	Быстро­режущая сталь	Твердый сплав	Быстро­режущая сталь
Сталь: b  600 н/мм2 b  600 н/мм2	0,35 0,35	0,35 0,75	1,35 1,35	2,0 2,0	1,0 1,0	1,5 1,5
Чугун	0,4	0,55	1,0	1,3	0,8	1,1

Средние значения показателя степени n_P при обработке конструк­ционных углеродистых, легированных сталей и чугуна приведены в табл. 4.

Материал режущей части резца на составляющие силы резания влияет сравнительно слабо. Различные инструментальные материалы имеют различный средний коэффициент трения на передней поверхности, что при одинаковой нормальной силе дает различную величину силы трения и коэффициента усадки стружки. Поэтому с уменьшением среднего коэффициента трения на передней поверхности составляющие силы резания становятся меньше. Средние коэффициенты трения при резании быстрорежущими сталями и твердыми сплавами группы ВК приблизительно одинаковы. Поэтому сила Р_z при резании резцами из быстрорежущих сталей и однокарбидных твердых сплавов также одинакова. С увеличением содер­жания карбидов титана в твердом сплаве средний коэффициент трения уменьшается, вследствие чего сила Р_z при точении резцами, оснащенными пластинками из двухкарбидных сплавов, на 5…10 % меньше, чем при точении резцами, оснащенными пластинками из однокарбидных сплавов. Наибольшее снижение силы Р_z дает сплав Т3ОК4, а наименьшее снижение – сплав Т5К10.