5.1.3. Силы резания

На переднюю поверхность ин­струмента действуют нормальная сила N и сила трения F сходящей стружки (рис. 5.6). В результате упругого восстановления поверх­ности резания к задней поверхности инструмента приложены нор­мальная сила N₁ и сила трения F₁. Геометрическая сумма всех названных сил дает силу резания. Множество факторов оказывает влияние на ее направление. Поэтому в инженерной практике, где для различных расчетов необходимо знать точное направление дей­ствующих сил, используют не силу резания в натуре, а ее состав­ляющие. Для каждого процесса резания имеется свое целесообразное разложение силы резания. Например, силу резания Р при то­чении представляют в виде проекций Р_х, P_y, P_z на координатные оси X, Y, Z (рис. 5.7) и изучают, измеряют эти проекции.

При точении силу P_z называют окружной силой или главной составляющей силы резания, силу Р_у — радиальной силой, силу Р_х — осевой силой или силой подачи. По величине окружной силы вычисляют крутящий момент М и эффективную мощность реза­ния N:

,

,

где D — диаметр обтачиваемой поверхности, мм; v — скорость резания, м/мин.

Рис. 5.6. Силы, действую­щие на передней и задней поверхностях инструмента

Рис. 5.7. Разложение силы резания при точении на соcтавляющие

По осевой силе Р_х рассчитывают на прочность механизм пода­чи токарного станка. По величинам радиальной силы Р_у и окруж­ной силы Р_г производят расчет деформаций обрабатываемой детали и узлов станка.

Равнодействующая сила резания, Н:

.

5.1.4. Тепловые явления при резании

Источники тепла и его распределение. Тепло, образующееся при деформации в зоне сдвигов, частично переходит в стружку, а частично — в деталь. Работа трения на передней поверхности инструмента преобразуется в тепло, переходящее в стружку и в инструмент. Тепло, возникающее в результате тре­ния на задней поверхности, распространяется в инструмент и в об­рабатываемую деталь. Суммарная доля тепла, переходящего в стружку, деталь и инструмент, зависит главным образом от тепло­проводности и механических свойств обрабатываемого материала, скорости резания и типа стружки.

С ростом скорости резания режущий клин становится более действенным препятствием на пути теплового потока от плоскости сдвигов в обрабатываемую деталь. Вследствие этого увеличивает­ся доля тепла, остающегося в стружке, и уменьшается доля тепла, уходящего в обрабатываемую деталь. Уменьшение относительного количества тепла, переходящего при этом в инструмент, объясняется тем, что с ростом скорости резания уменьшается про­водящая тепло контактная площадка между стружкой и инстру­ментом.

Режущий инструмент, стружка и обрабатываемая деталь по сечению нагреты неравномерно. Наиболее высокая температура у режущей кромки и в центре давления стружки на переднюю по­верхность. Среднюю величину температуры на поверхностях инструмента в местах его контакта со стружкой и поверхностью ре­зания называют температурой резания.

Явление тепловыделения отрицательно влияет на стойкость инструмента, точность и качество обработки. Для снижения отрицательного влияния нагрева при механообработке применяют смазочно-охлаждающие среды (СОС). Это жидкости, газы и газообразные вещества и твердые вещества, которые наряду с охлаждением снижают теп­ловыделение. Наибольшее применение получили жидкие среды (СОЖ): эмульсии; мыльные растворы; масла; масла с добавлением фосфора и серы; керосин и др. Применение смазочно-охлаждающих сред позволяет на 10…15% снизить эффективную мощность резания, повысить стойкость режущего инструмента, увеличить точность и снизить шероховатость обработанной поверхности.