книги из ГПНТБ / Гоголев, А. Я. Влияние антифрикционных покрытий на износ металлообрабатывающего инструмента

По найденному давлению, пользуясь схемой действия сил, на­ ходим результирующую и составляющие силы резания:

Угол отклонения направления плоскости сдвига и направления максимального напряжения сдвига можно определить по соотно-

шению ф+со—— = е , воспользовавшись выводами Н. Н. Зорева

[42]. Величина ф+со обычно мало меняется. В зависимости от ма­ териала ее можно принимать: для углеродистых сталей с содер­ жанием углерода менее п равным 0,15% ф+со=40°; для углероди­ стых сталей с содержанием углерода 0,15—0,25% и малолегирован­ ных сталей с зернистым перлитом ср+со=46°; для углеродистых сталей с содержанием углерода более 0,25%, малолегированных с пластинчатым перлитом, сорбитообразным перлитом и высоколе­ гированных с карбидами: ф+со = 50°.

Пользуясь этими соотношениями, можно определить величину е для подстановки в формулы (14).

У~

' I/

У

Рис. 5. Поле линий скольжения при наличии нароста на режущей кромке и схема действия сил в зоне стружкообразования при сверлении

Поле линий скольжения, изображенное на рис. 5, а, может быть получено при наличии нароста на резце. Сетка линий обра­ зована двумя ортогональными семействами параллельных пря­ мых, отображающих равномерное напряженное состояние, пучком прямых -и концентрическими окружностями, отображающими про-

30

стое напряженное состояние в виде центрированного поля линий

жений изменяется скачкообразно. А это в свою очередь значит, что в области, соседней с областью равномерного напряженного со­ стояния, осуществляется простое напряженное состояние.

Как видно из рис. 5 а, в области ОВС — равномерное напря­ женное состояние. Компоненты напряжений и главные напряже­ ния в этой области найдены ранее. Обозначим постоянную вдоль

Таким образом, найденные параметры Ci°n С2° являются по­ стоянными как для равномерного напряженного состояния (об­ ласть ОВС), так й для простого напряженного состояния с цент­ рированным полем линии скольжения (область OCD). Следова-

31

телыю, нормальные напряжения по радиальным и окружным пло­ щадкам равны среднему давлению, определяемому по выра­ жению

р = 2к(С2 °+§).

Среднее давление в точке D при значениях С2" = —0,285 н Зл

v = _ —СР", где фи — угол сдвига при наличии нароста на перед­

Из формулы (16) можно найти давления для предельных слу­ чаев, т. е. без трения на передней поверхности и для другого слу­ чая, когда нет скольжения.

При отсутствии трения линии скольжения а подходят пе­

F I = FRCOSW.

Напряженное состояние при сверлении

Процесс резания при сверлении имеет много общего с процес­ сом точения. Сверление сопровождается темп же физическими яв­

условиях, чем при точении. При сверлении затруднителен выход стружки и подвод смазочно-охлаждающеп жидкости. Кроме того,

Усадка стружки у перемычки больше, чем на периферии свер­ ла, так как по мере приближения к центру увеличивается угол ре­ зания и уменьшается скорость резания, что увеличивает деформа­ цию стружки.

Закономерность изменения усадки стружки в зависимости от скорости резания, подачи, охлаждающей жидкости и геометрии режущей части сверла примерно такая же, как и при точении.

С увеличением диаметра сверла усадка уменьшается. Это объ­ ясняется тем, что с увеличением диаметра возрастает площадь по­ перечного сечения канавки сверла, что приводит к более свобод­ ному образованию стружки. С увеличением глубины сверления усадка повышается, так как затрудняется выход стружки, повы­ шается ее трение о канавку, что вызывает рост деформации. Усад­

женного состояния выделим элемент очень малой толщины в глав-'

состояние элемента, уравнение равновесия которого имеет вид ( 1 ) .

При образовании непрерывной стружки пластическая деформа­ ция в основном происходит вдоль узкой полосы зоны сдвига, ко­ торая, как и при исследовании процесса точения, ввиду ее малой ширины заменяется поверхностью сдвига.

Применим к исследованию напряженного состояния метод ли­

на которой касательные напряжения имеют максимальное значе­ ние. При этом напряжения будут иметь значения

oV = — р , о у = — р , т.ч'у' = к,

где р — среднее давление.

уравновешиваются. Крутящий момент, необходимый для осуществ­

В полученных формулах (19) и (20) не учтено влияние угла наклона винтовой канавки и угла в плане сверла. С увеличением утла наклона винтовой канавки увеличивается передний угол, а силы резания уменьшаются. Угол в плане по-разному влияет на

?4

величину Мкр. С увеличением его возрастает сопротивление внед­ рению сверла, что приводит к увеличению осевой силы.

Одновременно с увеличением угла в плане уменьшается ши­

Для случая, когда линии скольжения вследствие наличия тре­

При наличии нароста на режущих кромках сверла среднее дав­ ление будет иметь выражение (16), а формулы для величин состав­ ляющих сил резания получат вид:

Особенности процесса резания при обработке покрытыми инструментами

Процесс резания металлов происходит в условиях больших пластических деформаций обрабатываемого материала, с больши­ ми контактными нагрузками, высокими коэффициентами трения и большим тепловыделением.

Высокие контактные давления и температура в зоне резания, непрерывное трение между передней поверхностью инструмента и сходящей стружкой, между задней поверхностью и обрабатывае-

моft заготовкой способствуют интенсивному износу инструмента. Уменьшить трение в процессе обработки можно путем созда­ ния между инструментом и обрабатываемой заготовкой раздели­

тельной граничной прослойки [61].

Существующие наиболее распространенные сухие смазки (гра­ фит, дисульфид молибдена и др.) обладают высокими антифрик­ ционными свойствами благодаря их слоистой структуре.

узла. Другой немаловажной особенностью твердых смазок являет­

При нанесении смазок па трущиеся поверхности режущего инструмента указанные свойства проявляют себя в той пли иной степени.

Проведенные в лаборатори резания НПН и па Таганрогском заводе «Красный котельщик» испытания инструмента, покрытого твердыми смазками на основе дисульфида молибдена, показали, что в ряде случаев наблюдается значительное увеличение износо­ стойкости покрытого инструмента, а также облегчаются условия резания этим инструментом.

По сравнению с непокрытыми резцами стойкость увеличивалась в

давливание твердой смазки с поверхностей резания происходит в меньшей степени, в результате как бы увеличивается запас твер­ дой смазки, находящейся на поверхности инструмента. Кроме то­ го, при сверлении глубоких отверстий стружка значительно легче сходит по покрытым смазкой стружечным канавкам. При этом следует отметить, что условия трения в стружечных канавках пол­ ностью соответствуют обычным условиям «сухого» трения.

Как показали динамические испытания, при сверлении с твер­ дыми смазками происходит снижение усилий резания на 15—25%.

Температурные испытания, производившиеся при сверлении инструментом как с твердой смазкой MoS2 , так и без нее, показа­ ли примерно одинаковые результаты. Это позволяет сделать вывод

3G

стпиок механическим путем были покрыты дисульфидом молиб­

Эксперименты по определению влияния подачи и скорости ре­ зания на усадку стружки проводились в диапазоне подач от 0,08 до 0,2 мм/об при скоростях резания 38; 48; 60; 90 м/мин и глубине резания 2 мм.

Как видно из рис. 6 о, б усадка стружки, а, следовательно, и степень деформации при обработке пластинками с покрытием (кривые 1) меньше, чем при обработке пластинками без покрытия (кривые 2). Сближение величин усадки стружки при увеличении подачи может быть объяснено влиянием повышения температуры, под действием которой стойкость дисульфидмолибденовой смазки снижается вследствие окисления молибдена.

Рис. 6. Влияние скорости и подачи на усадку стружки при точении стали 4Х14Н14В2М резцами с пластинками T15KG.

Кроме того, рис. 6, а показывает, что при обработке покрытыми пластинками наростообразоваиие выражено менее отчетливо, и его влияние сдвинуто в сторону больших скоростей.

Как видно из рис. 7, а и 7, б, снижение величины коэффициента усадки при работе резцами с покрытием (кривые 1) по сравнению с непокрытыми резцами (кривые 2) довольно значительно и со­ ставляет 15—20%. Ширина следа контакта стружки с передней по­ верхностью увеличивается с возрастанием подачи и с уменьшением скорости резания, причем при работе резцами без покрытия (кри­ вая 5 на рис. 7, а и кривая 3 на рис. 7, б) ее величина превышает

38

Коэффициент трения металлов при очень больших скоростях падает до небольших величин. Металл ведет себя так, как если бы он был тонкой пленкой низкой прочности на срез на твердой осно­ ве [64]. Этот механизм объясняет изменение силы трения от пода­ чи и скорости. По мере увеличения скорости разница между физи­ ческими свойствами слоя на поверхности раздела и основой уве­ личивается, коэффициент трения уменьшается.

резцов с покрытием и без него снижается, при этом для резцов с

Из сравнения кривых 3 и 4 рис. 7, в видно, что увеличение ско­ рости заметной разницы на ход кривых для резцов с покрытием и без него не оказывает.

Из опыта известно, что повышение температуры между трущи­ мися поверхностями значительно возрастает при увеличении ско­ рости и подачи. Это происходит потому, что основная часть рабо­ ты, затраченной на преодоление сопротивления трению, преобра­ зуется в тепло в областях контакта. При этом поверхности под-

39