книги из ГПНТБ / Бетанели, А. И. Прочность и надежность режущего инструмента
.pdfРис. 5.14. Распределение эквивалентных напряжений в контактной зоне режущей части инструмента из быстро режущей стали Р18 при свободном точении стали 20Х.
j |
_ |
(Ѵ = |
20°; Р = 62°; |
а = 0,3 ■ |
10-Зм) |
|
0=20°; |
2 — Ѳ =30°; |
3 — 0=40°; |
4 — 0 = 50°; |
|
5 — 0=60 °; |
6 — 0 = 70°; |
7 — 0 = 80°; |
8 — 0 = 82°. |
||
Для упрощения расчета главных напряжений автором были выведены следующие формулы:
~ г СТѳ = |
2 [(6o-)-do0 ) J (и-;- l)rn(b„ cos пѲф d:l sin/гѲ]. |
(5.54) |
|||||
— |
■ |
gri- = |
(— Л))'2(a., cos 2Ѳ•L c., sin 2Ѳ) |
- |
|
||
|
2 |
„+2l)/'[/z(ö„ cos/гѲ j-d,, sin/гѲ)-(- |
)] |
(5.55) |
|||
|
|
) (ö |
cos(/j-!- ) |
-i-c„., j sin(n-i- |
) |
||
|
|
|
2 0 |
|
2 0 |
|
|
502
На'рис. 5.12, 5.13, 5.14 видно, что эквивалентные напряжения в’'основном возрастают по мере удаления от режущей кромки и достигают максимального значения в конце ширины контакта.
Рис. 5.15. Распределение главных |
напряжений |
щ , сг2 в |
|
режущей части инструмента из быстрорежущей стали Р18 |
|||
при свободном точении |
стали 20Х. |
|
|
Т=0°; |
ß=82°; а = 0 ,3 • 10~3м |
5 — Ѳ =40о; |
|
1—Ѳ =0°; 2—Ѳ = 10°; |
3 — Ѳ =20°; |
4 — Ѳ-=30°; |
|
6 — Ѳ =50°; 7— Ѳ =60°; 8—Ѳ=70°; |
9—Ѳ =80°; |
10— Ѳ =82°. |
|
Расчет может быть полным только тогда, когда рассчитываются напряжения в контактной зоне и за ее пределами. На рис. 5.15, 5.16 дано изменение главных напряжений в режущей части инс трумента (в контактной зоне и за ее пределами) в зависимости от г и Ѳ. Напряжения за пределами контактной зоны рассчитаны по формуле (5.50). Исходные данные такие же, как и для рис. 5.12,
5.13 |
и 5.14. |
5.15 и 5.16 |
видим, что: |
|
|
|
Из рис. |
|
|
|
|||
1. |
В |
контактной зоне режущей части инструмента напряжения |
||||
сжимающие |
{0\_>a^as). |
При этом напряжения о |
3 |
примерно в се |
||
|
|
|||||
редине ширины контакта имеют минимум по алгебраической ве личине и далее возрастают к концу ширины контакта. По абсо лютной величине напряжения о, наибольшие на передней поверх ности, а на задней поверхности п ,= 0 . Напряжения ст3 алгебраичес-
13. А. И. Бетанели |
193 |
Рис. |
5.16. Распределение главных напряжений ая в режущей |
||||
части |
инструмента из быстрорежущей стали Р18 |
прп свобод |
|||
|
|
ном точении стали 20Х. |
|
||
1 — 0 = 0 °; |
у = 0 с; |
ß=82°; а = 0,3-10-» м |
|
||
2 — 0 = 1 0 °; |
3 — 0=20 °; |
4 — 0=30°; 5—0 = 4 0 °; |
|||
6 — 0=50 °; |
7 — 0 = 60°; |
8— 0=70 °; |
9—0=80 °; |
10 — 0 = 8 2 °. |
|
ки возрастают по мере удаления от кромки. По абсолютной вели чине напряжения о3 наибольшие на задней поверхности, а на пе редней поверхности наименьшие.
2.Напряжения а2 в конце ширины контакта, выше нейтраль
ной линии, переходят в растягивающие напряжения |
имеют |
||||
5 |
=o3), которые возрастают |
по мере удаления от кромки, |
|||
максимум на расстоянии |
r = k 0c |
и далее уменьшаются. |
|
||
|
На рис. 5.17 показано распределение главных напряжений |
||||
и сг2 на передней поверхности при разных толщинах среза. |
макси |
||||
|
Как видно из рис. 5.17, |
с увеличением толщины среза |
|||
мальная величина наибольшего главного напряжения (гх возраста ет. При увеличении толщины среза с 0,1 до 0,3, т. е. в 3 раза, мак симальная величина наибольшего главного напряжения возрас тает в .1,54 раза.
На рис. 5.18 дана зависимость максимальной |
величины |
а |
наи |
||
большего главного напряжения о-! тож от толщины среза |
|
при |
|||
разных передних углах и углах заострения. |
|
|
|
|
|
На |
рис. 5.18 видно, что: |
тах |
возрастает. |
||
1. С |
увеличением толщины среза величина сгх |
|
|||
194
2. Зависимость оу mnx от а в данном диапазоне изменения тол щины среза имеет примерно линейный характер.
.Р и с. 5.17. Распределение главных напряжении сц и аг на передней поверх ности инструмента из быстрорежущей стали Р18 при свободном точении стали 20Х.
1 |
_ |
а=0,2 • 1СГ(Ѳ = Ѵ = 0 °); 7=0°; ß=82°. |
||
|
3м; |
2 — |
а=0,2 • 10 ~3м; 3 — п=0,3 ■І0“3м. |
|
|
|
|
|
|
Для инструмента с данной формой режущей части прямая име ет определенный наклон. С увеличением переднего угла и умень
шением угла |
заострения крутизна прямой возрастает. |
Если для |
|
у = 0 о, ß=82J |
прямая является сравнительно пологой, |
то для |
у = |
|
|||
=30°, ß=523 прямая достаточно крутая.
Особый интерес представляет исследование закономерностей распределения напряжений в режущей части инструмента в ши роком диапазоне изменения толщин среза, включая предельные толщины среза. Для этого были проведены специальные исследо вания при свободном точении жаропрочного сплава ХН60В (ЭИ867) резцом, оснащенным твердым сплавом ВК8. Все вычисления нап ряжений в контактной зоне проведены при помощи электронной цифровой вычислительной машины «Арагац».
Радиальные, тангенциальные, касательные н главные напря жения в контактной зоне вычислялись по формулам (5.12а), (5.13а),
(5.27), (5.28), (5.29). Коэффициенты в формулах (5.27), (5.28), (5.29)
195
Рис. 5.18. |
Зависимость |
сг1мах от |
толщины среза а при |
|
|||
свободном точении стали 20Х инструментом |
из быстро |
|
|||||
1 — у=30°; |
режущей стали |
Р18. |
3 — у = 1 0 °; |
|
|||
ß=52°; 2 — у=20°; |
ß=62°; |
|
|||||
|
|
ß=72°; |
4 — у = 0 °; |
ß=82°. |
|
(5.32) при |
|
определялись решением систем уравнений (5.31), |
т —1. |
||||||
Величины |
ам, с, |
р,с, р0> л |
использовались при |
решении систем |
|||
|
|||||||
уравнений (5.31), (5.32) и приведены в таблицах 3.7 и 3.8. Расчет напряжений за пределами контактной зоны производился по фор
муле |
(5.50). |
Коэффициент |
kQ |
был определен по формуле (5.51). |
||
Для |
ВК8 — ff*—-0,5 • (т„зг =736 Мн/м2 (75 кГ/мм2). |
k0 |
от угла |
|||
На рис. |
5.19, 5.20 даны зависимости коэффициента |
|
||||
заострения |
и переднего угла. |
|
|
|
||
Как видно из рис. 5.19 и 5.20, для данной пары инструменталь
ного и обрабатываемого материаловІг, 0при увеличении угла |
заос |
||||
трения от 52° до 90°, коэффициент |
уменьшается |
от 4,52 |
до |
1,4 |
|
и, наоборот, при увеличении |
переднего угла о т — |
10° до 30°, |
ко |
||
эффициент возрастает от 1,4 |
до 4.52. |
Следовательно, форма |
режу- |
||
196
Рис. 5.19. Зависимость коэффициента к0 от угла заострения ß, соответствующего предельным толщинам среза, при свободном точении жаро прочного сплава ХН60В (ЭИ867) резцом, оснащен ным твердым сплавом ВК8.
Рис. |
5.SO. |
Зависнмгсть |
коэффициента |
к0 от |
переднего |
угла |
у, соответствующего |
предельным толщинам среза при |
|||
свободном |
точении жаропрочного сплава |
ХН60В |
(ЭИ867) |
||
|
резцом, оснащенным твердым сплавом BKS. |
||||
197
щей масти инструмента оказывает существенное влияние на вели
чину |
коэффициента |
k0- |
абсолютные |
величины |
|
расстояний |
|||||||
В |
таблице |
5.2 приведены |
|
||||||||||
опасных |
точек |
от |
режущей кромки при |
предельных |
толщинах |
||||||||
|
|
|
|
Т а б л и ц а 5.2 |
среза, рассчитанные по формуле |
||||||||
|
BK.S |
|
|
(5.47). |
г = |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
ХН60В (ЭИ. 67) |
|
|
|
|
|
|
что в |
||||
|
|
|
|
с |
г |
Из таблицы 5.2 видно, |
|||||||
Г |
|
ß° |
ІО-3 м |
I О-3 м |
среднем |
|
3 • 10_3 |
м. |
|
Следова |
|||
|
|
|
тельно, надо полагать, что неза |
||||||||||
— 10 |
90 |
|
2,2 |
3,08 |
висимо от формы режущей |
части |
|||||||
|
инструмента |
для |
данной |
пары |
|||||||||
10 |
70 |
|
1,48 |
3,26 |
инструментального н обрабатывае |
||||||||
20 |
64 |
|
0,98 |
2,85 |
мого материалов расстояние опас |
||||||||
30 |
52 |
|
0,644 |
3,12 |
ной точки от режущей кромки |
||||||||
|
|
|
|
|
|
неизменно. |
|
|
k0 |
при пре |
|||
В таблице 5.3 приведены величины коэффициентов |
|
|
|||||||||||
дельных толщинах среза, вычисленные для разных условий ре зания.
Из таблицы 5.3 видно, что при свободном точении жаропроч ного сплава ХН60В (ЭИ867) резцом, оснащенным твердым спла вом Т15К6, при ß=64°, у=20° коэффициент 60=2,86, т. е. соот ветствует величине /г0 для ВК8, при прочих одинаковых условиях. Далее, из таблицы 5.3 видно, что для ß=70°, у=0° при разных
парах материаловko, со сравнительно мало отличающимися свойс |
||||||
твами, |
величины |
близки |
по |
величине. |
|
|
|
|
Коэффі ц ент й„ |
при разных усовиях резанаяТ а б л и ц а 5.3 |
|||
|
ß° |
ИнструментальныГі |
Обрабатываемый |
*0 |
||
20 |
64 |
|
материал |
|
материал |
2,86 |
|
Т15Кб |
|
ХН60В (ЭИ867) |
|||
20 |
64 |
|
ВК8 |
|
ХН60В (ЭИ867) |
2,9 |
|
|
2,56 |
||||
0 |
70 |
|
Т5КІ0 |
|
ХН70МВТЮБ (ЭИ598) |
2,66 |
0 |
70 |
|
Т5К10 |
|
ХН70ВМТЮ (ЭИ617) |
|
0 |
70 |
|
ВК8 |
|
ХН70МВТЮБ (ЭИ598) |
2,42 |
|
|
2,88 |
||||
0 |
70 |
|
Т5К12В |
|
ХН70МВТЮБ (ЭИ598) |
|
В главе I было отмечено решающее влияние толщины среза на |
||||||
скалывание |
режущей части инструмента. Поэтому естественно |
|||||
193
предположить, что для данной'гіарьГинструментального и обраба. тываемого материалов величина коэффициента k0 предопределя ется не только формой режущей части, но и толщиной среза. Сле довательно, надо полагать, что при толщинах среза меньших чем предельные, величины коэффициента k0 меняются в зависимости от толщины среза. Этот вопрос детальнее рассматривается ниже.
Перейдем к рассмотрению распределения напряжений в режу
щей части |
инструмента. |
На рис. |
5.21—5.28 дано распределение главных напряжений |
в режущей |
части. |
|
|
части инструмента. |
|
|
ВК8 — ХН60В (ЭИ867). у=10°; |
ß=^70°; а = а лр=0,56-10"3м |
|||
1 _ |
Ѳ = 10°; |
2 — 0=20°; 3 — 0=30 °; |
4 — 0=40°; |
|
С5 _ |
0=50 °; |
6 — 0=60 °; |
7 — 0=70°; |
8 — 0 = 8 0 . |
Рис. 5.22. Распределение главных |
напряжений га3 в |
режущей части |
|||
В К 8 -Х Н 6 0 В |
(ЭИ867). |
инструмента. |
|
|
|
у = Ю °; |
ß = 70°; я = а „ р= 0 ,5 6 -10“% . |
||||
1— 0=10°; |
2—0=20 °; |
3— 0 = 30°; |
4—0=40 °; |
5— 0=50°; |
|
|
6— 0=60 °; 7— 0=70°; |
8— 0=80° |
|
||
199
Рис. 5.23. Распределение главных |
напряжений |
сь в режу |
||
щей части |
инструмента. |
|
||
ВК 8— ХН 60В (ЭИ867). |
у ~ |
10°; |
ß=70°; а = 0 ,28.10-*м. |
|
|
|
|
|
|
1—0 = 10°; 2— 0=20 °; 3— Ѳ =30°; 4—0=40 °; 5— 0=50°; 6—0=60 °; 7—0=70 °; 8— 0=80 °.
Рис. 5.24. Распределение главных напряжений а3 в режущей части инструмента.
В К 8 —ХН60В (ЭИ867). у=20°; ß=70°; а=0,28.10"*м 1—0=10 °; 2—0 = 2 0 °; 3— 0=30°; 4— 0 = 4 0 °; 5— 0=50°; 6—0=60 °; 7— 0 =70 °; 8— 0 = 8 0 °.
Ha рис. 5.21—5.28 видно следующее.
1. В контактной зоне режущей части инструмента напряжения сжимающие ((О^о^сГз), но могут быть случаи, когда в опреде ленной части контактной зоны имеем малые по величине растяги вающие напряжения (ox^ 0 ^ crg). Если напряжения сжимающие, то тогда напряжения и2 примерно в середине ширины контакта имеют минимум по алгебраической величине и далее возрастают
200
Рис. 5.25. Распределение главных напряжении сгх, оу в режущей части инструмента.
В К8— ХН60В |
(ЭИ867), |
у=20°; ß=64°; а = о лр= 0 ,4 6 -ІО'3 м |
1 _0 = 2 О °; |
2— Ѳ =30°; |
3— 0=40°; 4— 0=50°; 5—0=60°; |
6— 0=70 °; |
7— 0=80°; 8— 0= 8 4 °. |
|
к, концу ширины контакта. По абсолютной величине напряжения ст2 наибольшие на передней поверхности, а на задней поверхности сг2= 0 . Напряжения оу алгебраически возрастают по мере удале ния от кромки. По абсолютной величине напряжения сг3 наиболь шие на задней поверхности, а на передней поверхности — наи меньшие.
2. Если в контактной зоне (ОзгоузгОз), то напряжения оу в конце ширины контакта выше нейтральной линии переходят в
растягивающие напряжения оу (о ^ О ^ оу ), которые возрастают |
||
по мере удаления от кромки, имеют максимум на расстоянии |
г — |
|
küc |
и далее уменьшаются. |
|
|
3. Когда в определенной части контактной зоны о^ОзгОд, то |
|
напряжения по мере удаления от кромки к концу ширины кон такта уменьшаются, затем возрастают, достигают максимума при r = k 0c и далее понижаются.
20 к