книги из ГПНТБ / Бетанели, А. И. Прочность и надежность режущего инструмента

Рис. 5.41. Зависимость коэффициента запаса по хрупкой

сравнению с зависимостями оу max=/(fl)). Это объясняется тем, что в выражение коэффициента запаса входит также и предел проч­ ности инструментального материала при одноосном растяжении.

Далее, в главе V I показано, что для данной пары обрабатыва­ емого и инструментального материалов и данной формы режущей части инструмента в зависимости от температуры предваритель­ ного подогрева меняется наклон прямой зависимости ох max=f{a). Поэтому, резюмируя все вышесказанное, можно сформулировать закономерность зависимости оу mox=f{a) следующим образом.

Установлено, что при силовом нагружении режущей части ин­ струмента в процессе резания зависимость максимальной величи­

среза, вплоть до достижения предельных толщин среза и соответ­ ственно скалывания режущей части инструмента, имеет примерно линейный характер. При данных обрабатываемом и инструмен­ тальном материалах чем больше передний угол и меньше угол

.заострения, тем круче прямая. Наоборот, чем меньше передний угол и больше угол заострения, тем более пологой является пря­ мая. При данной форме режущей части инструмента, изготовлен­ ного из данного инструментального материала, в зависимости от величины Тф обрабатываемого материала меняется крутизна пря­ мой зависимости max~f(a)- Чем больше величина тф обрабаты­ ваемого материала, тем больше крутизна прямой и наоборот.

Зависимость (Д тол.=/(о) для данного обрабатываемого мате­ риала и данной формы режущей части инструмента при обработ­ ке разными инструментальными материалами выражается одной прямой.

Выше было отмечено, что с увеличением толщины среза изме­ няются углы ѵ0 и Ѳ0, которые предопределяют распределение нап­ ряжений в режущей части инструмента за пределами контактной зоны на передней поверхности. На рис. 5.43 и 5.44 приведены за­ висимости углов ѵ0 и Ѳо от толщины среза [18, 24], рассчитанные по формулам (5.41), (5.42).

Как видно из рис. 5.43 и 5.44, с возрастанием толщины среза углы ѵ0' и Ѳ0 увеличиваются.

Перейдем- к рассмотрению результатов экспериментальной про­ верки теоретического расчета распределения напряжений в ре­ жущей части инструмента поляризационно-оптическим методом.

213

Рис. 5.43. Зависимость угла ѵ0 от толщины среза.

Рис. 5.44. Зависимость угла Ѳ0 от толщины среза.

§5.7. ЭКСПЕРИМ ЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА РАСЧЕТА РАСП РЕД ЕЛ ЕН И Я НАПРЯЖ ЕНИЙ В РЕЖ УЩ ЕЙ ЧАСТИ ИНСТРУМЕНТА ПОЛЯРИЗА­

ЦИОННО-ОПТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

Поляризационно—оптический метод, называемый также методом фотоупругости, широко применяется для исследования распреде­ ления упругих напряжений в частях сооружений и деталях ма­ шин. В резании металлов этот метод был использован для изуче­ ния распределения напряжений в режущем инструменте и обраба­ тываемом изделии за линией среза. Если применение метода фо-

214

тоупругости для исследования распределения напряжений за ли­ нией среза нельзя считать правильным [77, 78], то для режущей части инструмента он является вполне приемлемым. Это объясня­ ется тем, что в стружке за линией среза имеется пластическая де­ формация, законы которой иные, чем для упругих деформаций, а метод фотоупругостн дает распределение, направление и вели­ чину упругих напряжений [78]. Надо полагать, что в этом случае целесообразно применение метода фотопластичностн, являющегося усовершенствованием и дальнейшим развитием метода фотоупру­ гости (сущность метода фотопластичности см. [47]).

Что же касается исследования распределения напряжений в режущей части инструмента при ограничении задачи хрупкой прочностью, когда напряжения упругие, то метод фотоупругости является вполне достаточным. При этом, предполагая однород­ ность и изотропность реальных тел, все выводы, полученные на ■ основании исследования прозрачных моделей, остаются справед­ ливыми'для непрозрачных реальных тел. Конечно, более точные результаты можно получить на «прозрачных металлах» (хлористое серебро, галоидные соли серебра, таллия и различные сплавы на их основе). Анализ распределения напряжений в упругих анизо­ тропных средах показывает, что даже в т. н. квазинзотропных сре­

дах, к которым относятся все поликристаллические металлы, рас­ пределение напряжений может иногда существенно отличаться от

их распределения в изотропных средах. Поэтому, моделируя рас­ пределение напряжений в металлических деталях при помощи прозрачных изотропных моделей, мы не всегда получаем точное

представление о действительном распределении напряжений в ука­ занных деталях. Моделирование упругого нагружения металли­ ческих деталей на моделях, изготовленных из «прозрачных ме­

таллов», даст возможность получать значительно более точное представление о распределении напряжений, чем путем модели­

рования того же нагружения на моделях, изготовленных из изо­ тропного материала [47]. Тем не менее, даже в современном виде

метод фотоупругостн дает возможность быстрого и точного реше­ ния самых трудных практических задач и в то же время позво­

ляет ■ подтвердить решения теории упругости.

По данным [178] картины полос и изоклины, определяемые при статическом вдавливании прозрачного резца в корень стружки, полученный заранее стальным резцом, резко отличаются от опре­ деленных Iнепосредственно в процессе резания. Поэтому следует

215

считать обязательным проведение поляризационно-оптических ис­ следований распределения напряжений в режущей части инстру­ мента в процессе резания.

Для моделирования процесса резания применяются различные

пространено применение специальных приспособлений для микрорезания, помещаемых между блоками поляризатора и анализа­ тора поляризационно-проекционных установок [7, 8, 163].

На кафедре технологии машиностроения ГПИ автором было' сконструировано и изготовлено специальное приспособление для микрорезания, моделирующее процесс свободного точения [20].

На рис. 5.45 дана схема приспособления, на рис. 5.46 — его конструкция. В качестве обрабатываемого материала служит диск из мягкого металла (например, свинца) I, закрепляемый на шпин­ деле 2. Обработка диска производится прозрачным резцом 3, ко­ торый закреплен в корпусе динамометра 4, установленного на суппорте 5. Этот суппорт закреплен на столе 6. Поперечная пода­ ча суппорта измеряется индикатором 7. Передача медленного вра­ щения шпинделя производится коробкой скоростей 8. Вертикаль­ ное перемещение рабочей части приспособления по направляющим 9 для установки в поле зрения между поляризатором и анализа­ тором осуществляется подъемным механизмом 10.

Для установки резца относительно обрабатываемого диска суп­ порт имеет возможность продольного перемещения. Коробка ско­

др.) рассматриваются в основном контактные напряжения на пе­ редней поверхности инструмента при узком диапазоне изменения формы режущей части и режимов резания и почти не приводятся данные о распределении напряжений в режущей части инстру-

216

мента. Ниже приведены результаты поляризационно-оптического- исследования распределения напряжений в режущей части инст­ румента, основное содержание которого отражено в работах [24г 84, 85].

В данном труде не излагаем сущности поляризационно-оптичес­ кого метода, а приводим лишь особенности методики. (Интересую­ щихся подробно поляризационно-оптическим методом отсылаем к [134, 135]). Опыты были проведены при свободном точении свин­ ца без охлаждения резном из эпоксидной смолы ЭДб, характерис­ тики механических свойств которой приведены в таблине 3.5. В отдельных случаях была использована эпоксидная смола ЭД5, имеющая свойства, аналогичные ЭД6. Различие в их свойствах несущественно, поскольку производилась тарировка каждого об­

218

разца для перевода напряжений в числе полос в напряжения, вы­ ражаемые в Мн/м2.

Точение диска диаметром 150 • 10~3 м и толщиной 6 ■ 10~3 м осуществлялось при помощи указанного выше специального прис­ пособления, которое помещалось между поляртізатором и анали­ затором поляризационно-проекционной установки ГТПУ-5.

Толщина среза а изменялась в пределах от 0,15 до 1,5 • 10~3 м, при скорости резания и=1,4 • ІО-3 м/сек. Задний угол во всех опытах был а=10°.

Фотографирование картин полос (изохром) производилось при зеленом свете, а зарисовка изоклин — при белом свете. Некото­ рые характерные изоклины были сфотографированы. Изохромы и изоклины были получены при одном и том же резце из эпоксид­ ной смолы. Кроме того, для сравнения изоклины были получены также при резании резцом из органического стекла. Температура окружающей среды сохранялась неизменной с целью обеспечения постоянства механических свойств обрабатываемого и инструмен­ тального материалов.

Расчет напряжений производился методом разности касатель­ ных напряжений [134]. Несмотря на очень высокий порядок по­ лос, ввиду их линейной зависимости от разности главных напря­ жений, расчеты показали, что возможные ошибки в конечном ре­ зультате получаются в среднем не больше 10%. На передней по­ верхности за пределами контакта, особенно при малых толщинах среза, порядок полос был дробным. Поэтому в этих местах для точного определения порядка полос был использован метод Тар-

ди [157].

Типичные фотографии картин полос изохром приведены на рис. 5.48—5.55, а типичная изоклина — на рис. 5.56.

Как видно из рис. 5.48—5.55, форма режущей части и толщина среза существенно меняют характер распределения полос в режу­ щей части. Важно отметить, что при измененной форме режущей части увеличение толщины среза вызывает перемещение полосы ну­

ем толщины среза угол Ѳ0, определяющий местоположение нейт­ ральной линии, увеличивается.

На рис. 5.57 дана типичная расчетная схема расположения изо­ хром и изоклин в режущей части инструмента.

219

221