книги из ГПНТБ / Бобров В.Ф. Резание металлов самовращающимися резцами

ОСОБЕННОСТИ СТРУЖКООБРАЗОВАНИЯ ПРИ ПЕРЕМЕЩЕНИИ РЕЖУЩЕЙ КРОМКИ ИНСТРУМЕНТА ВОКРУГ СВОЕЙ ОСИ

Скорость самовращения режущей кромки является важней­ шей кинематической характеристикой, определяющей особен­ ности резания инструментами с самовращающимися резцами,, и ее величина оказывает значительное влияние на процессы, происходящие в зоне деформации и на передней поверхности инструмента.

Если при срезании слоя самовращающимся резцом вектор истинной скорости резания был бы перпендикулярен режущей кромке, то на основании рис. 7 скорость самовращения режу­ щей кромки была бы равна произведению ѵ sin X. Трение в опорах уменьшает скорость самовращения, делая ее тем меньше, чем больше коэффициент трения в подшипниках опор. Кроме этого, существует еще одно обстоятельство, уменьшаю­ щее скорость самовращения режущей кромки по сравнению с его предельным значением, равным о sin А.

Поскольку резец приводят во вращение касательные состав­ ляющие сил трения, действующие на контактных поверхностях инструмента, на скорость самовращения, кроме коэффициента трения в опорах, должен также влиять режим резания. Влияние глубины резания, подачи и отрицательного статического угла наклона режущей кромки при несвободном точении на ско­ рость Ѵр самовращения резца, смонтированного на двух под­ шипниках скольжения, показано на рис. 19 и 20. Для того чтобы избежать возможных ошибок, число оборотов резца в каждом опыте измеряли тахометром и стробоскопом фирмы «Орион». Штриховыми линиями на рисунках обозначена ско­ рость самовращения резца, равная произведению ѵ sin X. Ско­ рость самовращения резца во всех случаях меньше произве­ дения V sin X и только приближается к этому предельному значению при изменении режима резания и угла X. Штрихпунктирной линией показано влияние глубины резания на ѵр. при Х=45° для резца, смонтированного на двух радиально­ упорных подшипниках. Скорость ѵр в последнем случае выше,, чем при применении подшипников скольжения, обладающих большим коэффициентом трения. По .мере увеличения статиче­

5£

из-за увеличенияѵрабочей длины режущей кромки и уменьше­ ния средней величины рабочего переднего угла одновременно значительно возрастает радиальная сила, увеличивающая тре­ ние в радиальном подшипнике опоры, что приводит к уменьше­ нию скорости вращения резца. В дальнейшем будет показано, что скорость Ѵр ни при каких условиях работы не может пре­ взойти своего предельного значения, равного произведению

Vsin X.

Степень деформации стружки и состояние деформирован­ ной зоны. При постоянной скорости резания скорость самовращения резца зависит от статического угла наклона режущей кромки X [9, 31], который влияет на изменение степени дефор­ мации стружки. Величина рабочего переднего угла ур зависит от статического угла X и влияет на степень деформации струж­ ки. При увеличении угла X возрастает неоднородность дефор­ мированного состояния зоны деформации по ее ширине из-за переменности рабочих передних углов вдоль режущей кромки инструмента.

52

Так как самоперемещение режущей кромки вокруг своей оси не оказывает влияния' на величину ур, то для изучения воздействия указанного перемещения на процессе срезания стружки необходимо провести эксперименты с применением невращающихся и самовращающихся резцов, сохраняя неиз­ менными все остальные усло-

углу заточки в точке т, до минимального значения в точке п. Схема симметричного свободного резания более приближается

кпростейшей схеме срезания стружки, изображенной на рис. 1.

Вэтом случае рабочий передний угол от значения, равного углу заточки в точке т, уменьшается по мере приближения к точке п

итакже симметрично увеличивается по мере приближения к точке р. При строгании, продольном и поперечном точении использовали обе схемы. Чашечные резцы монтировали на радиальном подшипнике скольжения и упорном подшипнике качения и устанавливали относительно вектора скорости реза­ ния под углом X в пределах 0—60°. Влияние самовращения режущей кромки на коэффициент Кь усадки стружки при раз­ личных условиях работы представлено на рис. 22—25. Штрихо­ выми линиями изображены зависимости при резании невра­ щающимся резцом, а сплошными — вращающимся. Самовращеңие режущей кромки уменьшает усадку стружки.

53

При невращающемся резце изменение степени деформации стружки подчиняется известным зависимостям резания инстру­ ментом с прямолинейной режущей кромкой. Коэффициент усадки стружки уменьшается при увеличении статического угла X и толщины срезаемого слоя или подачи. Таким же закономерностям подчиняется изменение коэффициента усадки

и при самовращении резца, но численные значения коэффи­ циентов KL при самоперемещении режущей кромки вокруг своей оси значительно меньше. Уже при статическом угле X— = 60° значение коэффициента KL приближается к единице. Еще меньше усадка стружки при резании принудительно вращаю­ щимся резцом со статическим углом Х=0° (рис. 26). В этом случае эксперименты проводили на специальной установке, позволяющей в определенных пределах изменять соотношение между скоростью ѵр принудительного вращения резца и ско­ ростью резания ѵ. Направление принудительного вращения резца было против часовой стрелки. При статическом угле наклона режущей кромки, равном нулю, рабочий угол наклона кромки Хр в соответствии с рис. 8 создавался путем подбора

,

скорости вращения резца по выражению ЛР = Яг= агс tg — .

Уже при Хр= 60° коэффициент усадки стружки становится меньше единицы, приближаясь к 0,8, т. е. стружка по сравнению с длиной срезаемого слоя не укорачивается, а удлиняется (рис. 26). В этом случае удлинение стружки не связано с по-

54

явлением суставчатой стружки, что имеет место при резании с высокими скоростями некоторых титановых сплавов обычным инструментом. При больших углах Хр получаем сливную стружку без заметных выступов и впадин на ее свободной стороне. Удлинение стружки по сравнению с длиной срезаемого

тельным сдвигом слоев стружки вдоль режущей кромки, воз­ никающим вследствие перемещения режущей кромки вокруг своей оси. Имеет значение и то, что в соприкосновении со срезаемым слоем непрерывно входит передняя поверхность ин­ струмента с нестертыми пленками окислов, снижающая коэф­ фициент трения.

Так же, как и при обычном резании с углом КфО, коэффи­ циент усадки стружки по длине не может являться количест­ венным показателем степени деформации стружки. Влияние перемещения режущей кромки вокруг своей оси на относитель­ ный сдвиг е и его нормальную EN и касательную ет составляю­ щие показано на рис. 27—29. Сдвиг е является объективным показателем степени деформации стружки в условиях ее объем­ ного деформирования. С увеличением скорости принудительного вращения резца (с увеличением угла Кр) относительный сдвиг е уменьшается намного меньше, чем коэффициент усадки стружки

55

(рис. 27). Последнее связано со значительным возрастаниемсдвига слоев стружки вдоль режущей кромки, приводящим к увеличению касательной составляющей ег , что компенсируег уменьшение нормальной составляющей eN относительногосдвига.

При определении относительного сдвига во время резания самовращающимся резцом необходимо учесть изменение ра-

£,£-ы,£т

бочих передних углов вдоль режущей кромки инструмента » величины угла сдвига. Таким образом, для каждой точки режу­ щей кромки величина относительного сдвига, рассчитанная псь общей для всей стружки усадке и величинам углов ур, будет также различной. Среднее значение относительного сдвига приблизительно соответствует точке, лежащей в середине ра­ бочего участка режущей кромки. При свободном симметричном, резании в указанной точке рабочий передний угол равен перед­ нему углу заточки резца. При несвободном резании рабочийпередний угол в зависимости от величины и знака угла X, отличается от переднего угла заточки и может быть большеили меньше его величины. Влияние самоперемещения режущейкромки при различных статических углах наклона кромки X на величину относительного сдвига и его составляющих прш свободном симметричном резании показано на рис. 28, а на рис. 29 — при несвободном.

Самовращение режущей кромки уменьшает относительный сдвиг, что связано главным образом со значительным умень­ шениемкасательного относительного сдвига ет»величина кото-

56

рого в обоих случаях во много раз меньше по сравнению с величиной нормального относительного сдвига EN- Указанное обстоятельство является важным для понимания стружкообразования при работе инструментом с самоперемещающейся режущей кромкой. При работе невращающимся резцом по мере увеличения угла X касательный относительный сдвиг ег непре­ рывно возрастает, что свидетельствует об увеличении сдвигов слоев стружки вдоль режущей кромки. При самоперемещении кромки вокруг своей оси каса­ тельной относительный сдвиг почти не. зависит от изменения

угла X и по мере увеличения этого угла разница между ег для невращающегося и самовращающегося резцов непрерывно воз­ растает. Это свидетельствует о незначительной интенсивности сдвигов слоев стружки вдоль ре­ жущей кромки и о том, что сте­ пень деформации стружки опре­ деляется, в основном, нормальной составляющей EN относительного сдвига. Таким образом, в отли­ чие от обычного резания инстру­ ментом с большим углом X про­ цесс резания инструментом с са­ моперемещающейся вокруг своей оси режущей кромкой прибли­ жается к процессу прямоуголь­ ного резания, при котором сдвиги

слоев стружки вдоль кромки отсутствуют. Особенность рассмат­ риваемого прямоугольного процесса состоит в том, что боковые стороны срезаемого слоя образуют с перпендикуляром к режу­ щей кромке угол, равный статическому углу наклона кромки X (см. рис. 7). Если бы вектор истинной скорости резания можно было расположить перпендикулярно к режущей кромке, то резание было бы полностью прямоугольным, сдвиг слоев стружки вдоль кромки отсутствовал и степень деформации стружки, определяемая величиной только нормального относи­ тельного сдвига вдг, была бы минимальной. Ранее было пока­ зано, что скорость Ѵр самоперемещении режущей кромки всегда меньше произведения ѵ sin X, при котором вектор истинной скорости резания становится перпендикулярным к кромке. По­ этому в зависимости от того, насколько величина скорости ѵр будет близка к произведению ѵ sin X, процесс резания только более или менее приблизится к случаю резания, при котором интенсивность деформации является минимальной.

57

'стружек, полученных при несвободном точении стали 3X13 невращающимся и самовращающимся резцами с углами Я, рав­ ными 30 и 45°, с помощью оправки для «мгновенного» пре­ кращения процесса' резания приведены на рис. 30. Корни стру­ жек разрезали в направлении, перпендикулярном к режущей кромке, на одинаковом расстоянии от точки кромки, соприка­ сающейся с обработанной поверхностью. Твердость измеряли на приборе ПМТ-3. Средняя микротвердость стружки, полу­ ченной при резании самовращающимся резцом, ниже, чем

Рис. 31. Микрофотографии нормального сечения корней стружек, получен­

метические числа твердости трех горизонтов стружки, лежащих

вращающегося; 382 при угле Я=45° для невращающегося резца и 345 для вращающегося. Соответственно уменьшается и

ответственно 263 и 250. Таким образом, самовращение режущей кромки уменьшает степень наклепа поверхности резания; одно­ временно уменьшается и глубина наклепанного слоя. В рас­ смотренном случае самоперемещение режущей кромки при

6 Ѳ

S