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

этому касательная составляющая FT силы трения может быть определена по формуле (24).

Так как при свободном резании координатные оси х и у меняются местами, то вспомогательный угол Ф определится с

формула (143) превращается в формулу (28).

Если угол Я (рис. 56) принять равным нулю, то получим схему сил (рис. 57), соответствующую принудительному вра­ щению резца. При угле Я = 0 силы N, F^ и FT определяются по формулам (62), (63) и (64), а сила трения F и средний коэф­ фициент трения — по выражениям (26), (141); вспомогательные углы COJV и А находятся с помощью формул (65) и (25).

Рис. 55. Схема сил, действующих на передней поверхности инструмента, при несвободном точении самовращающимся резцом

Силы, действующие на задней поверхности инструмента, были определены по методу [31] экстраполяции сил, измерен­ ных динамометром, на нулевую толщину срезаемого слоя. При этом предполагалось, что указанные силы не зависят от изме­ нения толщины срезаемого слоя, статического угла наклона

Рис. 56. Схема сил, действующих на передней поверхности инст­ румента, при свободном точении самовращающимся резцом

V

Рис. 57. Схема сил, действующих на передней поверхности инстру­ мента, при свободном точении принудительно вращающимся резцом

82

приводят к мысли о том, что сделанное допущение можно оце­ нивать только как первое приближение. Поэтому с возможной ошибкой решено было не считаться, тем более, что эта ошибка не должна отразиться на влиянии перемещения режущей кром­ ки вокруг своей оси на величину сил, действующих на передней поверхности инструмента. Действительно, поскольку при каж­ дом значении угла X опыт повторялся дважды: при резании невращающимся и вращающимся резцами, то в величину рас­ считанных сил в результате неточности метода экстраполяции вносится приблизительно одна и та же ошибка.

При обычном резании без перемещения режущей кромки инструмента вокруг своей оси определение коэффициента трения по одночленной формуле Амонтона является условным. Так как на передней поверхности инструмента имеются зона пластиче­ ского контакта и зона упругого контакта, то коэффициент тре­ ния, определяемый по формуле (141), не может быть константой трущейся пары и не является коэффициентом внешнего трения в одночленном законе Амонтоиа. Можно полагать, что коэффи­ циент трения при резании, определенный по формуле (141), является некоторой условной характеристикой, отображающей изменение средней силы трения и средней нормальной силы на передней поверхности при изменении условий резания. Его вели­ чина определяется сопротивлением пластическому деформиро­ ванию контактного слоя стружки в первой зоне трения и харак­ тером внешнего трения во второй зоне. Поэтому определяемый коэффициент трения является средним в пределах площадки контакта стружки с передней поверхностью и его величина изменяется при изменении геометрических параметров инстру­ мента и режима резания.

Все изложенное относится и к резанию инструментом, режу­ щая кромка которого перемещается вокруг своей оси. Хотя вследствие перемещения режущей кромки застойные явления выражены менее отчетливо и зона пластического контакта уже, две зоны трения на передней поверхности сохраняются и сред­ ний коэффициент трения и в этом случае нельзя считать коэф­ фициентом внешнего трения.

Влияние толщины срезаемого слоя и статического угла на­ клона режущей кромки на силы N, F и FT при свободном реза­ нии невращающимся и самовращающимся резцами представ­ лено на рис. 58—66. Средний коэффициент трения ц в зависи­ мости от величин а и X приведен в табл. 17 и 18. Такие же зависігмости были получены и при несвободном резании. Сво­ бодное точение и строгание невращающимися резцами подчи­ няется закономерностям резания инструментом с прямолиней­ ной режущей кромкой с углом 7=^,0 и постоянной шириной срезаемого слоя. Так же, как и при резании с прямолинейной

режущей кромкой, по мере увеличения угла К происходит воз­ растание нормальной силы N, силы трения F, ее касательной составляющей F т и среднего коэффициента трения р.

Рис. 58. Влияние самоперемещения режущей кромки на силу N при свободном строгании стали 30 (Dp = 32 мм, у=20°, В —2 мм,

о= 2 м/мин):

а—невращающийся резец; б —вращающийся резец.

Сравнивая приведенные закономерности с аналогичными закономерностями, полученными при резании самовращаю­ щимся резцом, можно заметить следующее. Нормальная сила N при резании самовращающимся резцом несколько больше, чем при невращающемся, что связано с уменьшением угла между плоскостью, перпендикулярной к режущей кромке, и силой действия.

84

F«r

80

85

Самовращение режущей кромки значительно уменьшает силу трения F и средний коэффициент трения р, на передней поверх­ ности. Основной причиной уменьшения интенсивности трения на передней поверхности инструмента при самовращении кром­ ки, по-видимому, является обстоятельство, заключающееся в том, что при каждом обороте резца в соприкосновение со сре­ заемым слоем непрерывно вступает передняя поверхность с обновленной пленкой окислов, образующихся на ней во время холостого движения точки режущей кромки. Дополнительной причиной, уменьшающей средний коэффициент трения, является увеличение среднего нормального контактного напряжения, происходящее вследствие увеличения нормальной силы N и уменьшения ширины площадки контакта на передней поверх­ ности (см. рис. 32).

Особенностью процесса резания с самоперемещением режу­ щей кромки вдоль своей оси, важной для понимания указан­ ного процесса, является малая величина касательной состав­ ляющей FT силы трения. При самовращении режущей кромки сила FT во много раз меньше, чем при отсутствии самовра.щения, и почти не зависит от величины статического утла Я (см. рис. 60, 63 и 66).

При резании передняя поверхность действует на срезаемый слой; интенсивность сдвигов слоев пропорциональна величине силы FT. Установленное влияние самоперемещения режущей кромки на величину силы FT является дополнительным под­ тверждением того, что процесс резания инструментом с самоперемещающейся вокруг своей оси режущей кромкой прибли­ жается к процессу прямоугольного резания косой полосы, боковые стороны которой образуют с перпендикуляром к кромке угол Я.

Малая величина силы F T является причиной значительного увеличения боковой силы при самоперемещении кромки по срав­ нению с тем, когда это самоперемещение отсутствует, что было отмечено при измерении составляющих силы резания.

Влияние принудительного перемещения режущей кромки с углом Я = 0 вокруг своей оси на силы N, F и FT и средний коэф­ фициент трения |х показано на рис. 67—69 и в табл. 19. Рабо­ чий угол Яр (рис. 67 и 68) влияет на силы N и F так же, как статический угол Я при обычном резании с постоянной рабочей длиной режущей кромки [31]. Однако в отличие от обычного резания сила F тне стремится к нулю при Яр ->90°, а для углов Яр>30° сохраняется постоянной. При свободном резании с при­ нудительным перемещением режущей кромки сочетаются про­ цессы с постоянной рабочей длиной кромки и постоянной шири­ ной срезаемого слоя. Также по-разному влияют углы Я и Яр на величину среднего коэффициента трения. Увеличение статиче­ ского угла Я при обычном резании приводит к возрастанию среднего коэффициента трения [9, 31]; увеличение же угла Яр,

86

87

Таблица 19

Средний коэффициент трения при свободном точении стали 3X13

(Dp= 44 мм, 7 = 1 2 °, 3 = 3 мм, о=14 м/мин)

создаваемого кинематически, наоборот, уменьшает величину р, (табл. 20), что связано с постоянным обновлением контактной площадки передней поверхности резца, вступающей в сопри­ косновение со срезаемым слоем.

Влияние самоперемещения режущей кромки на положение силы действия. Равнодействующая сил, приложенных к перед­ ней поверхности инструмента, — сила действия R определяет

88

направление действия инструмента на срезаемый слой. При резании инструментом с углом Х ф .О как с перемещением режу­ щей кромки вокруг своей оси, так и без него, положение силы действия в пространстве можно характеризовать' углом дейст­ вия со и углом %—'S1 между плоскостью, перпендикулярной к режущей кромке, и проекцией Ryz силы действия на плоскость, касательную к поверхности резания (рис. 70).

и 5 нетрудно доказать, что угол cow между силой действия R и

в формуле (144) угол ццу, определяемый выражением (28), есть проекция угла действия на плоскость, перпендикулярную к ре­ жущей кромке, а угол X,. между векторами W и ѵ истинной и номинальной скоростей резания определяется по формуле (2).

Изменение угла действия при прямоугольном резании меняет напряженное и деформированное состояния зоны резания вслед­ ствие поворота главных осей напряжений. Угол действия, опре­ деляемый по формуле (144), не может оказать аналогичного влияния на зону резания, так как его величина зависит не только от среднего коэффициента трения на передней поверх­ ности, но и от положения режущей кромки относительно век­ тора истинной скорости резания.' Поэтому при резании с пере­ мещением кромки вокруг своей оси угол действия со правильнее определять как угол между силой действия и плоскостью, каса­ тельной к поверхности резания. Угол действия со на рис. 70 расположен между силой действия R и ее проекцией Ryz на координатную плоскость xoz.

Угол со можно определить из выражения (144), если принять угол Хт равным углу ■&:

Влияние самоперемещения режущей кромки вокруг своей оси на величину угла действия со, полученное при свободном стро­ гании и точении стали 3X13, латуни Л80 и сплава ВТ1-2, при­ ведено в табл. 20. Самоперемещение режущей кромки практи­ чески не влияет на угол действия со. Разница в величинах уг­ лов со при резании невращающимся и вращающимся резцами находится в пределах допустимых погрешностей опытов.

Влияние самоперемещения режущей кромки на величину угла X— Ф, характеризующего положение силы действия отно­

S9>

сительно плоскости, перпендикулярной к кромке для условий

сдвига ß, измеряемый в плоскости, перпендикулярной к режу­ щей кромке инструмента, также не находится в одной плос­ кости с углами а и 0.

Для плоскости, перпендикулярной к режущей кромке, в этом случае справедлива зависимость QN ==QN—у, выраженная через проекции угла действия и угла трения на указанную плоскость.

Самоперемещение режущей кромки вокруг своей оси не влияет на проекцию угла трения на плоскость, перпендикуляр­ ную к кромке. Об этом свидетельствуют данные табл. 23. Если угол Ѳіѵ не зависит от самоперемещения кромки, то угол сдвига,

90