книги из ГПНТБ / Вульф А.М. Резание металлов

Рис. 65. Схема осциллографа (а) и схема измерения и регистрации сил резания (б)

Р

Рис. 66. Датчик с уголь­ ным сопротивлением

Рис. 67. Токарный тензометрический динамометр

к усилителю И усилителю к усилителю

Рис. 68. Схема соединения в мосты датчиков трехкомпонентного токарного дина­ мометра

Рис. 69. Схема индукционного датчика

121

показания, но уже неправильные. Имеет место механический гистерезис, т. е. сопротивление столбика пр'и нагрузке иное, чем при разгрузке. Градуирование вращающихся приборов должно выполняться в динамическом состоянии, так как изменение со­ противления угольных пластин может быть вызвано центробеж­ ной силой, уплотняющей частицы угля, вследствие чего изменяется их действительная поверхность соприкосновения. Собственная частота колебаний угольного столбика очень высока — 60 ООО Гц. Практически она снижается до 20 ООО Гц у корпуса прием­ ника.

На рис. 67 показаны схема проволочного тензометрического динамометра для измерения сил резания при точении. Здесь

3 2 1

Рис. 70. Трехкомпонентный индукционный датчик

использована способность металлической проволоки при растяже­ нии и сжатии изменять омическое сопротивление с изменением механически напряженного состояния под влиянием нагрузки. Силы Рг, Ру, Рх, приложенные к резцу /, закрепленному в рез­ цедержателе 2, передаются упругим элементам, выполненным в виде полуколец, граненных снаружи. На гранях и внутренних цилиндрических поверхностях каждого элемента наклеены про­ волочные датчики. Например, сила Р„ воспринимается датчиками

Изменение силы тока под влиянием изменяющихся напряже­ ний регистрируется миллиамперметром или осциллографом после предварительного значительного усиления с помощью усилителя. Во избежание взаимовлияния составляющих сил резания датчики включаются в мостовую схему строго определенным образом (рис. 68).

122

ЭЛЕКТРОИНДУКТИВНЫЙ МЕТОД. В качестве датчиков применяются катушки, у которых при постоянном приложенном напряжении переменного тока может изменяться сила тока в зависимости от величины воздушной щели б (рис. 69). Под воздействием нагрузки на подвижную часть датчика, связанного с железным сердечни­ ком катушки, изменяется зазор (на сотые доли миллиметра), а вместе с ним и сила индукционного тока во вторичной катушке. Зазор б для большого диапазона измерений колеблется в пределах 0,1—0,2 мм. Считают целесообразным, чтобы с увеличением на­ грузки зазор б не уменьшался, А увеличивался. В этом случае повышается чувствительность метода и, кроме того, с увеличе­

болтами 13. Благодаря прогибу дна корпуса датчиков изменяется расстояние между электромагнитами, вследствие чего изменяется сила тока в электрической цепи, регистрируемая тремя милли­ амперметрами, по одному на каждый датчик.

Динамометр питается переменным током, поэтому показания прибора искажаются при включении и выключении станков, ра­ ботающих на переменном токе и расположенных рядом с прибо­ ром. Искажения трудно полностью устранить, пользуясь стаби­ лизатором напряжения. Сильно искажаются показания прибора и при вибрациях.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ МЕТОД. При этом методе применяют катушку переменного тока с магнитоупругим сердечником из пермаллоя (78% Ni, остальное— Fe, С и другие составляющие). Под воздей­ ствием нагрузки на сердечник в зависимости от степени механи­

в катушке. Простые и удачные схемы электромагнитных датчи­ ков, работающих на сжатие с использованием индукции (б) или самоиндукции (а), представлены на рис. 71. При мало меняющихся напряжениях сжатия магнитоупругий эффект устойчив. Для

123

от размера корпуса собственная частота колебаний изменяется и доходит до 20 ООО Гц. При колебании напряжения в сети должен быть предусмотрен стабилизатор напряжения.

ВЫБОР МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ. В настоящее время преимущественно используются электрические методы измерения.

Сравнительная оценка различных электрических динамометров приводится в табл. 8. Положительной оценке того или иного свой­ ства соответствует знак ( + ) , отрицательной — знак (—). Как видно из таблицы, последние три метода имеют наибольшие пре­ имущества.

Все чаще применяют проволочные тензометры в качестве дат­ чиков для измерения нагрузки при работе различных режущих инструментов (резцов, сверл, фрез и др.).

Г л а в а V I

ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА СИЛЫ РЕЗАНИЯ

27.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Вобласти механики резания выполнены большие экспери­ ментальные и теоретические исследования. В качестве исходных

были приняты различные положения, например представление о резании как о процессе последовательного скалывания элемен­ тов стружки или как о процессе пластического сжатия снимаемого слоя металла. Учитывалось также напряженно-деформированное состояние снятого слоя металла в свете пластической меха­ ники.

В других случаях были применены законы гидравлики к дви­ жению стружки по передней поверхности резца, причем резание металлов рассматривалось как процесс не упругопластической,

авязкопластической деформации. Выдвигались также произ­

28.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СИЛ РЕЗАНИЯ

Методический и исторический интерес представляют исследо­ вания К. А. Зворыкина (1861—1928 гг.), послужившие источником дальнейших многочисленных исследований советских и зарубеж­

равными.

Необходимо отметить неточности, допущенные Зворыкиным: силы трения Fn и F3 различны не только по величине, но и по природе. Кроме того, чтобы вызвать реактивные силы N3 и F3 , необходимо чтобы на резец в общем случае действовала сила R или составляющие ее Рг и Ру (R и Ry показаны пунктиром), иначе будет нарушено равновесие резца.

125

Проектируя все силы на направления Рг и Ру, получим из условия равновесия (по Зворыкину)

Зворыкин отмечает: «сила Nn частью отворачивает стружку, сила же F„ = \iNn ее осаживает, и обе силы в совокупности про-

Рис. 72. Схема сил, действующих на элемент стружки и резец

изводят сдвиг» [33] вдоль плоскости скалывания AM под углом скалывания Ф к направлению движения резца. Очевидно сопро­ тивление сдвигу должно расти с увеличением площади скалыва­

Заслуживает внимания уравнение (72).

Сила iVn , отрывающая стружку от обрабатываемой детали и способствующая образованию опережающей трещины, тем относительно больше, чем меньше угол резания б и меньше коэффи­ циент трения ]i [см. уравнение (65)]. Эти условия получаются при работе резца с упрочняющей фаской / с малым и отрицатель­ ным углом Уф, когда имеет место устойчивый нарост с малым коэффициентом трения при пластическом контакте и большим передним углом у (большая отрывающая сила, способствующая

126

опережающей трещине). При этом значительно облегчаются усло­ вия работы инструмента и повышается его стойкость.

Очевидно, скалывание произойдет там, где сопротивление сдвигу будет наименьшим, а значит, и при наименьшем значении Рг. Это возможно при угле скалывания Ф, соответствующем наиболь­ шему значению знаменателя. Приравнивая производную знаме­ нателя по Ф нулю, находим величину Ф:

полезные выводы: угол сдвига Ф уменьшается и, следовательно, усадка стружки, сопротивление резанию увеличиваются с воз­ растанием угла резания б (или с уменьшением переднего угла у), возрастанием углов трения р и рг.

Если бы эти ценные выводы были уточнены с учетом состав­ ляющей радиальной силы Ру, можно было бы дополнительно сде­ лать полезные заключения о роли угла Ф в деле обеспечения ка­

127

Уравнения (80) и (81) показывают, что передний угол у и угол Прения значительно больше влияют на радиальную силу Рд, чем на касательную Рг.

Рис. 73. План составляющих сил резания

Многие исследователи принимают напряженное состояние

впереходной пластически деформированной зоне за простой

128

Значительно сложнее определяется угол трения и коэффи­ циент трения [л. Обычный метод экспериментального определения величины \а с помощью графика зависимости Рг и Ру от толщины среза а и экстраполирования значений Рг и Ру на нулевую ве­ личину а сложен и не всегда дает надежные результаты. Поэтому его приближенное значение иногда рассчитывают по формуле Зворыкина (76), если принять р , = 0. Тогда получим

где 5 В — действительное напряжение при растяжении; со— температуропроводность обрабатываемого материала; ств — предел прочности; б-—относительное удлинение в %.

Уравнение (83) справедливо при 6:5= 20%.

Б. И. Кравченко предложил для расчета коэффициента тре­ ния по передней поверхности резца при свободном резании фор­ мулу

где Ру1, Ру2 — радиальные и Рг1 , Pz2 — касательные состав­ ляющие силы резания для двух сечений среза, лежащих в диапа­

и приравниваются коэффициенты трения по передней и задней граням инструмента.

Формулы для теоретического расчета силы резания хотя и дают наглядное представление о механике резания, однако прак­ тическое использование их представляет значительные затруд­ нения. Последнее усугубляется необходимостью исследования физико-механических свойств обрабатываемого материала, а также усадки стружки в процессе резания. К тому же точность расчета сомнительна, поскольку приходится упрощать теоретически вы­ веденные формулы, не выражающие к тому же подлинной физи­ ческой картины процесса резания.

Сдвиговые деформации являются результатом сжатия срезае­ мого слоя. Сдвиговые и нормальные напряжения имеют место в различных участках и направлениях в зоне резания, в резуль-