Лекция 6. Силы и работа резания

 

6.1. Система сил при свободном резании

 

При механической обработке готовая деталь-изделие требуемой формы и качества обработанных поверхностей получается в результате удаления с заготовки слоя (слоев) припуска в виде стружки, состоящей из пластически деформированного обрабатываемого материала. Пластическое деформирование срезаемого слоя припуска происходит под действием силы, превосходящей сопротивление обрабатываемого материала его деформации и разрушению. Для выявления физической природы сил, действующих на режущий инструмент со стороны обрабатываемого материала, представленную на рис.6.1. плоскую систему сил, действующих на режущий инструмент при свободном резании. Образующаяся стружка опирается на переднюю поверхность инструмента и действует на него с силой нормального давления N.

Рис.6.2. Рис.6.1.

 

Кроме этого стружка перемещается по передней поверхности и действует на нее с силой трения F. Со стороны главной задней поверхности обрабатываемый материал в результате упругого последействия давит на заднюю поверхность с силой нормального давленияN₁. Перемещение поверхности резания относительно задней поверхности инструмента вызывает действие силы тренияF₁. Таким образом, на площадках контакта обрабатываемого материала с режущим инструментом на рабочих поверхностях последнего действуют нормальные и касательные силы, геометрическая сумма которых рис.6.2. дает равнодействующуюP, произвольно направленную в пространстве.

В инженерных расчетах используется не сама эта сила, а ее проекции на взаимно перпендикулярные направления: направление Zи направлениеY. Каждая проекция называется составляющей силы резания и имеет свое собственное название: проекция на осьZназывается главной составляющей силы резания, обозначаетсяP_z, проекция на осьYназывается радиальной составляющей силы резания, обозначаетсяP_y.

Пластическая деформация смятия срезаемого припуска происходит под действием силы P_z, равной сумме проекций всех действующих в зоне резания сил на осьZ

,

Здесь:    N- нормальная сила на передней поверхности,

F- сила трения на передней поверхности,

N₁ и F₁- нормальная сила и сила трения на задней поверхности,

?- главный задний угол,

?- угол резания.

или

,

,,

где fиf₁- коэффициенты трения на передней (f) и задней (f₁) поверхностях.

,

Если принять, что нормальная сила на задней поверхности пропорциональна силе нормального давления на передней поверхности, что N₁=k^. N, гдеk-коэффициент пропорциональности, тогда: можно записать, что

В этом уравнении силу Nможно условно принять равной силе политропического сжатияPпри пластическом деформировании образца (рис.6.3), которое протекает согласно закону:

,

откуда

На рис.6.3:

P— сила, действующая в ходе процесса пластической деформации;

P_{0 —} сила, необходимая для начала пластического деформирования;

l_{0 —} длина сжимаемого стержня;

l— длина стержня после пластической деформации.

Рис.6.3. Схема процесса политропического сжатия.

 

Отождествляя процесс резания с процессом пластической деформации срезаемого слоя, считаем, что сжимаемый стержень имеет поперечное сечение , срезаемый слой имеет длину; силуотождествляем с силой, действующей на переднюю поверхность инструмента в процессе резания. После срезания слоя припуска длинойполучается стружка длиной.

Сила

,

тогда

отношение есть коэффициент усадки стружки, следовательно

,

где

—условный предел текучести,

- глубина резания,

- подача,

- коэффициент усадки стружки,

- показатель политропы сжатия ( по В.Д.Кузнецову =1,25),

—коэффициент пропорциональности между силами NиN_1.

и - коэффициенты трения на передней и задней поверхностях.

Это уравнение показывает лишь от каких параметров и условий зависит величина главной составляющей силы резания. Из него видно, что величина главной составляющей силы резания зависит от свойств обрабатываемого материала , сечения среза, условий и величины пластической деформации, геометрии режущего инструментаии коэффициентов трения на переднейи заднейповерхностях.