2.6. Энергия и работа, затрачиваемые на процесс резания

Энергия, затрачиваемая на процесс резания, т.е. эффективная мощность без учета потерь определяется по формуле

Эффективная мощность, отнесенная к единице объема w сре­заемого материала, представляет собой удельную работу

Из этого уравнения видно, что размерность удельной работы A_w совпадает с размерностью напряжений, вызываемых действием главной составляющей Р_z, характеризующей сопротивление обраба­тываемых материалов резанию. Удельную работу можно разде­лить на три составляющие:

1. А_wτ - удельная работа пластической деформации в зоне стружкообразования (сдвига);

2. A_wF - удельная работа трения при вторичной деформации стружки на передней поверхности инструмента;

3. A_wF1 - удельная работа трения и деформации на задней по­верхности инструмента.

Сумма первых двух составляющих представляет собой рабо­ту, затрачиваемую на образование стружки

где Р_τ - составляющая силы резания на условной плоскости сдвига; Vф - скорость деформации на условной плоскости;сдвига; V₁ - скорость перемещения стружки по передней поверх­ности; f - сила трения.

Зная что

найдем соотношения указанных скоростей и, подставив их в уравнение (2.43), получим

Известно, что отношение угловых параметров в фор­муле (2.44) равно величине относительного сдвига ε. Тогда

Касательные напряжения на условной плоскости сдвига τ можно определить по результатам механических испытаний или путем измерения твердости стружки, а от­носительный сдвиг ε - путем измерения усадки стружки.

Удельную работу трения A_wf можно найти по уравнению (2.45), предварительно определив по уравнениям (2.32) и (2.33) касательные напряжения на контактной площадке. Длину площад­ки контакта можно рассчитать по уравнению (2.30), предваритель­но замерив усадку стружки к.

Практический интерес представляет оценка доли удельной работы трения A_wf в общей работе стружкообразования А_Wc, т.е. отношения A_WF/A_Wc. A.M. Розенберг [29] при резании различных материалов (стали, алюминиевых сплавов, меди и ее сплавов) то­чением, фрезерованием и протягиванием установил, что это отно­шение зависит от усадки стружки к и переднего угла γ. В зависи­мости от указанных параметров доля работы трения изменяется в весьма широких пределах - от 14% до 50%. Для наиболее часто применяемых передних углов γ = -10... 10° и средних значе­ний усадки стружки работа трения составляет всего 16%…28%.С дальнейшим увеличением усадки стружки и уменьшением пе­реднего угла доля работы трения интенсивно уменьшается, так как быстро увеличивается удельная работа первичной деформации в условной плоскости сдвига.

Удельная работа трения на задней поверхности инструмента

где С_з.п - длина площадки контакта по задней поверхности.

При резании термически необработанных сталей острым рез­цом из-за небольших значений τ_F1 и С_з.п величина А_WF1 обычно мала. Однако при снятии тонких стружек (а < 0,1 мм), а также при увеличении фаски износа по задней поверхности режущего клина и увеличении твердости обрабатываемого материала доля А_WF1 общей удельной работе резания A_W = A_Wc + A_WF1 существенно воз­растает. Так, например, при точении стали 40ХНМ со скоростью резания V = 17 м/мин, толщиной среза a = 0,1 мм и шириной фаски износа h_3.n = 0,8 мм удельная работа резания A_W = 9,12 Дж/м³, а удель­ная работа стружкообразования A_Wc = 2,72 Дж/м³. Следовательно, удельная работа трения на задней поверхности A_WF1 = 6,4 Дж/м³, что составляет 70 % от общей удельной работы резания A_W. За счет этого на задней поверхности режущего клина выделяется почти в 3 раза больше теплоты, чем при трении стружки о переднюю по­верхность и в зоне стружкообразования [10].

При резании закаленных сталей, когда толщина срезаемого слоя обычно очень мала, удельная работа трения на задней по­верхности A_WF1 может достигать больших значений и даже быть больше удельной работы стружкообразования A_Wc. При этом зна­чения контактных напряжений на задней поверхности режущего клина τ_F1 и σ_N1 будут намного выше, чем при резании термиче­ски необработанных сталей.

41