17. Динамика (механика) процесса резания

6.1. Силы, действующие на резец (свободное резание)

Известно, что возникающие в процессе обработки силы резания определяют нагружу системы СПИД, температуру резания, стой­кость режущего инструмента, точность обработки, производитель­ность и потребную мощность[5,8,11].

На переднюю поверхность действуют силы стружкообразования нормальная ;V, и касательная F_t к передней поверхности инструмента (рис. 6.1).

Силы на передней поверхности при снятии толстых стружек зна­чительны и зависят в большей степени от свойств материала и гео­метрии инструмента. Силы на задней поверхности при обработке острым резцом невелики. В случае снятия тонких стружек силы на задней поверхности мо­гут превосходить силы на передней поверхности. Силы на задней по­верхности сильно зависят от площадки износа.

Зная нормальные и касательные силы, можно определить вели­чин}' и направление равнодействующих сил Л, и R₂ ■

Причём

F^Nrft; (6-1)

F₂=N₂~_M], (6.2)

где и и ц_х - соответственно коэффициенты трения стружки о пе­реднюю поверхность инструмента ц и обрабатываемой детали о зад­нюю поверхность резца щ.

Зная величины и направления равнодействующих Я_} и R₂. можно

определить суммарную равнодействующую R (рис. 6.1).

6.2. Равнодействующая сил резания (несвободное резание)

Условно принимаем за равнодействующую силу R, которую рас­кладываем на три составляющие (рис. 6.2):

■ -Р.-тангенциальная составляющая силы резания. Она определяет

крутящий момент.

■ Р_у -радиальная составляющая, она стремится изогнуть заготовку,

а резец оттолкнуть от заготовки (источник вибраций).

■ Р_х -осевая составляющая. Действует против подачи и служит для расчета механизма подачи станка, так как механизм подачи должен Преодолеть ее вместе с силами трения на направляющих станка.

При обработке конструкционных сталей (сталь 45) существует такая зависимость, что Р_г:Р_у:Р_х='\' 0,4 : 0,25

Поэтому, имея в виду соотношения ft и Л и учитывая, что изме­нение силы резания вследствие неоднородности обрабатываемого ма­териала и режущих свойств инструмента часто превышает 5-10%, то силу резания можно принимать приближенно равной Р,.

Однако соотношение между силами не остается постоянным и зависит от условий резания (геометрии резца и его износа, элементов режима резания, свойств обрабатываемого материала и т.д.). Напри­мер, при обработке сплава ХН70ВМТЮ резцом ВК6М (/=0,5; SH),1G мм/об) Р_г: Р_у: Р_х = 1:2,06:0,72[16].

19,Формулы для определения сил резания. Первый закон резания

В настоящее время для практических расчетов сил резания реко­мендуются следующие формулы:

постоянные, зависящие от обрабатываемого

материала;

х_Р и у_Р - показатели степени, зависящие от условий работы.

При всей простоте формула (6.18) даё'т принципиально правиль­ную зависимость силы Р_г от величины среза. Сила резания Р. растет пропорционально ширине Ъ или глубине резания ( и в меньшей (ме­ре) степени с увеличением, толщины среза а или подачи s. Тонкая стружка лучше прогревается и деформируется и поэтому усадка ее выше по сравнению с толстой стружкой; здесь также сказывается большой угол резания самой режущей кромки при наличии достаточ­ного по величине ее радиуса закругления [5].

Следовательно, с точки зрения нагрузки на режущий инстру­мент и удельного расхода энергии выгоднее работать с большей по­дачей (Первый закон резания).

На основе первого закона резания в осуществляется силовое ре­зание- точение с максимально возможными подачами, даже за счет снижения глубины резания (по методу Колесова).

В самом деле, удельная сила резания

С повышением подачи происходит уменьшение удельной силы резания.