2.5. Энергия и работа, затрачиваемые на процесс резания

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

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

Из этого уравнения видно, что размерность удельной работы ^ (J'совпадает с размерностью напряжений, вызываемых действием главной составляющей Р^, характеризущей сопротивление обраба­тываемых материалов резанию. Удельную работу можно разде­лить на три составляющие:

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

2. Aff,p - удельная работа трения при вторичной деформации стружки на передней поверхности инструмента;

3. Ai^p^ - удельная работа трения и деформации на задней по­верхности инструмента.

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

где Рт: - составляющая силы резания на условной плоскости сдвига [см. (2.18)]; Уф - скорость деформации на условной плоскости

сдвига; Vi - скорость перемещения стружки по передней поверх­ности; f - сила трения.

Из (2.11) следует, что отношение угловых параметров в фор­муле (2.44) равно величине относительного сдвига 8. Тогда

По уравнениям (2.5)-(2.7) найдем соотношения указанных скоростей и, подставив их в уравнение (2.43), получим

Касательные напряжения на условной плоскости сдвига х можно определить по результатам механических испытаний [см. (2.22)] или путем измерения твердости стружки [см. (2.23)], а от­носительный сдвиг 8 - путем измерения усадки стружки [см. (2.12)].

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

Практический интерес представляет оценка доли удельной работы трения Awf ^ общей работе стружкообразования Ащ,^, т.е.

отношения A^pjAyy^ . 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 у. В зависи­мости от указанных параметров доля работы трения изменяется в весьма широких пределах - от 0,14 до 0,5 (рис.2.30). Для наиболее часто применяемых передних углов у = -10... 10° и средних значе­ний усадки стружки работа трения составляет всего 0,16. ..0,28.

Рис. 2.30. Доля работы трения Аи^рВ работе стружкообразования А^у

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 Сз.п - длина площадки контакта по задней поверхности.

При резании термически необработанных сталей острым рез­цом из-за небольших значений x^j и Сз.п величина А^ур-^ обычно

мала. Однако при снятии тонких стружек (а < 0,1 мм), а также при увеличении фаски износа по задней поверхности режушего клина и увеличении твердости обрабатываемого материала доля Ащ в

общей удельной работе резания Afy = Afy^ + Afyp^ существенно воз­растает. Так, например, при точении стали 40ХНМ со скоростью резания V = 17 м/мин, толщиной среза о = 0,1 мм и шириной фаски износа /?3.n = 0,8 мм удельная работа резания Air-9,12 Дж/м^, а удель­ная работа стружкообразования Afy^ = 2,72 Дж/м^. Следовательно,

удельная работа трения на задней поверхности Ащ = 6,4 Дж/м', что

составляет 70 % от общей удельной работы резания Air. 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 Ащ может достигать больших значений и даже быть

больше удельной работы стружкообразования . При этом зна­чения контактных напряжений на задней поверхности режущего клина Тр-^ и будут намного выше, чем при резании термиче­ски необработанных сталей.