Силы в процессе резания

 

При свободном резании (без вспомогательной режущей кромки) можно рассмотреть плоскую систему составляющих силы резания, действующих на контактирующих площадках инструмента и заготовки. Эта система, по К. А. Зворыкину, включает четыре составляющих (рис. 21): две силы трения на передней и задней поверхностях и две силы, деформирующие металл выше и ниже линии среза. Эти силы могут быть спроектированы на две взаимно перпендикулярные оси Z и Y и просуммированы в две силы Pz и Py, действующие по этим осям:

Определение этих составляющих - весьма сложная задача. Учитывая, что реальные силы при несвободном резании действуют во всем объеме тела по трем координатным осям и что для практики важно знать сумму проекций всех сил на данную ось, рассмотрим схему сил, действующих на резец по осям Х, Y и Z (рис. 22) в процессе точения. Направим ось Х вдоль оси детали, ось Y – по ее радиусу, а ось Z - касательно к поверхности резания.

Рис. 21. Плоская система сил при резании (по К. А. Зворыкину)

	Рис. 22. Разложение силы резания на три взаимно перпендикулярных направления

 

 

Тогда в точке О режущего лезвия будут действовать три составляющие: касательная Рz, осевая Рх и радиальная Рy. Равнодействующая этих сил: будет определять силу резания. Очевидно

Принято выражать Рх и Ру в долях Pz:

Тогда

Для приближенных расчетов сил таким образом достаточно определить Pz. Мощность, затрачиваемая на врезание (в Вт), определится как

Сила резания не остается постоянной (рис. 23), так как условия резания в процессе работы непрерывно изменяются, да и сам процесс стружкообразования имеет циклический характер. К основным факторам, влияющим на величину R, относятся обра6атываемый материал, параметры сечения срезаемого слоя, геометрические параметры инструмента, условия и режим работы и др.: (рис. 24). Применение смазывающе-охлаждающих сред (СОС) при обработке пластичных материалов (рис. 24,6) уменьшает работу деформации и, следовательно, силы резания. Величина этого действия зависит от свойств СОС и обрабатываемого материала.

Для определения сил при резании в зависимости от метода обработки металлов применяют одно-, двух- и трехкомпонентные динамометры, которые по принципу действия делятся на упругомеханические, гидравлические и упругоэлектрические.

 

Рис. 24. Влияние на силы резания:

а –физических параметров сечения срезаемого слоя;

б – главного угла в плане;

в – смазывающе-охлаждающей среды

 

Рис. 26. Схема универсального динамометра типа УДМ с датчиками сопротивления на трубчатых опорах

	Рис. 25. Схема динамометра ЭНИМС с емкостными датчиками

 

На рис. 25 показан динамометр ЭНИМС с тремя емкостными датчиками. Корпус с закрепленным резцом может в процессе резания деформироваться, и, таким образом, будет изменяться расстояние между пластинами конденсатора. Это изменение преобразуется в электрический сигнал, поступающий или на осциллограф для записи, или на милливольтметр. По величине сигнала судят о силах Ру, Рx или Pz, используя тарировочный график.

На рис. 26 проведена схема универсального (для точения, сверления, нарезания резьбы и других методов) динамометра типа УДМ ВНИИ инструмента с проволочными датчиками сопротивления, наклеенными на 16 опор, поддерживающих квадратную пластину. Под действием сил резания при точении или момента и осевой силы при сверлении пластина стремится к перемещению и деформирует трубчатые опоры. Деформация этих опор вызывает изменение омического сопротивления, что фиксируется на осциллографе или гальванометре.

Для установления зависимости величин сил или моментов от режима резания II других факторов используют однофакторный эксперимент, при котором изменяют и изучают влияние только одного фактора процесса peзания, а все остальные оставляют постоянными. К независимым переменным относят параметры режимов резания v, s t, геометрические параметры инструмента γ, φ, λ, α₁ и φ₁, механические характеристики

обрабатываемого материала и т. п. Зависимыми переменными являются составляющие силы резания Рx, Ру и Pz при точении или осевая сила Р0 и момент при сверлении.

Некоторые элементы режима резания и условия работы, как показала практика, удобно учитывать непосредственно, а другие - косвенно, с помощью поправочных коэффициентов, которые приводятся в справочниках:

где Ср - сила резания при значениях всех учтенных факторов, равных единице; х, у, n - показатели степени при глубине резания t, подаче s, твердости заготовки НВ, полученные опытным путем; ki- коэффициенты,

учитывающие влияние качества обрабатываемого материала, элементов геометрии резца, износа и других факторов; kСИ - коэффициент перевода килограмм-сил в ньютоны, равный 9,81.

Статистические формулы можно использовать только в том интервале изменений величин, для которого они были получены. Экспериментально получены формулы также для сил и момента при сверлении:

где D – диаметр сверла, мм; s0-подача, мм/об; Ср – осевая сила;

СМ- момент при значениях всех учтенных в формуле факторов (D, s0),

равных единице; xр, yр, xМ, yМ – показатели степени в формуле осевой силы (индекс р) и момента (индекс м);

Коэффициенты и учитывают отличие реальных условий от опытных. Мощность N (Вт), расходуемая на резание, определяется только по крутящему моменту, поскольку она значительно больше мощности, расходуемой на движение подачи:

здесь момент М в Н∙м, а n - В об/мин.