1. Д о в н а р С.С. Выявление основных закономерностей напряженного состояния в зоне резания металла с помощью метода конечных элементов: Д и с .... канд. техн. наук. — Мн., 1987. - 210 с. 2. К у ф а р е в Г.Л., О к е н о в К.Б., Г о в о р у х и н В.А. Стружко- образование и качество обработанной поверхности при несвободном резании, - Фрунзе, 1970. - 170 с. 3. Р а м а л и н г э м, X а з р а. Динамическое напряжение сдвига. Анализ исследований процесса механической обработки монокристаллов // Тр. АОИМ. Конструи
рование и технология машиностроения. — 1973. - № 4. — С. 3 0 -3 6 . 4. Р е х т. Динамичес
кий анализ высокоскоростной обработки резанием // Тр. АОИМ. Конструирование и тех
нология машиностроения. - 1985. — № 4. - С. 1 3 5 -1 4 6 . 5 . П о д у р а е в В.Н. Резание труднообрабатываемых материалов. - М., 1974. — 587 с. 6. Я в о р с к и й Б.М., Д е т- л а ф А. А. Справочник по физике. - М., 1979. - 944 с. 7. Л а н д а у Л. Д. , Л и в ш и ц Е.М. Механика сплошных сред. - М., 1954. — 795 с. 8. Р ы б и н В.В. Больише пластические деформации и разрушение металлов. - М., 1986. - 224 с. 9. Субструктура и свойства мартенсита конструкционных легированных сталей после деформирования по различным схемам / Л.С. Давыдова и др. - ФММ. - 1 9 8 6 .- Т. 61, вы а 2. - С. 3 3 9-347.
с п и с о к ЛИТЕРАТУРЫ
У Ж 621.9:539,374
В.М. КУЦЕР (БПИ)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УГЛА СХОДА СТРУЖКИ ПРИ КОСОУГОЛЬНОМ РЕЗАНИИ
Большинство технологических процессов обработки деталей со снятием стружки относится к косоугольному резанию. Согласно гипотезе Г Л . Гранов
ского [ 1 ], подтвержденной Н Л . Зоревым [2] и В.Ф. Бобровым [3 ], в этом случае процесс резания происходит в плоскости стружкообразования, кото
рая образована векторами скорости резания и скорости стружки. Это озна
чает, что существует такое сечение, проходящее через обрабатываемый мате
риал и стружку, в котором происходит процесс плоской деформации. Очевид
но, нельзя считать, что в плоскости стружкообразования точно выполняются условия плоского деформирования.. Однако, поскольку для углов наклона режущего лезвия X < 30,..40 ° коэффициент уширения стружки близок к единице [2,3] , эти условия выполняются с достаточной для практики точ
ностью.
Действительный угол резания 5 в плоскости стружкообразования, вы
числяемый по формуле [2]
cos5 = со8Хсо81^со$бд^+ sinXsini;,
зависит от угла наклона главной режущей кромки X, нормального угла реза
ния и угла схода стружки v . Первые два параметра задаются геометрией инструмента, а для определения третьего требуются дополнительные сведе
ния. Таким образом, если известны физико-механические свойства обрабаты
ваемого материала, элементы режима резания и геометрия инструмента,зада
ча косоугольного резания сводится к прямоугольному, теоретический анализ которого имеется в [4,5] .
Единственным свободным параметром в рассматриваемой модели косо
угольного резания является угол схода стружки v. При малых скоростях ре
зания V ^ \ [ 2 ,3 ] , однако при скоростях более 40,..50 м/мин эти углы зна
чительно отличаются [2] « Экспериментальная методика определения направ
ления схода стружки, предложенная НН. Зоревым [2] , достаточно трудоем
ка, и полученные результаты годятся лишь для исследованной пары ’’инстру
мент— обрабатываемой материал” , причем в узком диапазоне скоростей и для нескольких значений угла X.
В данной работе предлагается методика теоретического определения угла схода стружки на основе энергетического подхода.Будем исходить из того, что угол V принимает такое значение, которое обеспечивает минимальные за
траты энергии на осуществление процесса резания. Поскольку действительная скорость резания не зависит от положения плоскости стружкообразования, а энергия,, затрачиваемая при резании в единицу времени, определяется произ
ведением скорости резания на проекцию силы на направление этой скорости, задача сводится к минимизации силы резания по параметру і^.Используем вы
ражение для этой составляющей силы резания, полученное в [5] : Р= ср Т + --- ,ик
^ COST? ( COST? + 8ІПТ7 ) (1)
где с и р — соответственно удельная теплоемкость и плотность обрабатывае
мого материала; — температура в плоскости сдвига; JI— средний коэффи
циент пластического трения; к — предел текучести на сдвиг обрабатываемого материала; rj = l / 2 arccos/I.
Выражение (1) получено для ортогонального резания и не включает за
трат энергии на трение стружки о переднюю поверхность инструмента в на
правлении, параллельном режущей кромке.
Боковую скорость стружки определим из формулы [2]
V cosXtgi^ / ,
где — коэффициент утолщения стружки: = cosfJ*/cos (б — т? ) [5] . Мощность, затрачиваемая на преодоление силы трения в направлении v ^ , определится произведением этой скорости на касательное напряжение =
= ’Jlk и площадь контакта, отнесенную к ширине режущего лезвия:
Ni = ^kco s\X g v jK^ , (2)
Здесь — длина пластического контакта.
Из [4] имеем
у а /[cost?(cost? + sinf?)] , (3) Тогда, подставляя выражение (3) в уравнение (2) и разделив полученное вы
ражение на скорость резания и толщину срезаемого слоя, получим компонен
ту общей силы резания, учитывающую боковое трение:
=
'JikcosXtgv cos^(cosf? +śinf?)
10
Рис. 1. Зависимость з^ла схода стружки от угла наклона главного режущего лезвия дня стали 45 {') = 10°, а = 0,2 мм, V =
= 100 м/мин):
1 —теоретическая зависимость; 2 — кривая, построенная по результатам экспериментов
[ 2]
50^^
40 30 20 Ю о
Jf J г о
Ю 20 30 40 SO 60°
Составляющая силы вдоль скорости резания
Р = срТ + — — Jlk ( 1 + cosXtgi^ ) < (4)
COST? (cost? + s i nr?)
Температура стружки после прохождения зоны первичных деформаций определяется по формуле [5]
где — начальная температура обрабатываемого материала; Л и т — коэф
фициенты кривой упрочнения обрабатываемого материала; — предел те
кучести на сдвиг при Т = и интенсивности сдвиговых деформаций Г = 0 . Изменение свойств обрабатываемого материала будем учитывать' с по
мощью зависимости [4]
к = к ^ ( 1 + А Г ' ^ ) Е { Т ) ,
сомножители которой отражают деформационное упрочнение и зависимость предела текучести от температуры. Здесь Г = sin5 /cos (6 — Ą) .
Коэффициент пластического трения определяется из системы нелинейных уравнений [5] относительно ^ и (максимальной температуры на перед
ней поверхности инструмента):
tJ = 1/2 arccos/I;
М 5
к г - г
F^( T) - dT= J Т - Т
F{T) dT-, (5)
(7’c )COST? (cos^ + sini?) ; 2 d T = v a ,
ZK rp г y l )
C
где Л — коэффициенттеплопроводности.
Таким образом, выражение (4) является функцией углаi;.Для определе
ния значения угла схода стружки необходимо найти минимум функции (4) .
11
Это можно сделать численно, используя, например, метод ’’золотого сечения” . Параметры для соотношения (4) должны определяться путем решения на каж
дой итерации системы уравнений (5),
По предложенной методике проведен расчет для свободного косоугольно
го резания образца из стали 45 . На рис. 1 представлена зависимость угла схода стружки V от угла X, полученная из расчета, а также кривая, полученная экспе
риментально [2] . Расчет дает хорошее совпадение с результатами эксперимен- та для X < 20 °
На основании вышеизложенного видно,что параметры процесса свободно
го стружкообразования с углом X 0 зависят от угла схода стружки, и поэто
му приведенная методика может служить основой для теоретической оценки термомеханического режима неортогонального свободного резания.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 .Г р а н о в с к и й Г.И. Кинематика резания. — М., 1948. 199 с. 2. 3 о р е в Н.Н.
Вопросы механики процесса резания металлов. - М., 1956. - 367 с. 3. Б о б р о в В.Ф.
Влияние угла наклона главной режущей кромки инструмента на процесс резания метал
лов. — М., 1962. — 149 с. 4. К у ц е р В.М. Анализ процесса ортогонального резания с уче
том переменных свойств обрабатываемого материала // Машиностроение. — Мн., 1988. - Вып. 13. — С. 8—15. 5. К у ц е р В.М. Теоретическая оценка сил при ортогональном реза
нии // Машиностроение. - Мн., 1989. - Вып. 14. - С. 7 -1 1 .
УДК 621,91,02
В.А. ДАНИЛОВ, канд.техннаук (НПИ)
СХЕМЫ РОТАЦИОННОГО РЕЗАНИЯ МЕТАЛЛОВ КОМБИНИРОВАННЫМИ ИНСТРУМЕНТАМИ
Ротационное резание, обеспечивая многократное повышение производи
тельности обработки и стойкости инструмента [ 1] , является эффективным методом обработки в автоматизированном производстве, что подтверждается его применением при изготовлении роторов и статоров электродвигателей.
Однако этот метод еще не получил широкого применения, в частности, из-за сложности обеспечения стружкодробления при обработке пластичных материа
лов круглыми резцами. В связи с этим создание схем и инструментов для ро
тационного резания, обеспечивающих надежное стружкодробление,имеет важ
ное практическое значение.
Кинематические особенности ротационного резания позволяют осущест
вить стружкодробление способами, основанными на изменении классической кинематики ротационного точения. К ним относится резание с неравномерным вращением резца или вращением его вокруг оси, не совпадающей с его геометрической осью, с переменными параметрами режущей части резцов . Од
нако в первом случае усложняется конструкция устройства для ротационного точения и невозможна обработка при оптимальном соотношении угловых ско
ростей заготовки и резца, так как оно непрерывно изменяется. При вращении резца вокруг оси , не совпадающей с его геометрической осью, биение режущей
12
