Напряжения, действующие в плоскости скалывания

 

Передняя и задняя поверхность режущего клина находятся в контакте с обрабатываемым металлом. На режущих поверхностях возникают силы, которые играют различную роль в процессе резания. Силы, действующие на передней поверхности, осуществляют процесс стружкообразования. Силы, действующие на задней поверхности влияют, на процесс износа инструмента, определяют состояние поверхностного слоя.

 

N – сила давления стружки на переднюю поверхность.

Зависит от а, Y, V

Q – упругое поле действия, зависит от длины режущей кромки (активной) и упругих свойств материала заготовки. Сила на процесс стружкообразования не влияет. Так как на передней и задней поверхностях имеются относительные перемещения, значит возникают силы трения F_n= M_nN; F₃=M₃Q.

Mn, M3 – коэффициенты трения резания, так как Vст = V/Kl

K_l – коэффициент продольной усадки стружки.

 

Рассмотрим схему сил действующих на передней поверхности инструмента.

N – нормальная сила. Точка приложения силы находится в пределах ширины контакта «с» стружки с передней поверхностью инструмента. Так как величина «с» мала, можно силу N перенести на режущую кромку (точка А).

F_n – сила трения стружки.

Силы F_n и N в сумме дают силу стружкообразования R – сила действия R = N + F_n

Угол w,который образует сила действия с вектором скорости резания называется углом действия. Угол действия, определяет направление действия силы стружкообразования относительно направления резания и является важным фактором, влияющие на процесс стружкообразования.

Для определения напряжений в плоскости сдвига, силу R необходимо разложить на составляющие R = P_t + P_n

P_t – сила сдвига; P_n– нормальная составляющая

P_t = R cos (w+ Q)

Касательные напряжения в плоскости сдвига; t = P_t / f_ед;

f_ед – площадь на которой происходит сдвиг металла

f_ед = ab /sin Q; t = R cos (w + Q) sin Q / ab

P_n – сжимающая сила создает гидростатическое сжатие.

 

Силы резания при точении

 

P_z – касательная, действующая в направлении траектории главного движения и поэтому определяет мощность и крутящий момент, необходимый для процесса резания.

P_x – сила подачи, действующая в направлении подачи.

P_Y – радиальная сила, направленная нормально к обработанной поверхности. Эта сила стремится прогнуть изделие и влияет на точность.

Сила резания

 

При точении P_z является максимальной

P_x = (0,2…0,4) P_z; P_Y = (0,3…0,5) P_z

 

Мощность, затрачиваемая на процесс резания, называется эффективной мощностью.

N_э = N _Pz + N _PY + N _Px N _Pz = P_z V / 102 *60 кВт

P_z – в кГс; V – м / мин

 

Мощность, затрачиваемая на движение подачи N _Px = P_x S n / 1000* 60*102 кВт; S – мм/об; n – об/мин.

 

N _Px << N _Pz – т.к. скорость хода не намного меньше скорости резания.

N _PY = P_Y ·0 = 0 мощность не затрачивается, так как нет скорости.

 

N _э = P_z·V/102·60

 

Мощность станка N _ст = N _э / n, где n – к.п.д. станка

 

Для измерения сил резания применяются динамометры. По конструкции они разделяются: на одно, двух и трехкомпонентные. По принципу действия различаются на гидравлические, механические, электрические.

 

 

Схема электроиндуктивного датчика

При действии силы P_z изменяется воздушный зазор между якорем и сердечником, это приводит к изменению индуктивности обмотки, что и фиксируется электрическим прибором.

Тарирование динамометра заключается в нагружении его известными силами и записи соответствующих показаний прибора, по данным строится тарировочный график.

20.4 Графоаналитический метод обработки опытных данных (на примере сил резания)

 

Зависимость степенная

P_z → S при V, t = const

P_z1→ S₁

P_z2→ S₂

P_z3 → S₃

P_z = С_p S^Yp определим C_P u Yp

 

 

lg Pz = lg Cp + Yp lg S

q = m + Yp U

tg L = Yp m = lg Cp

 

Опытная формула Pz

Pz = Cp·t^{X p}·S^Yp·Kp кГс

 

 

Cp – коэффициент, учитывающий физико – механические свойства обрабатываемого материала.

t – глубина резания, мм.

S – подача, мм/об

Xp, Yp – показатели степени

Kp – коэффициент, учитывающий все остальные условия обработки (геометрию инструмента, СОЖ, состояние материала).

При обработке углеродистых сталей

Cp = 300; Xp = 1; Yp = 0,75