Укорочение стружки. Относительный сдвиг

Для качественной оценки степени пластической деформации вводится понятие укорочения стружки.

В результате пластической деформации происходит увеличение размеров стружки по сравнению с размерами срезаемого слоя: стружка

 

укорачивается, утолщается и уширяется. Степень изменения размеров стружки по сравнению со срезаемым слоем характеризуется тремя коэффициентами изменения формы: коэффициентом укорочения стружки (KL =L/lc>1); коэффициентом утолщения стружки (Ka= ac/a>1); коэффициентом уширения стружки (Kb= bc/b>1). Здесь L – длина срезаемого слоя, lc – длина стружки, а и в – соответственно толщина и ширина срезаемого слоя, ас и вс – соответственно толщина и ширина стружки.

Так как объем срезаемого слоя равен объему стружки L*a*b = lc*ac*bc, следовательно KL = Ka* Kb. Учитывая, что уширение стружки незначительно и составляет 5-15% от ширины срезаемого слоя, в то время как укорочение и утолщение оценивается в 250-600%, то при черновой обработке можно считать KL = Ka, а при чистовой обработке коэффициент Kb необходимо учитывать и коэффициент KL будет равен KL = Ka* Kb.

Коэффициент укорочения стружки можно определить двумя методами: измерением длины стружки и взвешиванием стружки.

При использовании первого метода длину стружки ограничивают разделением длины срезаемого слоя на отдельные части. Например, при токарной обработке на заготовке делают один или несколько пазов и фиксируют расстояние между ними. При прохождении резца через паз процесс резания прерывается. Стружку собирают и измеряют ее длину по контактной стороне. Коэффициент укорочения стружки подсчитывают по приведенной выше формуле. Если непрерывную стружку получить трудно применяют весовой метод. Вес кусочка стружки равен: Q=V*p, где Q – вес кусочка стружки, V – его объем, p – плотность. Выразив объем кусочка стружки через параметры срезаемого слоя получим:

Q=L*a*b*p= KL *lc*S*t*p; KL=Q/(lc*S*t*p).

Рассмотрим влияние различных факторов на коэффициент укорочения стружки.

Влияние переднего угла γ представлено на рис.31. Для объяснения влияния переднего угла воспользуемся рис.27, из которого выделим Δ nṕp. Используя теорему синусов запишем:

 

 

 

 

 

 

Из полученной зависимости следует, что повышение величины переднего угла вызывает снижение коэффициента укорочения стружки.

 

 

 

 

 

 

 

С увеличением подачи (или толщины срезаемого слоя) (рис.32,а) уменьшается коэффициент трения по передней поверхности μ_γ и, следовательно, уменьшаются размеры и деформация в зоне OEF, а значит уменьшается и общая деформация, которая характеризуется коэффициентом KL. Глубина резания (или ширина срезаемого слоя) не оказывает практически влияния на коэффициент KL.

В случае, когда радиус при вершине резца равен нулю (r = 0) увеличение главного угла в плане φ вызывает снижение коэффициента

 

 

1 2

 

Рис.33 Влияние главного угла в плане на коэффициент укорочения стружки: (а) – r = 0, (б) - r ≠ 0

 

 

укорочения стружки (рис.32,а), что объясняется ростом толщины срезаемого слоя (а = s sinφ) и, следовательно, согласно рис.32, а степень деформации должна уменьшаться.

 

 

 

В случае, когда r ≠ 0 влияние угла φ на коэффициент укорочения стружки более сложное. С увеличением угла φ (участок 1) согласно зависимости (а = s sinφ) растет толщина срезаемого слоя и коэффициент KL уменьшается. При дальнейшем увеличении угла φ возрастает доля криволинейного участка ВС в общей длине режущей кромки АВ (рис.34), что вызывает повышение степени деформации и коэффициент KL повышается. Последнее объясняется тем, что при равной длине участков степень пластической деформации на криволинейном участке режущей кромки больше, чем на прямолинейном.

 

Влияние скорости резания на коэффициент укорочения стружки

наиболее сложное (рис.35). При увеличении скорости резания от значения V1 до V2 растет высота нароста hн и соответственно фактический передний угол γф. Это вызывает снижение степени пластической деформации и коэффициент укорочения стружки уменьшается (участок 1). При повышении скорости резания со значения V2 до V3 высота нароста уменьшается и соответственно снижается фактический передний угол, что вызывает рост степени пластической деформации и коэффициент KL увеличивается (участок 2). Дальнейшее увеличение скорости резания ведет к снижению коэффициента трения μγ и следовательно к уменьшению пластических деформаций в зоне стружкообразования ОЕF и коэффициент укорочения стружки снижается (участок 3).

 

Влияние инструментального материала проявляется через его фрикционные (рис.36,а) и теплофизические свойства (рис.36,б). Например, при обработке заготовок из стали 45 большее значение коэффициента трения для твердого сплава ВК6 (кривая 1 на рис.36,а) по сравнению со сплавом Т15К6 (кривая 2 на рис.36,б) повышает степень пластической деформации и коэффициент укорочения стружки. Повышение коэффициента теплопроводности твердого сплава также вызывает рост коэффициента укорочения стружки из – за снижения температуры резания в зоне стружкообразования, связанное с повышением теплоотвода из зоны деформаций в тело инструмента при повышении коэффициента теплопроводности инструментального материала.

 

 

 

2

Рис.36 Влияние инструментального материала на коэффициент укорочения стружки 1 –ВК6, 2-Т15К6

 

 

Для количественной оценки степени пластической деформации вводится понятие относительного сдвига, который определяется как:

ε=ΔS/Δx, где -абсолютный сдвиг. Для определения величины относительного сдвига воспользуемся рис.27, из которого выделим треугольник npp (рис.37). Согласно рис.37 можно записать

 

 

Исходя из этого величина относительного сдвига будет равна:

.

 

Найдем связь между величиной ε и коэффициентом укорочения стружки KL.

 

KL = ,

Раскрыв cos(β-γ) получим:

KL = , отсюда .

Подставив полученное выражение в формулу для определения относительного сдвига, окончательно получим:

 

.

 

Взаимосвязь между относительным сдвигом и коэффициентом укорочения стружки показана на рис.38. Из графика видно, что при KL =1 деформация материала происходит, т.к. величина ε не равна нулю.

 

 

 

Определим соотношение между скоростью резания V и скоростью сдвига Vτ и скоростью резания V и скоростью стружки Vc (рис.39).

 

Используя теорему синусов запишем: . Отсюда

.

По аналогии: