Контактные процессы на передней поверхности режущего инструмента

 

Характерными особенностями контакта стружки с передней поверхностью являются:

различная химическая чистота контакта: часть контакта свободна, а другая покрыта окисными и адсорбированными пленками;

неравномерное распределение контактных нагрузок по длине контакта стружки с передней поверхностью;

изменение температуры контакта в широких пределах.

Из-за указанных особенностей скольжение стружки по передней поверхности происходит в различных условиях: начиная от граничного трения без существенных вторичных деформаций прирезцовых слоев стружки и кончая полным схватыванием данных слоев с инструментальным материалом. Исходя из этого, на контактной площадке режущего инструмента по передней поверхности можно выделить следующие участки (рис.46). Участок пластического контакта Сg1, для которого характерны схватывание контактных

слоев стружки с передней поверхностью и внутреннее трение материала. На данном участке расположен заторможенный слой, в пределах которого стружка движется не по передней поверхности, а по заторможенному слою, и сопротивление, оказываемое движению стружки, определяется сопротивлением сдвигу в контактном слое стружки. Поэтому на данном участке внешнее трение скольжения отсутствует и заменяется внутренним трением между отдельными слоями стружки. Второй участок – это участок упругого контакта Сg2, на котором стружка контактирует непосредственно с передней поверхностью. Здесь имеет место внешнее трение скольжения и сопротивление движению стружки определяется силой трения между стружкой и передней поверхностью.

Эпюры контактных напряжений на передней поверхности режущего инструмента представлено на рис.47.

Нормальные контактные напряжения sN имеют наибольшую величину у вершины режущего клина инструмента, монотонно убывая до нуля в месте отрыва стружки от передней поверхности. Касательные контактные напряжения tF на участке пластического контакта имеют постоянную величину, а затем начинают уменьшаться..

Из – за наличия двух участков трения на передней поверхности средний коэффициент трения при резании нельзя отождествлять ни с коэффициентом внутреннего трения при пластическом течении материала, ни с коэффициентом внешнего трения. Процесс трения при резании достаточно хорошо описывается двучленным законом трения, согласно которому трение обусловлено объемным деформированием материала и преодолением межмолекулярных связей. Объемное деформирование связано с внедрением твердых элементов поверхности контактируемого тела в «мягкое» контртело и «пропахиванием» его поверхности. Межмолекулярные связи представляют собой силы сцепления, действующие между атомами материалов контактируемых тел.

Согласно молекулярно – механической теории сила трения выражается зависимостью:

F = Fдеф + F мол = mo (N + No),

где Fдеф – механическая составляющая силы трения; F мол – молекулярная составляющая силы трения; N – нормальная сила; Nо – равнодействующая сил молекулярного взаимодействия; m₀ – «истинный» коэффициент трения, зависящий от молекулярно – атомной шероховатости поверхности.

Обозначим m₀ N₀ = А. Это часть сил трения, вызванная действием сил адгезии между трущимися поверхностями. Тогда сила трения будет равна:

F = mo N + А.

Разделив полученное выражение на N, получим:

 

где А = tF сγ б, N = sN сγ б.

Окончательно имеем:

m = mo + = mo + mа,

где m - средний коэффициент трения при резании; mo – постоянная деформационная (механическая) составляющая коэффициента трения; mа – переменная адгезионная (межмолекулярная) составляющая коэффициента трения.

Через свою адгезионную составляющую средний коэффициент трения реагирует на изменение условий резания: толщины срезаемого слоя, скорости резания и переднего угла.

Рассмотрим схему сил, действующих на передней и задней поверхностях режущего инструмента, при свободном резании (рис.48). Присвоим силам, действующим на передней поверхности, индекс «γ», на задней – «α».

Тогда суммарные силы резания, действующие на контактных площадках режущего инструмента будут равны:

Pz = Pzα + Pz γ; Py = Pyα + Py γ.

Для определения сил, действующих на передней и задней поверхностях

 

инструмента, существуют различные методы. Рассмотрим метод экстраполяции сил резания на нулевую фаску износа.

Данный метод заключается в определении силы резания при различных величинах фаски износа по задней поверхности инструмента hз и эстраполяции ее на величину фаски, равной нулю (рис.49). Определение сил резания и удельных нагрузок на контактных площадках инструмента (для заданной величины фаски износа) производится в следующей последовательности.

По графику, представленному на рис.30, определяем силы, действующие на задней поверхности Pyα, Pzα (для нашего случая силы определяем при величине фаски износа hз = 0,3 мм, рис.49). Далее находим соответствующие силы на передней поверхности:

Pzγ = Pz-Pzα, Pуγ = Py-Pyα.

Нормальная сила на передней поверхности:

N γ =R*cos(γ+ω)=Pz γ .

Сила трения на передней поверхности:

F γ = R*sin(γ+ω)=Pz γ .

Коэффициент трения на передней поверхности:

μ_γ =F γ /N γ.

Средняя удельная нормальная нагрузка на передней поверхности:

 

Средняя удельная касательная нагрузка на передней поверхности:

q _Fγ= μ_γ q_Nγ.

По аналогии находим силы и удельные нагрузки на задней поверхности: N α = Pyα; Fα = Pzα; μ_α = Pzα / Pyα; q_Nα = Pyα / f₃;

q_Fα = Pzα / f_{3 .}

(fз – площадь фаски износа на задней поверхности).

При несвободном резании в полученных зависимостях необходимо силы Py, Py_a, Py_g заменить соответственно на силы Pxy, Pxyα и Pxy g.