книги из ГПНТБ / Бобров В.Ф. Резание металлов самовращающимися резцами

9L

находящийся в одной плоскости с углами 0.ч и у, будет по­ стоянен.

Сравнение процессов резания с самовращением и принуди­ тельным вращением режущей кромки. Анализ сил, действующих на передней поверхности инструмента, позволяет сравнить про­ цессы резания при принудительном перемещении и самоперемещении режущей кромки вокруг своей оси. Несмотря на внеш­ нее сходство, эти процессы принципиально отличаются.

Приближение плоскости действия сил R и F к плоскости, перпендикулярной к режущей кромке, так же, как и малая ве­ личина силы FT, свидетельствует о том, что в отличие от обыч­ ного резания инструментом со статическим углом А,=#=0 процесс стружкообразования при самоперемещении режущей кромки вокруг своей оси стремится к процессу прямоугольного резания косой полосы (см. рис. 7). Отличие указанного процесса от прямоугольного состоит в том, что вследствие несовпадения направления сторон, ограничивающих слой, и вектора истинной скорости резания боковые стороны стружки также не образуют с режущей кромкой угла, равного 90°, и стружка не сходит до передней поверхности в направлении, перпендикулярном к кромке. Процесс был бы полностью прямоугольным в том слу­ чае, если любая точка кромки имела рабочий угол наклона, равный углу к, и одинаковую скорость резания ѵ, а резец вра­

слоев стружки вдоль кромки отсутствуют, касательная состав­ ляющая относительного сдвига ег равна нулю, а степень дефор­ мации стружки минимальна и определяется только нормальной составляющей ZN относительного сдвига (г=&пг). Осуществле­ ние такого оптимального процесса при резании самовращаю­ щимся резцом, по-видимому, не представляется возможным по следующим причинам. Для того чтобы процесс стал прямоуголь­ ным, силы трения F и на передней и задней поверхностях резца должны быть направлены перпендикулярно к кромке, а касательная сила FT , вызывающая сдвиги обрабатываемого материала вдоль кромки, должна отсутствовать. Но в этом случае отсутствовала бы сила, приводящая резец во вращение вокруг оси, так как сила вращения складывается из касатель­ ных составляющих FT и FTl сил трения, действующих на перед* ней и задней поверхностях резца. При векторе истинной ско­ рости резания, направленном перпендикулярно к кромке, силы/7 и Fі также нормальны к кромке и их касательные составляю­ щие FT и FT1 равны нулю.

Очевидно, чем ближе скорость самовращения резца к вели­ чине произведения v sin К, тем ближе направление вектора W к нормальному к кромке направлению и тем меньше величина силы вращения, что приводит к замедлению вращения резца.

92

РАБОТА РЕЗАНИЯ И ЕЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ ПРИ ПЕРЕМЕЩЕНИИ РЕЖУЩЕЙ КРОМКИ ВОКРУГ СВОЕЙ ОСИ

Самовращение режущей кромки. При свободном резании работа деформации определяется по формуле (40). Экспери­ менты показали, что если скорость самовращения режущей кромки приближается к произведению osinX, то направления перемещения стружки по передней поверхности и действия силы трения отличаются друг от друга не более, чем на 2—3°. Поэтому без особого ущерба для точности можно считать, что т),г= Д . Тогда выражение (42) для определения работы трения на передней поверхности принимает вид

Цы, Ф и cöjv в этом случае определяются с помощью формул (8), (142) и (143).

Влияние самоперемещения режущей кромки вокруг своей оси на работу резания Е и ее составляющие Ед и Етп при сво-

94

Таблица 23

Удельная работа резания и ее составляющие (в кГ ■мм/м3) при свободном строгании сплава ВТ1

(Dp=32 мм, -f=20°, В = 2 мм, д=0,2 мм, и=2 м/мин)

зания составляют удельные работы деформации и трения на

передней поверхности.

Самоперемещение режущей кромки уменьшает как работу резания, так и составляющие работы деформации и трения на передней поверхности. С увеличением угла X при резании как

95

невращающимся, так и самовращающимся резцами работа де­ формации уменьшается, однако для самовращающегося резца работа деформации уменьшается в большей степени. По-иному влияет изменение угла Я на работу трения на передней поверх­ ности. При резании невращающимся резцом возрастание угла Я вызывает увеличение работы трения, а при резании вращаю­ щимся резцом, наоборот, ее уменьшение.

Влияние самоперемещения режущей кромки на составляю­ щие работы деформации (нормальную и касательную) пред­ ставлено в табл. 25.

Данные табл. 25 свидетельствуют о различии между нор­ мальной и касательной составляющими работы деформации при самоперемещении режущей кромки инструмента вокруг своей оси и без него. При резании невращающимся резцом увеличе­ ние угла % вызывает интенсивное уменьшение нормальной со­ ставляющей работы деформации. Однако при этом также интен­ сивно возрастает и касательная составляющая, которая при угле Я,=60° становится больше нормальной составляющей. Возрастание касательной составляющей связано с увеличением: интенсивности деформации сдвига при возрастании угла на­ клона режущей кромки. Вследствие противоположного по ре­ зультатам действия угла Я на нормальную и касательную составляющие работа деформации при резании невращающимся резцом уменьшается при увеличении угла Я сравнительно мало.

При резании самовращающимся резцом касательная состав­ ляющая работы деформации мала по сравнению с нормальной составляющей из-за незначительной интенсивности деформации сдвига вдоль режущей кромки и- силы трения, вызывающей эту деформацию. Поскольку работа деформации при самоперемеще­ нии режущей кромки вокруг своей оси определяется главным образом ее нормальной составляющей, которая уменьшается

96

при увеличении угла X, то интенсивность уменьшения работы деформации при резании самовращающимся резцом при уве­ личении угла X значительно сильнее, чем при резании невращающимся резцом.

Малая величина касательной составляющей работы дефор­ мации по сравнению с нормальной составляющей позволяет без ущерба для точности значитель­ но упростить выражения (40)

и (147), приняв в них второй член равным нулю. Тогда для определения работы деформа­ ции как при свободном, так и

несвободном резании можно использовать выражение (50). Отли­ чие расчета работы деформации Е д при свободном и несвобод­ ном резании состоит только в том, что в первом случае углы ■О и cojVопределяются по формулам (27) и (28), а во втором — ПО’ формулам (142) и (143). Возрастание угла X при резании не­ вращающимся резцом приводит к увеличению работы трения на передней поверхности, что соответствует закономерностям резания инструментом с углом ХФО и прямолинейной режущей кромкой. При резании самовращающимся резцом, наоборот, работа трения на передней поверхности или уменьшается с уве­ личением угла X, или остается приблизительно постоянной.

9т

По-видимому, это связано с тем, что угол к уменьшает скорость движения стружки по передней поверхности инструмента.

Принудительное вращение режущей кромки. При свободном резании принудительно вращающимся резцом со статическим углом к — 0° работа пластического деформирования и работа

трения на передней поверхности определяются по формулам

(67)и (68).

Вотличие от резания самовращающимся резцом направле­ ния схода стружки по передней поверхности и действия силы трения не совпадают. Кинематический угол т]№схода стружки по передней поверхности больше угла А между силой трения и

еенормальной составляющей, и разность углов r\w—А увели­

а угол А определен динамометрированием. Несовпадение на­ правлений схода стружки и силы трения является особенностью процесса резания с принудительно перемещающейся вокруг своей оси режущей кромкой, отличающей его от обычного реза­ ния, при котором направления силы трения и схода стружки приблизительно совпадают.

98

Влияние скорости принудительного вращения резца (рабо­ чего угла наклона кромки Яр) на работу резания Е, работы деформации Eg и трения на передней поверхности Етп пока' зано на рис. 75—77. По мере увеличения скорости вращения резца работы резания и деформации уменьшаются; работа тре­

возрастания интенсивности деформации сдвига вдоль кромки с увеличением угла Яр увеличиваются касательная составляющая\ относительного сдвига и соответственно работа деформации вдоль режущей кромки.

Если сравнить отношения - ^ 1- при самовращении и прину-

Еды

дительном вращении резца, то можно убедиться, что в послед­ нем случае доля деформации сдвига вдоль кромки в работе деформации несравненно больше.

Выражения для определения работы деформации и работы трения на передней поверхности позволяют подсчитать мощ­ ность тепловых источников, действующих в зоне резания. При известной мощности тепловых источников, зависящей от режима резания и угла наклона кромки Я, можно найти средние темпе­ ратуры контакта на передней и задней поверхностях инстру­ мента и интенсивность тепловых стоков. Для этого может быть использована теория движущихся источников теплоты, разрабо­ танная А. Н. Резниковым [54, 55].

Причины повышения стойкости инструментов с самовращаю­ щимися резцами. Некоторые данные о повышении периода стойкости или скорости резания при обработке материалов с различными режимами резания самовращающимися резцами приведены в табл. 26. Период стойкости самовращающихся

99

Таблица 26

Стойкость и скорость резания самовращающихся резцов

режущих кромок повышается значительно, особенно при сравне­ нии их со стандартными резцами.

Большее увеличение стойкости самовращающихся резцов по сравнению с невращающимися резцами, по-видимому, можно объяснить уменьшением: а) времени резания каждой точкой самовращающейся режущей кромки и, как следствие, пути резания: б) средней температуры контакта на передней поверх­ ности (температуры резания); в) скорости трения на контакт­ ных поверхностях резца.

При самовращении режущей кромки фактическое время Тф резания каждой точки кромки значительно меньше времени работы резца.

Время контактирования точки самовращающейся кромки со срезаемым слоем за один оборот резца

100