Научный журнал Фундаментальные исследования ISSN 1812-7339 Перечень ВАК ИФ РИНЦ 1,749

Сила резания при точении формула

В связи с техническим прогрессом изменились многие задачи в области процессов резания: они стали сложнее и их решение требует введения новых понятий. Изменился и подход к этим задачам. Если раньше исследователь мог, исходя из рассматриваемого физического явления, «поставить» задачу и решить ее с помощью математических методов, то сейчас дело обстоит иначе. Во многих задачах, характеризующих процесс обработки материалов резанием, построение расчетной модели настолько тесно переплетается с процессом вычислений, что порой разделить эти процессы не представляется возможным.

В статье приводится силовая модель расчета сил, включающая уточнение и развитие представлений о процессе лезвийной обработки с помощью комплекса взаимосвязанных аналитических и эмпирических формул.

Силовая модель позволяет рассчитывать силы при лезвийной обработке конструкционных хромоникельмолибденовых сталей твердосплавным режущим инструментом со СМП, при этом в расчетах оперативно учитываются физико-механические и теплофизические свойства контактирующей пары «стали типа: 40ХН2МА или 38Х2Н3М, или 40Х2Н2МА – твердый сплав» с помощью интегральной характеристики пары – термоэлектродвижущей силы.

В ходе создания модели установлено, что контактные процессы, сопровождающие взаимодействие компонентов системы резания, влияют не только на изнашивание инструмента, но и на силы по передней и задней гранямх инструмента со стружкой и обрабатываемой деталью соответственно. Процессы эти тесно взаимосвязаны. По данным [7] на изнашивание режущего инструмента влияют: режимы резания; истинный предел прочности, коэффициент теплопроводности, удельная теплоемкость и плотность обрабатываемого материала; коэффициент теплопроводности, удельная теплоемкость и плотность инструментального материала; скорость деформации контактных слоев, большие деформации срезаемого слоя, высокая температура процесса резания.

Наиболее сильное влияние на изнашивание режущего инструмента при обработке материалов оказывают: истинный предел прочности и коэффициент теплопроводности обрабатываемого материала, большие деформации срезаемого слоя и высокая температура процесса резания [7].

При скоростном силовом деформировании с разрушением и отделением стружки от обрабатываемого материала инструмента возникают соответствующие нормальные контактные давления на гранях этого инструмента. Вследствие перемещения обрабатываемого материала и стружки на гранях инструмента под действием нормальных контактных давлений возникают касательные контактные давления, которые порождают нагрев трущихся поверхностей.

Следовательно, изнашивание режущих поверхностей и температура на этих поверхностях определяются сложными контактными давлениями.

Для рассматриваемой модели были приняты следующие допущения и уточнения:

1.В модели рассмотрена лезвийная обработка деталей типа цилиндров из конструкционных хромоникельмолибденовых сталей твердосплавным режущим инструментом. Диапазон изменения теплопроводности режущего инструмента –12,5–27Вт/(м·К). Диапазон изменения: глубин резания t – 0,5–3мм; скоростей резания V – 50–200м/мин; подач S – 0,1–0,8мм/об.

2.Силы резания и усадка стружки инструмента рассчитываются с учётом конкретных свойств контактирующей пары «сталь – твердый сплав».

3.Рассматривается процесс продольного точения, в котором силы резания действуют со стороны стружки и детали на твердосплавный режущий инструмент со СМП.

4.Принимается допущение, что сила есть вектор, приложенный у вершины резца, которая является средним значением на всей длине контакта инструмента со стружкой и обрабатываемой деталью. Это допущение обусловлено тем, что при измерении сил приборами для контроля этих сил получаем среднее значение силы, изменяющееся во времени.

5.В модели рассматривается «нормальная работа инструмента», не рассматриваются «переходный» и «аварийный» режим работы инструмента. Это допущение обусловлено тем, что в процессе резания при нормальной работе инструмента величина износа на задней грани изменяется незначительно, за достаточно большой промежуток времени.

В основе силовой модели лежит система сил (1), действующих в процессе лезвийной обработки (рис.1), при этом на переднюю грань инструмента от давления сходящей стружки действует нормально к этой грани сила деформации срезаемого слоя N1, от перемещения передней грани относительно поверхности стружки действует сила трения F1, причем на заднюю грань инструмента от давления обрабатываемой поверхности действует нормально к этой грани сила деформации обработанной поверхности N2, отжимающая инструмент, от перемещения задней грани инструмента относительно обрабатываемой поверхности действует сила трения F2. Таким образом, на передней грани инструмента действует результирующая сила R1, равная геометрической сумме сил N1 и F1. На задней грани инструмента действует результирующая сила R2 равная геометрической сумме сил N2 и F2. При лезвийной обработке действует общая результирующая сила R, равная геометрической сумме результирующих сил R1 и R2. Общую результирующую силу R, как правило, в инженерных расчетах раскладывают на три составляющие силы: тангенциальную – Pz, осевую – Px, радиальную – Py. Уравнение в системе (1), содержащее силу Pz, отвечает за действие сил в вертикальной плоскости резания. Уравнение в системе (1), содержащее силу Pxy, которая равна геометрической сумме силы Px и силы Py, отвечает за действие сил в горизонтальной плоскости резания.

(1)

Н.В.Талантов в своих работах [9] утверждал, что процессы, протекающие на передней и задней гранях инструмента, взаимосвязаны. Овзаимосвязи процессов резания на передней и задней гранях инструмента также говорится в работах А.Б.Кравченко [5] и книге В.А.Кривоухова [6]. Так в системе (1) определяется погрешность расчета сил в левой и вправой частях системы уравнений, что позволяет минимизировать ошибки при расчетах.

Для определения сил резания P_z и P_х и P_y (рис.1) воспользуемся формулами в литературе [1], полученными на основании экспериментальных данных А.Л.Плотниковым, который предложил способ определения сил резания при лезвийной обработке через термоэлектродвижущую силу пробного прохода Эпр, что повышает точность определения сил резания до 8–9 %. Поэтому данный способ будет применен при расчетах сил резания в силовой модели.

Рис. 1. Силы, действующие при лезвийной обработке материалов

Читайте так же:

Приспособление для сверления плитки

После проведения экспериментальных исследований [4] по определению термоЭДС Эпр кратковременного пробного прохода (V=100м/мин; S=0,1мм/об; t=1мм) для стали 40ХН2МА и твердого сплава Р10 (Т15К6), с теплопроводностью 12,5–27Вт/(м·К) по способу А.Л.Плотникова получены зависимости сил резания (исходные зависимости в [1], для остальных хромоникельмолибденовых сталей зависимости приведены в источнике [4]).

Осевая сила резания Pх рассчитывается по формуле

Н. (2)

Радиальная составляющая силы резания Py рассчитывается по формуле

Н. (3)

Главная составляющая сила резания Pz рассчитывается по формуле

Н. (4)

Суммарная сила резания Pхy, действующая между срезаемым слоем и передней гранью инструмента, и общая результирующая сила резания Rzxy в левой части системы (1) рассчитываются по формулам

Н и Н. (5)

В системе (1) силу деформации срезаемого слоя N₁ можно принять равной силе пластического сжатия при деформировании различных образцов на сжатие, которое получено проф. М.А.Большаниной и В.Д.Кузнецовым [6]:

Н, (6)

где σt – предел текучести материала; K – коэффициент поперечной усадки стружки; m – показатель политропы сжатия (по И.С.Праведникову m=0,61, для конструкционных среднеуглеродистых хромоникельмолибденовых сталей [6]); ζ – поправочный коэффициент, учитывающий отношение справочного предела текучести [8] к пределу текучести, указанному в сертификате качества на обрабатываемый материал: ζ(38Х2Н3М)=1,39; ζ(40ХН2МА)=1,66; ζ(40Х2Н2МА)=1,43.

Коэффициент поперечной усадки стружки в формуле (6) определяется по формуле Ву [2], но в первоначальную формулу Ву добавлена величина термоЭДС пробного прохода Эпр, полученная на основе экспериментальных данных в [4], учитывающая влияние теплопроводности инструментального материала на коэффициент усадки стружки.

(7)

Сила трения F₁ зависит от среднего коэффициента трения между срезаемым слоем и передней гранью инструмента, который выражается через угол сдвига и коэффициент поперечной усадки стружки [9] и определяется из системы (1) с учётом формул (6) и (7).

Н. (8)

Расчёт силы деформации обработанной поверхности, отжимающей инструмент, N2 и силы трения F2 производится из системы уравнений (1).

Н; (9)

Н. (10)

Необходимо заметить, что задний угол в системе уравнений (1) и вформулах (9) и (10) не участвует, так как рассматривается условие, когда резец имеет фаску линейного износа на задней грани инструмента (рис.1).

Определяются результирующие силы R1, R2 и R в правой части системы (1):

Н;

Н. (11)

Определяется погрешность ? результатов расчета сил резания в левой и правой частях системы (1), то есть процентное расхождение между результирующей силой R в формуле (11) и результирующей силой Rzxy, определенной по формуле (5) (рис.1).

%. (12)

Для контактирующей пары «сталь 40ХН2МА – твердый сплав Т15К6», у которой термоЭДС пробного прохода изменяется с 11 до 16мВ, были проведены расчёты сил по системе уравнений (1), где основная часть результатов расчёта показана на рис.2.

По рис.2 можно сделать заключение, что с увеличением скорости резания сила резания Rzxу уменьшается, а при увеличении глубины резания и подачи при постоянной скорости резания сила Rzxу увеличивается, что не противоречит общепринятым данным, например, в [1].

В идеальной модели левая и правая части системы уравнений (1) должны быть равны друг другу, то есть погрешность расчёта ? должна быть равна нулю, а сила Rzxy равна силе R (рис.1). Вполученной модели есть процент расхождения между силами Rzxy и R, который не превышает 3 %, так как входные зависимости, приведенные выше, имеют относительные погрешности, потому что получены на основе экспериментально-статистических методов исследования, о чём подробно изложено в [4].

Рис. 2. Общая результирующая сила Rzxy. Пара «Сталь 40ХН2МА – Т15К6», Эпр=12,3 мВ. Передний угол 0°, главный угол в плане 75°, вспомогательный угол в плане 15°

Выводы

После уточнения и развития известных методик и подходов к описанию процесса резания материалов, а также с учётом допущений, изложенных выше, и дополнительных экспериментальных исследований [4] получены формулы для расчёта сил, действующих при резании, формулы (1)–(10). Спомощью вышеприведенных расчётных формул сил в силовой модели (1) на основе кратковременного эксперимента по определению термоэлектродвижущей силы пробного прохода можно определить внутренние силы при резании с минимальной погрешностью для контактирующей пары «стали типа: 40ХН2МА или 38Х2Н3М, или 40Х2Н2МА – твердый сплав с теплопроводностью 12,5–27Вт/(м·К)». При определении сил оперативно учитываются физико-механические и теплофизические свойства контактирующей пары. Использование модели в дальнейших расчетах [4] позволяет прогнозировать период размерной стойкости инструмента с учётом температуры в зоне резания и износа инструмента.

Элементы и силы резания при точении на токарных станках

К элементам резания при точении относятся скорость резания, глубина резания, подача, ширина среза, толщина среза, номинальная площадь поперечного сечения среза.

Скорость резания — это путь перемещения режущего лезвия относительно поверхности резания в единицу времени. Обозначается буквой, измеряется в м/мин. Если такого числа оборотов шпинделя у станка нет, то следует произвести перерасчет фактической скорости резания по ближайшему меньшему числу оборотов, имеющемуся на станке.

Глубина резания — это толщина слоя металла, срезаемого резцом за один проход. Она обозначается буквой t и измеряется в мм как кратчайшее расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями.

Подачей при точении называется величина перемещения резца вдоль обработанной поверхности за один оборот детали. Измеряется подача в мм/об. При точении применяют продольные и поперечные подачи. Глубина резания и подача характеризуют основные размеры стружки.

Шириной срезаемого слоя называется расстояние в мм между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное на поверхности резания. Толщиной срезаемого слоя называется расстояние в мм измеряемое между двумя последовательными положениями поверхности резания за один оборот детали в направлении, перпендикулярном к ширине стружки.

Читайте так же:

Обезжириватель для кузова автомобиля

Номинальной площадью поперечного сечения среза называется произведение глубины резания на подачу или ширины стружки на толщину.

Силы резания. При снятии стружки с заготовки необходимо приложить такое усилие, которое преодолело бы силы сопротивления металла резанию. Это усилие называется силой резания. Величина ее зависит от свойства обрабатываемого материала, размера срезаемой стружки, геометрических параметров резца и других факторов.

Поскольку сила резания в пространстве может быть направлена различным образом, непосредственное измерение и использование ее для практических целей затруднительно. Поэтому силу резания обычно раскладывают на три составляющие, которые взаимоперпендикулярны и действуют в направлениях, наиболее важных с точки зрения условий работы станка и резца. Составляющая действует в вертикальной плоскости, совпадающей с направлением скорости резания, и называется вертикальной, или тангенциальной, силой резания. Она обычно на 6% меньше полной силы резания, поэтому ее называют усиляющеи силы, действующие на резец. Составляющую резания определяются расход мощности на резание, величина крутящего момента на шпинделе, а также производится расчет на прочность элементов станка.

Составляющая действует в горизонтальной плоскости, совпадает с направлением продольной подачи и называется осевой силой или силой подачи. По величине производится расчет на прочность всех звеньев механизма подачи станка.

Величина силы подачи колеблется в пределах от 0,1 до 0,3 величины силы.

Составляющая действует в горизонтальной плоскости, совпадает с направлением поперечной (радиальной) подачи и называется радиальной силой.

Величина радиальной силы колеблется в пределах от 0,25 до 0,5 величины силы.

Сила резания, сила подачи и радиальная сила измеряются в килограммах.

От силы зависит прогиб обрабатываемой детали, поэтому при обработке тонких и длинных валов для уменьшения величины необходимо угол в плане резца делать больше 45° (до 90°). Для уменьшения прогиба заготовки от силы используются также люнеты.

Значение коэффициента может меняться в зависимости от величины углов заточки резца и качества обрабатываемого материала. Величины выбирают по справочным таблицам режимов резания.

Силы резания при точении и мощность, затрачиваемая на резание

Увеличение прочности, твердости обрабатываемого материала приводит к увеличению сил резания, так как при этом возрастают напряжения на основной плоскости сдвига.

Рис. 32. Влияние переднего угла на силы Рz, Рy, Рx при точении (сталь 40,  = 60, t = 4 мм, s = 0,285 мм/об, V = 40 м/мин)

Рис. 32. Горизонтальные составляющие силы резания при точении и их равнодействующая.

Рис. 33. Влияние главного угла в плане на силы Ру, Рх при точении (сталь 45, t = 3 мм, s = 0,6 мм/об.)

Рис. 34. Влияние радиуса закругления переходного режущего лезвия на составляющие силы резания.

Износ контактных поверхностей

По мере изнашивания резца изменяется форма передней поверхности и острота главного лезвия.

При изнашивании резца только по задней поверхности силы Pz, Ру и Рх с увеличением износа растут, причем более интенсивно растут силы Ру и Px.

При одновременном изнашивании передней и задней поверхностей в начальный момент силы Pz, Ру и Рх остаются постоянными, так как износ главного лезвия компенсируется увеличением переднего угла за счет лунки на передней поверхности. При дальнейшем изнашивании силы Pz, Ру и Рх увеличиваются.

Формула для расчета силы резания

В общем виде сила резания, например сила Рz рассчитывается по формуле

где Кр

– обобщенный поправочный коэффициент

Эта зависимость получается эмпирическим путем.

Постоянная CPz учитывает влияние на силу постоянных условий резания для которых поправочные коэффициенты равны 1. Данные для расчета силы резания и коэффициента приводятся в справочниках.

Мощность и крутящий момент резания

Мощность резания. Работа резания, совершаемая в одну секунду, называется мощностью резания и обозначается Np^.

В технике мощность выражается в киловаттах. Чтобы станок мог выполнять работу, мощность на шпинделе Л^шп должна быть равна или больше мощности, необходимой на резание, т. е. должно соблюдаться условие

На шпиндель мощность поступает от электродвигателя, при этом часть ее затрачивается на преодоление сил трения в механизме коробки скоростей и частично теряется в связи с проскальзыванием ремня. Следовательно, мощность двигателя всегда больше мощности на шпинделе.

Отношение мощности на шпинделе A^ к мощности двигателя NM называется коэффициентом полезного действия станка (греческая буква «эта»)

Коэффициент полезного действия (к, п. д.) показывает, какая часть мощности электродвигателя может быть полезно использована на резание. Для токарных станков с коробкой скоростей его среднее значение составляет tj=0,7—0,8.

К. п. д. не является постоянной величиной для данного станка. С увеличением числа оборотов он уменьшается, так кдк увеличиваются потери мощности на холостую работу станка/^Дйя конкретных расчетов значения к. п. д. следует принимать из паспорта станка.

При работе с низким числом оборотов мощность на шпинделе ограничивается слабым звеном передачи, которым обычно являются одно из малых зубчатых колес перебора, фрикционная муфта или клиноременная передача. В этом случае режим резания проверяют по мощности, допускаемой слабым эвеном передачи.

Особенности обработки резанием закаленных поверхностей, а также после наплавки.

Обработка восстановленных деталей. Впроцессе обработки возникают значительные трудности вследствие особых свойств наращенного слоя (высокой твердости, неравномерной твердости по Длине и глубине слоя, структурной неоднородности, наличия неметаллических включений и т.д.).

Если деталь восстановлена различными методами автоматической наплавки и осталиванием, то применяют материал режущей части инструмента из твердых сплавов Т5К10 и Т15К6, твердость надавленного слоя НКС менее 40 и ВК8, ВК6 и ВК6М, НКС более 40. При обработке осталенных поверхностей используют пластинки из твердого сплава Т30К4 Детали обрабатывают с применением охлаждающей жидкости (эмульсола 5…8 %, кальцинированной технической соды 0,2 %, остальное — вода). Детали, хромированные гладким хромом, шлифуют кругами из электрокорунда на керамической связке зернистостью 40… 50 и твердостью С1…С2. Окружная скорость вращения круга и детали соответственно 30…40 м/с и 15…20 м/мин.

Читайте так же:

Станок для изготовления профнастила

Детали после осталивания обрабатывают на токарных или шлифовальных станках в зависимости от припуска, твердости покрытия, требуемой точности и шероховатости поверхности. Покрытия с твердостью НВ < 200 обрабатывают обычным режущим инструментом, а с НВ 400…450 — твердосплавными резцами и шлифованием. Покрытия твердостью НВ > 400…460 шлифуют кругами из электрокорунда на бакелитовой связке зернистостью 40…25 и твердостью СМ2…СМ1.

В условиях ремонтного производства в ряде случав приходится точить детали из закаленной стали с помощью твердосплавных резцов групп ВК и ТК (ВК8 и Т15К6). Для закаленных сталей применяют резцы с отрицательным передним углом (у = —10…—15°) и углом наклона главной режущей кромки Л = 5.. .10°. Иногда угол Л достигает 45°. Режимы резания закаленных сталей: V = 80… 120 м/мин; 5″= 0,1…0,2 мм/об., 1= 0,5…1 мм.

При точении деталей из закаленной стали они могут принимать бочкообразную форму из-за отжима суппорта вследствие значител радиальных сил. Учитывая необходимость получения большей точности, детали обрабатывают в несколько проходов. При этом шероховатость поверхности находится в пределах 7…8-го класса, следовательно, данную операцию в ряде случав можно заменить шлифованием.

В результате применения твердосплавных покрытий возрастает износостойкость деталей, но существенно ухудшается и обрабатываемость. Иногда покрытие нельзя использовать из-за трудностей, возникающих при механической обработке.

Черновое растачивание твердосплавного покрытия ПГ-СР2 ведут резцами с пластинками твердых сплавов ВК6 и ВКЗ. Их геометрия: у = -8…-12°, главный угол в плане ф = 40…60°, вспомогательный угол в плане ф[ = 15…25″, задние углы а =а[= 13…15″ и А. = 0…10°. Режим чернового растачивания: глубина резания 0,3…0,6 мм, подача 0,18…0,25 мм/об., скорость 25…35 м/мин.

Влияние различных факторов на силы резания

а) режимов резания

При увеличении глубины резания растет площадь сечения срезаемого слоя, что вызывает возрастание всех составляющих силы резания. Причем глубина резания влияет сильнее, нежели подача. Связь между Pz, Ру, Pxиt,sзаписывается в общем виде следующим образом:

Читать также: Медь полезные свойства для организма

, где xp > yp

Изменение скорости резания на составляющие силы резания влияет так, как оно влияет на коэффициент усадки стружки. При резании материалов, не склонных к наростообразованию, силы резания монотонно убывают с увеличением скорости; резания (рис. 31.).

б) геометрические параметры

Рис. 31. Схема влияния скорости резания на высоту нароста Н, коэффициент усадки стружки К и силу Р.

Характеристика режимов резания

Необходимые технологические параметры, используемые при токарной обработке металлов, берут свое начало в теории резания. Основные ее положения применяются конструкторами при проектировании режущих инструментов, металлорежущих станков и приспособлений.

Требуемые режимы обработки точением можно получить двумя способами. В первом случае режимы назначаются, для чего используются табличные данные. Данные регистрировались на протяжении длительного времени на разных этапах обработки различным инструментом.

Во втором случае режимы резания рассчитываются по эмпирическим формулам. Этот способ называется аналитическим методом. Считается, что аналитический метод дает более точные результаты в отличие от назначенных параметров.

На сегодняшний день разработчики программного обеспечения предлагают множество программ для расчета режимов обработки. Достаточно ввести в поля известные данные и программа самостоятельно выполнит расчеты и выдаст результат. Это значительно упрощает работу и снижает ее продолжительность.

Для изготовления детали с заданными размерами и необходимой чистотой поверхности необходим чертеж. На его основе разрабатывается технологический процесс обработки с подбором необходимого оборудования и инструмента.

Силы резания при точении и мощность, затрачиваемая на резание

Срезая стружку, резец преодолевает сопротивление обрабатываемого металла резанию и силы трения стружки о переднюю поверхность инструмента и задней поверхности инструмента о заготовку.

Равнодействующая сила резания R – равнодействующая сил, действующих на резец, со стороны заготовки. Условно считают, что точка приложения R находится на рабочей части главного режущего лезвия. В процессе обработки величина, направление и точка приложения равнодействующей изменяются, поэтому для практических расчетов используют не равнодействующую, а ее составляющие Px, Py и Pz, действующие по трем взаимно-перпендикулярным направлениям – осям X, Y и Z. Ось X – линия центров станка, т.е. она совпадает с осью вращения заготовки и параллельна направлению продольной подачи S.; ось Z лежит в плоскости резания, она параллельна направлению главного движения; ось Y перпендикулярна осям X и Z.

Рис.4.13. Силы, действующие на резец со стороны заготовки при резании.

Рz – вертикальная (касательная) составляющая силы резания. По силе Pz определяют крутящий момент на шпинделе станка, мощность расходуемую на резание, производят динамический расчет коробки скоростей. Иногда Pz называют главной составляющей силы резания или просто силой резания. Составляющая Pz определяет изгибающий момент Мх, действующий на стержень резца.

Py – радиальная составляющая силы резания. По силе Py определяют изгиб заготовки в плоскости XY.

Px – осевая составляющая силы резания (сила подачи). По силе Px рассчитывают механизмы подач станка и момент Mx, изгибающий стержень резца в плоскости XY.

На практике определяют лишь составляющую Pz (по эмпирическим формулам), а составляющие Py и Px берут в долях от Pz.

Соотношение Pz : Px : Py зависит от геометрии режущей части резца, режима резания, износа резца, физико-механических свойств обрабатываемого материала и условий обработки. Например, при точении острым проходным резцом (γ = 15о; φ = 45о; λ = 0о) Py = (0,3-0,5)Pz, Px = (0,15-0,3) Pz.

Читайте так же:

Пробник скрытой проводки своими руками

При возрастании φ сила Py понижается, поэтому легко деформируемые длинные детали обрабатывают резцами с большими углами φ близкими к 90о.

При возрастании продольной подачи S отношение Px/Pz также возрастает.

Эффективная мощность Ne – мощность, расходуемая на процесс деформирования и срезания с заготовки слоя материала.

При точении цилиндрической поверхности на токарно-винторезном станке эффективная мощность вычисляется по следующей формуле:

где V – скорость резания, м/мин; n – частота вращения заготовки, об/мин; S – продольная подача, мм/об; [Pz] и [Px] = Н.

На практике вторым слагаемым в вышеприведённой формуле пренебрегают, так как , и эффективную мощность определяют по упрощенной формуле:

Мощность потребного электродвигателя станка определится как

где η – к.п.д. станка, учитывающий потери мощности в узлах трения станка (подшипниках, зубчатых передачах и т.п.) при её передаче от электродвигателя до шпинделя станка. Обычно η ≈ 0,7-0,8.

Крутящий момент резания – момент, необходимый для преодоления сопротивления вращению обрабатываемой заготовки.

Вычисляется по формуле:

где Dзаг – диаметр заготовки, мм.

Для того, чтобы процесс резания был возможен, крутящий момент на шпинделе Мшп, развиваемый станком при определённом числе оборотов шпинделя, должен быть не меньше момента сопротивления Мкр:

Силы резания

Под силой резания понимают силу сопротивления перемещению режущего инструмента относительно обрабатываемой заготовки. Работа силы резания затрачивается на упругое и пластическое деформирование металла, на его разрушение, на трение задней поверхности об обработанную поверхность и стружки о переднюю поверхность режущего инструмента. Результатом сопротивления металла заготовки процессу резания является возникновение реактивных сил, воздействующих на режущий инструмент (рис. 10.7, а

Реактивные силы

– это силы упругого (
Р
у1 и
Р
у2) и пластического (
Р
п1 и
Р
п2) деформирования, направленные перпендикулярно соответственно задней и передней поверхностям инструмента, и силы трения (
Т
1 и
Т
2) по задней и передней поверхностям. Векторная сумма всех этих сил даст единичную силу резания по сечению резца. Просуммировав единичные силы, получим равнодействующую силу резания
Р = Р
п1
+ Р
п2
+ Р
у1
+ Р
у2
+ Т
1
+ Т
2.

Однако вследствие переменности условий резания (неоднородность структуры металла заготовки, допуски на размеры обрабатываемой поверхности и т. д.) равнодействующая сила резания Р

переменна по величине и направлению, поэтому для расчетов используют не силу
Р
, а ее проекции на заданные координатные оси (рис. 10.7,
б
):

Р = Рх + Ру + Рz

Рис. 10.7. Сила резания: а

– плоская система сил;
б
– разложение силы резания на составляющие;
Р
у1,
Р
п1 – реактивные силы упругой и пластической деформации по передней поверхности;
Р
у2,
Р
п2 – реактивные силы упругой и пластической деформации по задней поверхности;
Т
1,
Т
2 – силы трения;
Р
– сила резания;
Рz
,
Рх
,
Ру
– соответственно главная, осевая и нормальная составляющие силы резания

проводят в направлении, противоположном направлению движения подачи, ось
Oz
− в направлении главного движения, ось
Оу
− в направлении, перпендикулярном обработанной поверхности. Полученные проекции:
Рz
– главная составляющая силы резания;
Рх
– тангенциальная (осевая) составляющая силы резания;
Ру
– нормальная (радиальная) составляющая силы резания. Причем использование составляющих силы резания оказалось очень удобно. Во-первых, по силе
Рz
определяют параметры механизма главного движения станка, по силе
Рх
− параметры механизма подачи станка, сила
Ру
является одним из главных элементов расчета точности обработки.

Во-вторых, соотношение составляющих силы резания для различных схем обработки и различных пар «материал заготовки – материал режущей части инструмента» достаточно стабильно. Например, для наружного точения низколегированных сталей быстрорежущим инструментом соотношение Pz

:
Ру
:
Рх
находится в пределах 1 : (0,4–0,6) : (0,2–0,4).

Главную составляющую силы резания Pz

определяют по эмпирической формуле

Pz = CPtXРSYРVZРK

– коэффициент, учитывающий физико-механические свойства обрабатываемого материала;
t
– глубина резания, мм;
S
– подача, мм/мин;
V
– скорость резания, м/мин; показатели степени
ХР
,
YР
,
ZР
и коэффициенты

1
К
2 …
Кi
учитывают факторы, не вошедшие в формулу.

Аналогичные формулы существуют и для расчета других составляющих силы резания.

Зависимость составляющих силы резания от условий обработки. Мощность резания

Мощность, затрачиваемая на резание, зависит от действующих составляющих силы резания и скорости резания. Мощность, затрачиваемую на резание, называют эффективной мощностью и рассчитывают по формуле:Ne=Pz*V/60*1020

Знание требуемой эффективной мощности необходимо для оп- ределения возможности резания данной заготовки на данном станке, имеющем заданную мощность привода Nэ.д. С учетом коэффициента полезного действия кинематических цепей станка η потребная мощ- ность электродвигателя станка Nэ.д может быть определена по формуле:Nэ.д = Nе/η.где η —

Для осуществления резания на заданном станке необходимо, чтобы мощность электродвигателя данного станка была больше или равна расчетной мощности.

Наибольшее влияние оказывает глубина резания.

Затупление резца приводит к увеличению силы резания.

СОЖ – к уменьшению силы резания.

Источники возникновения теплоты при точении. Тепловой баланс. Зависимость температуры резания от условий обработки.

В зоне резания различают три источника (очага) образования теплоты (рис. 4.1):

· зона основной пластической деформации (находится около условной плоскости сдвига) с тепловой мощностью Qд;

· зона трения стружки о переднюю поверхность инструмента с тепловой мощностью Qт.п,

· зона трения задней поверхности инструмента о заготовку с тепловой мощностьюQт.з..

Читайте так же:

Сцепка для окучника на мотоблок

Таким образом, общее количество теплоты, выделяющейся при резании: Q = Qд + Qтп + Qтз.

В соответствии с законом теплообмена теплота от источников теплообразования отводится в направлении менее нагретых частей, находящихся с ними в контакте, а именно:

· в заготовку QЗ=Qз+Q1з;

· в стружку QС=Qс+Qγс;

· в режущий инструмент Qи=Qγи+Q1и

· При этом часть теплоты Qocотводится в окружающую среду, например, с помощью подводимой в зону резания смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ). Однако если резание осуществляется на воздухе, то эту теплоту из-за ее малой величины обычно не учитывают.

На основании изложенногоуравнение теплового балансаимеет вид:Qд + Qтп + Qтз.= QЗ+ QС+ Qи + Qoc.

Из элементов режима резания наибольшее влияние оказывает скорость резания (рис. 90). Однако температура резания повышается с увеличением скорости непропорционально, поскольку с ростом скорости V уменьшается пластическая де- формация, а следовательно, и количество тепла, образующегося в результате деформации.Tемпература резания повышается также непропорционально глубине резания t и подаче S. С увеличением t увеличивается работа резания, а следовательно, и количество тепла, но одновременно с этим увеличивается активная длина режущей кромки инструмента, что улучшает теплоотвод. С увеличением подачи S увеличивается количество тепла, но рост силы отстает от роста подачи. Кроме того, с увеличением S увеличивается ширина контакта с передней поверхностью, что улучшает условия теплоотвода. Следует отметить, что глубина резания t больше, чем S, влияет на температуру. Это объясняется тем, что с увеличением t теплоотвод лучше, чем с увеличением S.

Мощность и крутящий момент резания

Особенности обработки резанием закаленных поверхностей, а также после наплавки.

голоса

Рейтинг статьи