ТехИнфо

Технологическая   информация

Силы резания


В процессе резания к режущему инструменту прилагаются определенные усилия, или силы резания, которые действуют на срезаемый слой и стружку. Такой же величины, но противоположные по направлению силы действуют на зубья инструмента. Для расчета мощности привода и жесткости станка, а также для определения прочности и жесткости инструмента и приспособления необходимо знать величину этих сил. Исследования, проводимые в этом направлении - в области динамики резания можно разбить на две группы:
1. Теоретические выводы уравнений для расчета сил резаная на основе, анализа процесса снятия стружки как одного из частных случаев пластической деформации;
2. Экспериментальное определение сил резания.

Сложность и неточность теоретических расчетов заключается в том что, например коэффициент усадки стружки зависит от ряда факторов и существенно влияет на силы резания. К тому же при определении характеристик обрабатываемого материала (предел текучести обрабатываемого материала при его сжатии и показатель политропы сжатия обрабатываемого материала), нельзя создать подобных условий, при которых на самом деле сходит срезаемая стружка. Поэтому для инженерных расчетов чаще всего пользуются эмпирическими зависимостями сил резания от условий обработки. Наиболее часто силы резания определяют на основе непосредственного измерения с помощью специальных приборов - гидравлических, механических и электрических динамометров.

Влияние ширины и толщины среза на величину силы резания.

Еще в 1893 году К.А.Зворыкин установил, что толщина и ширина среза в одинаковой степени влияют на величину сил резания. Более поздние и обстоятельные исследования, проведенные в 1922- 1923 годах д.И.Челюсткиным, позволили установить, что сила резаная возрастает прямо пропорционально увеличению ширины среза. Однако увеличение силы резания отстает от увеличения толщины среза.

Объяснением отставания роста силы резания от возрастания толщины среза является следуюшее:

  • с увеличением толщины среза нагрузка на единицу длины режущего лезвия возрастает. В связи с этим растет температура резании, что приводит к уменьшению сил трения, усадки стружки и снижению сопротивления обрабатываемого материала пластическому деформированию;
  • пластические деформации и напряжения распределяется по толщина стружки неравномерно. Они значительно больше в слоях, прилегающих к передней поверхности режущего инструмента. Поэтому возрастание толщины среза приводит к уменьшению относительной величины слоя с максимальными деформациями;
  • сила трения по задней поверхности режущего инструмента, входящая в качестве одного из слагаемых при расчете сил резания, с изменением толщины среза остается неизменной или изменяется очень незначительно.
  • Таким образом, при снятии слоев с заданным сечением среза, или площадью поперечного сечения среза, силы резания тем меньше, чем меньше ширина и больше толщина среза.

    Влияние свойств обрабатываемого металла на силу резания.

    При снятии стружки металл не только срезается, но и претерпевает сильную пластическую деформацию. К току же заметное влияние на величину сил резания оказывают силы трения стружки и обрабатываемого материала соответственно о переднюю и задаю поверхности режущей части инструмента. Однако необходимо учитывать, что в процесса обработки металл в зоне резаная сильно разогрет. Значит его свойства могут сильно отличаться от свойств, которые характерны для наго при обычной комнатной температуре, т.е при статистических испытаниях. Поэтому точной и однозначной зависимости между силой Рz и пределом прочности на разрыв обрабатываемого материала, а также твердостью его и другими механическими характеристиками не имеется. Вместе с тем установлено, что силы резания растут при увеличении предела прочности твердости, пластичности и вязкости обрабатываемого материала.

    Влияние свойств инструментального материала на величину силы резания.

    Эти влияние может быть вызвано только различием в силах трения (коэффициентов Трения) между обрабатываемым и инструментальным материалами. Внутри групп быстрорежущих сталей и вольфрамокобальтовых твердых сплавов коэффициенты трения и усадки не отличаются, следовательно, Pz не изменяется.

    При обработке инструментами, оснащенными вольфрамотитанокобальтовыми твердыми сплавами, величина Pz немного уменьшается с увеличением содержания карбидов титана.

    Влияние скорости резания на величину силы Pz.

    До сравнительно недавнего времени считалось, что скорость резания практически не влияет на величину сил резания. Это представление объяснялось тем, что работы проводились в сравнительно узком диапазоне скоростей, а также недостаточной чувствительностью использующихся при этом динамометров. В последние годы в этот вопрос внесена полная ясность и установлено как изменяется сила резания в широком диапазоне скоростей резания. Установлено, что в тех областях скоростей резания, где уменьшается усадка стружки уменьшается и сила резания и наоборот. Однако это не случайное совпадение, а закономерность, так как при увеличении скорости резания сила резания изменяется так же как и коэффициент усадки стружки. Увеличение усадки свидетельствует об уменьшении угла скалывания и, соответственно, об увеличении поверхности, по которой происходит сдвиг. При этом повышается степень деформации металла, т.е. происходит его упрочнение, а значит, повышаются напряжения, при которых происходит сдвиг. А так как увеличиваются напряжения и площадь сдвига, то это неминуемо приведет к увеличению силы резания. Кроме того, сила резания и усадка зависят от коэффициента трения при деформировании срезаемого слоя.

    Влияние переднего и заднего углов на силу резания.

    При увеличении переднего угла облегчается врезание зубьев инструмента в деталь, улучшается сход стружки, уменьшается деформация обрабатываемого металла и снижается коэффициент усадки стружки, а следовательно, уменьшается сила резания Pz.

    Влияние величины заднего угла на величину силы резания устанавливается исходя из свойств металла упруго восстанавливаться. С уменьшением угла увеличивается контакт задней поверхности инструмента с обрабатываемой деталью, что приводит к росту сил трения и сил резания. Этому способствует то обстоятельство, что после прохождения режущего лезвия металл приподнимается, или упруго восстанавливается, образуя дополнительную площадку контакта инструмент - деталь на длине L . Чем больше задний угол, тем меньше длина контакта L, а следовательно, и сила резаная Pz.