Влияние переднего угла резца на составляющие силы резания

УДК 621.9

ВЛИЯНИЕ ПЕРЕДНЕГО УГЛА РЕЗЦА НА СОСТАВЛЯЮЩИЕ

СИЛЫ РЕЗАНИЯ

А.И. Харьков

Описаны результаты исследования влияния переднего угла на составляющие силы резания. Показано, что изменение переднего угла влияет на усадку стружки и степень её деформации и соответственно на составляющие силы резания.

Ключевые слова: составляющие силы резания, коэффициент усадки стружки.

Известно, что важными характеристиками при резании металлов являются величина и направление силы резания, от них зависят условия работы станка, приспособления, инструмента, точность обработки и т.д. Определение силы резания путем расчета явилось одной из первых задач, которую пыталась решить наука о резании металлов. Необходимость хотя бы приближенного расчета определения сил резания привела к созданию чисто эмпирических зависимостей [1-3]. Главным недостатком многих формул заключался в том, что они не учитывали взаимосвязанности различных факторов на силу резания. Недостатки эмпирических формул и практика обработки резанием раз за разом побуждали вновь возвращаться к теоретическому методу определения сил резания.

В настоящее время проблему теоретического расчета величины и направления силы резания в основном можно считать решенной. Созданные формулы, по которым можно для разных условий резания определить силу проекции сил резания, требуют значения усадки стружки или некоторых других специальных характеристик, для чего необходимо произвести эксперименты по нахождению необходимых значений. Различные методические приемы, примененные В. А. Кривоуховым, Т.Н. Лоладзе, А.М. Ро-зенбергом, Н.Н. Зоревым при выводе теоретических зависимостей, основываются на том, что процесс резания есть разновидность пластического деформирования.

Рассмотрим формулы для аналитического определения составляющих силы резания, разработанные вышеприведенными великими учеными.

Для расчета главной проекции силы резания Rz по твердости стружки А.М. Розенберг предлагает формулу [1-3]

n X2 -2Х sin y+1 „1.5 X cosy Rz = st-

z - sin 0

т 1

X cos

где о0 и n - параметры политропы сжатия, определяемые механическими испытаниями обрабатываемого материала. Величина 1 - ^ y) находится по номограмме.

Н.Н. Зоревым предложены формулы для определения проекций сил резания Rz и Rxy по результатам испытания обрабатываемого материала на растяжение [2]:

Rz = 0Д85ЫУЫ, Rxy = ARst  tgw,

причем

X - sin g

Ar = A

+ tgc

cos g

где Ar — удельная работа стружкообразования; А — сопротивление обрабатываемого материала сдвигу при относительном сдвиге, равном 2,5.

Также для упрощения можно пользоваться следующим приближенным выражением:

A =

0,бОв

1 - 1,7y

где ов - предел прочности при растяжении; y - относительное сужение при разрыве, %.

В приведенные выше формулы входит величина X, являющаяся производной либо от угла наклона условной плоскости сдвига, либо от коэффициента усадки стружки, определяемых эмпирически.

Также рассмотрим уравнения [4-6], которые представляют собой математические зависимости составляющих силы резания, которые учитывают действительный предел прочности материала во время резания[2]:

st t t

0,8Sb--0,6Sbst sin(p - g) + Obh3-sin P -¡¡Obh-cosp

. sin В sin j sin j

Px = (--^-T-T-sin g +

cos

+ 0,6Sbts cos g+Obh3—t— )sin y;

sin j

st t t

0,8Sb--0,6Sbst sin( P - g) + Obh3-sin P - ¡Obh3-cos P

„ . sin P sin j sin j

Py = (--------sin g+

cos

+ 0,6Sbts cos g+ Obh3 —t—) cos y + 2оbh3s;

sin j

Pz = 0,6S¿ts sin g + ¡o¿h3 —— +

sin j

st t t 0,8S¿--0,6Sbstsin( p - g) + 0^3-sin p - ¡0^3-cos p

sin P sin j sin j

+--------cos g.

cos( P-g) 108

Требуется также найти коэффициент усадки стружки эмпирическим

путем, что выражается в определении р = arctg

cos g

, где Kl - коэф-

Kl - sin g фициент усадки стружки.

Известно, что для большинства конструкционных сталей значения Kl известны, но они даны фактически для конкретного случая и нет значений изменения Kl от геометрии резца.

Были найдены зависимости коэффициента усадки стружки от переднего угла резца с напайной пластиной из материала ВК8 при точении стали 30ХГСА. Точение производилось пластинами с передними углами

+ 5o ; 0o ; - 5o , со скоростью резания V=250 м/мин, подачей S=0,32 мм/об, глубиной резания t=0,5 мм, без использования СОЖ.

Коэффициент усадки стружки можно определить по зависимости

m гл ^ кус = ~jQ, где Q

2

cos j

pSt sin j

В приведенном случае величина Q будет неизменной и коэффициент усадки будет меняться только от отношения массы к длине при изменении пластины.

График изменения отношения массы и длины стружки

к длине стружки

Из графика видно, что при увеличении длины стружки увеличивается и значение отношения массы к длине, что приводит к увеличению коэффициента усадки стружки. Так, на основе графика можно утверждать, что в нашем случае при большем значении переднего ушла пластины, значение кус будет также больше.

В рамках проведенного эксперимента при обработке, легированной стали 30ХГСА пластиной из материала ВК8 с различными передними углами были получены данные, с помощью которых можно определить составляющие силы резания Px, Py, Pz [7, 8].

Полученные результаты были использованы при дальнейших исследованиях в области повышения прочности и износостойкости инструмента при обработке точением высокопрочных материалов [9-13].

Список литературы

1. Развитие науки о резании металлов / В.Ф. Бобров [и др.]; под ред. Н.Н. Зорева. М.: Машиностроение, 1967. 415 с.

2. Зорев Н.Н. Вопросы механики процесса резания металлов. М.: Машгиз, 1956. 367 с.

3. Бобров В.В. Основы теории резания. М.: Машиностроение, 1976.

344 с.

4. Нгуен Ван Кыонг, Ямников А.С. Методология оптимизации режимов резания // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2012. № 1 (291). С. 56 - 63.

5. Харьков А.И. Чуприков А.О., Ямников А.С. Аналитическое определение составляющих силы резания при точении // Вестник ТулГУ. Автоматизация: проблемы, идеи, решения: сб. научных трудов МНТК «АПИР-19», 13-14 сентября 2014 года / науч. ред. В.В. Прейс. Тула: Изд-во ТулГУ, 2014. С. 107 - 112.

6. Ямников А.С., Чуприков А.О., Харьков А.И. Определение составляющих силы резания при точении в зависимости от механических свойств обрабатываемого материала // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2016. №11 (65). С. 31 - 36.

7. Ямников А.С., Чуприков А.О., Харьков А.И Влияние переднего угла на усадку стружки при точении высокопрочных сталей // Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации 2016: материалы XVII Всероссийской НТК (17-18 ноября 2016 г.). Пермь: ПНИПУ. С. 79 - 82.

8. Ямников А.С., Чуприков А.О., Харьков А.И. Утолщение стружки при точении высокопрочных сталей / Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2016. Вып. 8. Ч. 1 С. 194 - 201.

9. Ямников А.С., Харьков А.И., Чуприков А.О. Физико - технологические основы повышения прочности керамических СМП при нарезании резьб на закаленных заготовках // Перспективные направления развития финишных методов обработки деталей; виброволновые технологии: сборник трудов по материалам международного научного симпозиума технологов-машиностроителей (14-17 сентября 2016г.). Ростов н/Д: ДГТУ, 2016. С. 109 - 111.

10. Чуприков А.О., Ямников А.С. Определение напряжений в резь-борежущей пластине численным моделированием в среде Solidworks / Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2016. Вып. 8. Ч. 1 С. 180 - 186.

11. Ямников А.С., Чуприков А.О., Харьков А.И. Повышение производительности точения резьбы резцами с керамическими пластинками // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Сер. «Машиностроение». 2014. Т. 14. № 4. С. 37 - 45.

12. Ямников А.С., Чуприков А.О., Харьков А.И. Повышение ресурса инструмента при нарезании усиленной упорной резьбы на заготовках из высокопрочных материалов // СТИН, 2015, №6.

13. Yamnikov A.S., Chuprikov A.O., Khar'kov A.I.. Extending Tool Life in Buttress-Thread Cutting on High-Strength Blanks // Russian Engineering Research, 2015, Vol. 35. No. 12. Р. 953 - 956.

Харьков Александр Игоревич, асп., AlexandrHar@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

INFLUENCE OF FRONT CORNER ANGLE ON COMPONENTS OF CUTTING POWER

A.I. Kharkiv

The results of the investigation of the effect of the front angle on the components of the cutting force are described. It is shown that the change in the front angle affects the shrinkage of the chips and the degree of its deformation, and accordingly, the components of the cutting force.

Key words: cutting force components, shrinkage shrinkage coefficient.

Kharkov Alexander Igorevich, postgraduate, AlexandrHar@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University