Современное состояние и тенденции развития моделирования процессов механической обработки, страница 13

Продолжающиеся исследования Оксли [[79]] привели к разработке всеобъемлющей прогнозирующей теории механической обработки, которая основана на процессах классического прямоугольного резания. Эта модель допускает узкую зону сдвига, равновесие стружки и равномерное распределение касательных напряжений в зоне вторичных деформаций на площадке контакта инструмента со стружкой. Применен принцип минимума энергии. Модель позволяет учесть изменение величины предела текучести в зависимости от деформаций, скорости деформаций и температуры. Метод ‘быстро изменяющейся температуры (мгновенной температуры) (velocity-modified temperature)’ был использован для поиска решения в этой модели. Теплофизические свойства обрабатываемого и инструментального материалов рассматривались как функция температур, а факторы распределения теплоты [КДВ60] как функция теплового числа (thermal number).

Входными параметрами (исходными данными) являлись скорость резания, ширина резания, толщина среза, геометрия инструмента и химический состав инструментального материала. Эта прогнозирующая модель определяет угол сдвига, силы резания, деформацию в зоне первичных деформаций, скорость деформаций, (velocity-modified temperature), контактную температуру, длину контакта инструмента со стружкой, предел текучести на сдвиг и др. Дальнейшая работа, выполненная Окслеем и его сотрудниками, включает расширение этой исходной прогнозирующей модели (на случай) косоугольного резания и такие операции как точение и фрезерование, где явления течения стружки рассматривались при использовании многогранных неперетачиваемых пластин имеющих радиус при вершине и изменяющийся угол режущей кромки [[80]].

3.7.6 Модели обратного течения стружки

Большая часть исследовательской работы, выполненной исследователями на протяжении последних нескольких лет, прежде всего связана с формами стружки и удалением ее из зоны обработки. Подробный обзор этой проблемы представлен Джавахиром и вон Лутервелтом в программных материалах CIRP в 1993 году [2].

Одним из вопросов является явление обратного течения стружки, которое означает, что стружка течет во впадину на передней поверхности инструмента если она достаточно близко расположена к режущей кромке. Изучение инструментов с укороченной передней поверхностью [КДВ61] важно в связи с обработкой инструментом состружколомными элементами имеющими на передней поверхности контактную площадку. Следуя ранним работам, включающим решения для полей линий скольжения Джонсона (Johnson) [[81]] и Усуи (Usui) и др. [[82]] Джавахир и Оксли показали численную зависимость для прогнозирования угла обратного течения стружки [[83]]. Достоверность поля линий скольжения в виде центрального веера для широкого ряда режимов резания также была показана с помощью набора моделей, учитывающих округление режущей кромки и износ по задней поверхности [[84]].  Применение прогнозирующей теории механической обработки для прогнозирвоания сил резания при механической обработке инструментом с укороченной передней поверхностью было показано в очень недавней работе Арсекьюлэретна (Arsecularatne) и Оксли [[85]].

3.7.7 Модели форм стружки

Во всех традиционно известных моделях плоскости сдвига, скорость стружки считается постоянной по толщине и, поэтому, стружка прямая. Однако этот факт противоречит экспериментальным наблюдениям о том, что обычно стружка закрученная. Кьюдо (Kudo) [[86]] и Девхест (Dewhurst) [[87]] предложили несколько приемлемых решений полей линий скольжения для учета этого (указанного противоречия). В своих моделях они представили криволинейную плоскость сдвига для обеспечения потребных градиентов скорости вдоль стружки (по толщине стружки). В более поздних работах Ши (Shi) и Рэмэлингема (Ramalingam) [[88]] разработаны модели с кинематически приемлемым полем линий скольжения при резании инструментами с площадкой износа по задней поверхности.

Исследование кривизны стружки было выполнено с использованием (obstruction chip former). Эта работа была впоследствии обобщена на случай завивания стружки при резании инструментами со стружколомателами[[89]]. Циклический характер образования звитков стружки при резании и его эффекты недавно были разработаны Фэнгом (Fang) и Джавахиром [[90]], а также Гэнэпейси (Ganapathy) и Давахиром [[91], [92]]. Все эти три работы по существу посвящены только образованию завитков вверх. Наиболее часто наблюдаемое явление образования завитков в сторону было первоначально объяснено геометрическими явлениями (эффектами) Пекелхарингом (Pekelharing) [[93]]. Вон Луттервелт [[94]] впоследствии показал, что это явление является следствием (а) непрямоты режущей кромки; (б) непрямоты (не линейности) главного движения резания; (в) неперпендикулярности режущей кромки вектору главного движения резания; (г) изменению степени сжатия по ширине режущей кромки. Наиболее свежие работы Балаи (Balaji) и Джавахира [[95]] пытаются установить связь моделей силы резания с образованием завитков стружки в сторону при точении проката (прутков).

3.7.8 Замечения по вопросу будущей деятельности в области разработки моделей стружкообразования

В будущем не ожидается никакого существенного прогресса в (развитии) моделей плоскости сдвига и зоны сдвига хотя эти модели сделали существенный толчок в прошлом. Особенно выделяется необходимость дальнейших исследований в области трения/трибологии  из-за последних промышленных тенденций, где (наметилось применение)  прогрессивных инструментальных материалов и методов нанесения покрытий (методов использования инструментов с покрытиями) (tool coating techniques), а также на протяжении последнего десятилетия или около того появился широкий ряд конструкций стружколомателей. Разработка (зависимости) действительной длины контакта инструмента с заготовкой в условиях резания инструментом со стружколомателями является очень сложной задачей, особенно когда контакт со стружколомающими элементами является переменным и очень сильно зависит от применяемых стружколомающих элементов, что в свою очередь  также носит очень изменчивый фактор в пределах цикла стружколомания.[КДВ62]   На рис. 3.а показана экспериментальная ситуация рассматриваемая в условиях квазидвумерного резания инструментом с простейшим стружколомным элементом. На рис. 4 показан метод предложенный для идентификации изменения областей контакта инструмента со стружкой в условиях трехмерного резания инструментом со сложными стружколомающими элементами (рис. 3.б). Разработка быстрых и надежных инструментальных систем, основанных на методе тестирования/измерения для получения в стандартном порядке свойств материала  при больших деформациях и высоких температурах, позволит значительно быстрее выполнять анализ изменения свойств инструментального и обрабатываемого материалов для новых инструментов и обрабатываемых материалов.