Разработка концепции базового моделирования нестационарных процессов резания, страница 4

Инструментальный материал в зависимости от его теплофизических, фрикционных и адгезионных свойств и условий обработки существенно влияет на уровень работы трения и температуры резания (см. разд. 1.2), адгезию и образование застойной зоны, а, следовательно, на соотношение  длин упругого и пластического контактов на поверхностях лезвия, что  в  значительной   мере   определяет   интенсивность   изнашивания

инструмента J (отношение величины приращения площадки износа, например, на задней поверхности Dh_з, или приращения массы разрушенного инструментального материала Dm, к соответствующему этому приращению пути резания DL_рез), которая при оптимальном сочетании условий нагружения лезвия, свойств инструментального материала и прочностных характеристик режущего клина (его геометрии) и инструмента может быть минимизирована. Кроме того, значительное влияние на условия нагружения лезвия, а, следовательно, и на интенсивность изнашивания, оказывает величина r (обуславливаемого свойствами инструментального материала), с уменьшением которой снижается сопротивление (увеличивается F) деформациям и разрушению срезаемого слоя, а также нормальные и касательные нагрузки на контактных площадках лезвия (1.14). Именно поэтому интенсивность изнашивания твердого сплава ВК6М (кривая 1, рис. 2.6) меньше, чем у более твердого сплава ВК2 (кривая 3).

Изменением переднего угла g можно управлять практически всеми параметрами регулирования режима нагружения лезвия: уровнем сопротивления обрабатываемого материала деформациям и разрушению, силой резания и напряжениями на контактных поверхностях, а через эти параметры на уровень температуры и динамическое состояние системы.

На основании схемы, представленной на рис. 1.12, и, исходя из допущения о том, что процесс резания подобен процессу деформирования и разрушения при сжатии, т.е. сила стружкообразования  с условной плоскостью сдвига  (силой сдвига ) всегда должна составлять 45° (), с силой  - угол (), а с силой трения на передней поверхности  - угол (), С.С. Силиным для свободного прямоугольного резания получены следующие соотношения, устанавливающие взаимосвязь переднего угла g и радиуса r с силами и коэффициентом трения на рабочих поверхностях лезвия инструмента [107]:

;

;

;                                                                              (2.1)

;

,

где  - величина, характеризующая степень пластических деформаций материала срезаемого слоя с толщиной  и шириной  и слоя обработанной поверхности;  - средний коэффициент трения на передней поверхности;  - средний коэффициент трения на задней поверхности; - радиус округления режущей кромки.

Для качественной оценки степени влияния различных факторов, в т.ч. и переднего угла, на процесс деформации и разрушения срезаемого слоя (напряженности процесса резания) можно воспользоваться формулой для тангенциальной составляющей силы резания  [106]:

,                                                                                        (2.2)

где  – условный предел текучести обрабатываемого материала;  - показатель политропы сжатия;  - угол резания;  - отношение силы деформации материала под обработанной поверхностью к силе деформации срезаемого слоя.

С увеличением переднего угла уменьшается величина относительного сдвига, уменьшается сила резания и соответственно сила нормального давления, вследствие чего уменьшается отношение удельного контактного давления к напряжениям в условной плоскости сдвига (рис. 2.7,а). Вместе с тем, с увеличением переднего угла возрастает средний коэффициент трения f  (рис. 2.7,б) и длина площадки контакта с_g (рис. 2.7,в), а, следовательно, и время контакта стружки с передней поверхностью, что обуславливается [29] в первую очередь независимостью удельной силы трения  от переднего угла (см. разд.1.5.3), в то время как с увеличением g нормальные сила N_g и напряжение  уменьшаются (1.17). Взаимосвязь между длиной площадки контакта на передней поверхности с_g, толщиной среза a (при r=0), углом сдвига F  и передним углом g имеет вид [107]:

.                                                        (2.3)

Величину  называют относительной длиной контакта, которая с ростом толщины среза несмотря на увеличение длины площадки контакта уменьшается ( изменяется медленнее, чем  [7]).

Существенное влияние на многие физические явления в процессе резания, на разрушение и изнашивание лезвия инструмента оказывает задний угол a. С увеличением a в связи с уменьшением площади контакта лезвия с поверхностями на заготовке, снижаются средние значения сил (нормальных и касательных) на задних поверхностях, сила резания (2.2)  и работа трения (2.1), что уменьшает температуру резания и вероятность возникновения вибраций. Однако, при значительном  увеличении заднего угла за счет уменьшения массы режущего клина (ухудшения условий теплоотвода) может резко возрастать температура в системе резания, а снижение прочности и жесткости лезвия приводить к его дополнительным деформациям и росту, вследствие этого, растягивающих напряжений на передней поверхности. Это, как правило, сопровождается интенсивным разрушением инструмента и потерей виброустойчивости системы. Так как передний угол также определяет массу режущего клина, его прочность и жесткость, то оптимальные величины заднего угла в большой мере зависят от принятых значений g. Например, с уменьшением переднего угла оптимальные значения a увеличиваются [58].