Разработка концепции базового моделирования нестационарных процессов резания, страница 5

Влияние главного угла в плане j на элементы режима нагружения лезвия сказывается в изменении силовой и температурной напряженности в системе резания главным образом через изменение толщины и ширины среза (). Кроме того, параметры среза существенно влияют на размеры площадок контакта лезвия со стружкой и поверхностями на заготовке (1.20), а, следовательно, нормальные и касательные напряжения на них. С точки зрения облегчения условий контактирования лезвия со стружкой и заготовкой целесообразно работать с минимально возможными значениями углов в плане, однако уменьшение j резко снижает виброустойчивость системы, точность обработки и стойкость инструмента из –за образования тонких широких стружек и увеличения радиальной составляющей силы резания P_y. В общем случае при работе на станках следует использовать виброустойчивые режимы резания, исключающие образование широких тонких стружек, что часто (особенно при чистовой и получистовой обработке) требует увеличения числа проходов, т.е. снижения (иногда значительного) производительности труда. Компенсировать этот недостаток можно изменением конструкции инструмента путем увеличения количества лезвий на нем и с таким их расположением, чтобы радиальные усилия (один из основных источников возникновения вибраций) на них  полностью или частично уравновешивались (см. раздел 6.2).

Угол наклона главной режущей кромки l оказывает существенное влияние на многие элементы режима нагружения лезвия. Кроме того, что угол l определяет внешний вид и направление схода стружки [106, [xi]], он оказывает влияние на увеличение действительной ширины среза (), а соответственно и номинальной площади срезаемого слоя  (рис. 2.8):

;                                                                                                   (2.4)

.                                                                            (2.5)

Ширина стружки b и угол схода стружки  (ГОСТ 25762-83):

.                                                                                          (2.6)

При работе инструмента с ударными нагрузками (точение заготовок с прерывистыми поверхностями и неравномерным припуском, строгание, фрезерование и др.) наклон главной режущей кромки на угол l обеспечивает более плавные врезание и выход лезвия из зоны резания за счет изменения ширины среза соответственно от 0 до b_max и от b_max до 0, что снижает ударные нагрузки и вероятность возникновения вибраций. Кроме того, при использовании l>0 место приложения импульса ударной нагрузки удаляется на некоторое расстояние от вершины лезвия, вследствие чего предотвращается ее разрушение в момент входа в контакт режущей кромки с обрабатываемой поверхностью (см. разд. 3.11). Однако, с увеличением l возрастает величина радиальной составляющей силы резания P_y, что при определенных условиях может привести к возникновению вибраций и, следовательно, к снижению стойкости инструмента и ухудшению качества обработанной поверхности. Учитывая, что наклон режущей кромки трансформирует прямоугольное (ортогональное) резание в косоугольное, характеризующееся, в частности, наличием составляющей скорости скольжения вдоль режущей кромки (рис. 2.9), можно утверждать, что в этом случае будут изменяться условия контактирования поверхностей лезвия со стружкой и заготовкой и, в первую очередь, коэффициент трения, силы и температура резания. При косоугольном резании угол резания  зависит от угла наклона режущей кромки l, угла схода стружки  и не равен нормальному углу резания  (в плоскости Р_Н):

                                             (2.7)

Из этой формулы видно, что с увеличением углов l и  угол резания  уменьшается. При этом связь угла схода стружки с углом наклона режущей кромки характеризуется эмпирической зависимостью [73]:

,                                                                                            (2.8)

т.е. он возрастает с увеличением l, но уменьшается с повышением скорости резания.

Влияние угла наклона режущей кромки на процесс резания очень велико (рис. 2.10). Так как увеличение угла l сопровождается уменьшением нормального удельного давления при практически неизменных касательных нагрузках, в соответствии с формулой (1.17) возрастает средний коэффициент трения f. Несмотря на это, угол действия w все же уменьшается, что вызывает падение усадки стружки x, вследствие одновременного уменьшения угла резания d. Однако, относительный сдвиг при этом почти не изменяется, так как усадка характеризует деформации в нормальной плоскости. Сдвиги, происходящие в зоне стружкообразования параллельно режущей кромке, не влияют на усадку стружки, хотя и увеличивают степень деформации [7]. В процессах с тангенциальной схемой резания угол l используется для уменьшения длины находящегося в работе участка режущей кромки, что существенно изменяет напряженно-деформированное и тепловое состояние системы и повышает ее виброустойчивость.

Накопленный научный и производственный опыт и наши исследования показывают, что на возникновение и развитие так же, как и на устранение вибраций, геометрия инструмента оказывает большое влияние. Соответствующим выбором главного и вспомогательного углов в плане, заднего и переднего углов, радиуса закругления режущей кромки и угла ее наклона удается при определенных условиях повысить виброустойчивость системы в два-три и более раз [[xii]] и добиться за счет этого значительного улучшения выходных показателей процесса резания, особенно при обработке труднообрабатываемых материалов.