В кинематике процесса резания рассматриваются закономерности относительного движения инструмента и заготовки без учета физических явлений, протекающих в зоне резания, и в первую очередь, воздействующих сил и температур; для этого технологическую систему /станок -приспособление - инструмент - заготовка/ принимают абсолютно жесткой и не зависящей от всех видов физико-химических воздействий.
В механике процесса резания изучаются условия механического взаимодействия рабочих граней инструмента с обрабатываемым материалом на основе определения закономерностей упругих и пластических деформаций последнего, а также его разрушения с учетом трения на контактных поверхностях инструмента. На основе этого строится схема процесса стружкообразования, находятся действующие напряжения, величины деформаций, силы и работа резания.
В термодинамике процесса резания определяются закономерности превращения энергии в составляющих его различных явлениях, сопровождающихся поглощением и выделением теплоты, где наибольшее значение имеет преобразование механической энергии в тепловую. Действительно, при резании механическая работа, обусловленная приводами станка, тратится на повышение внутренней энергии материала заготовки и стружки, выделившуюся из зоны обработки теплоту.
При резании происходят структурные превращения под воздействием возникающих при обработке сил и температур, изменяется строение и физико-химические свойства обрабатываемого материала. Например, при механической обработке в зоне резания возникают высокие температуры /500...800 °С и более/, при этом градиент их повышения весьма высок. Действие извне технологической среды, в частности, смазочно-охлаждающей технологический среды /СОТС/, может обеспечить интенсивное охлаждение образующейся поверхности изготовляемой детали и стружки. Все это вызывает интенсивные структурные превращения, приводящие к изменению твердости, магнитных свойств и др.
С одной стороны, процессы при резании устанавливают связь между химическим, структурным строением и физико-химическими свойствами исходного материала заготовки, с другой - стружки и поверхностного слоя изготовленной детали; известно, что эти процессы оказывают решающее влияние на качество и надежность эксплуатации изделия в целом. При резании химические явления протекают интенсивно из-за образования в зоне отделения стружки от заготовки химически чистых /ювенильных/ поверхностей; они находятся в весьма активном состоянии и, взаимодействуя с окружающей технологической средой, существенно влияют на процесс резания. Вследствие этого образуются пленки окислов на контактных поверхностях, которые снижают коэффициент трения стружки и заготовки о рабочие поверхности инструмента, но одновременно ухудшают эксплуатационные свойства рабочих поверхностей изготовленных деталей. Так, при формировании поверхностей резанием на заготовке из титанового сплава вследствие диффузии кислорода в обрабатываемый материал и его наводораживания происходит интенсивное окалиноооразование и охрупчивание материала поверхностного слоя детали.
Электромагнитные явления при резании обусловлены несколькими процессами, один из которых - интенсивное нагревание зоны контакта инструмента с заготовкой, т.е. спая двух разнородных металлов. В результате этого в замкнутой цепи станок - приспособление - инструмент -заготовка возникает термоЭДС; она существенно влияет на физический механизм резания, вызывая при неблагоприятных условиях повышенный износ инструмента.
Физико-химическая схема описывает только процесс резания, его физические, тепловые, химические, электрические закономерности.
Функциональные связи между элементами структурной схемы определяют значения основных функций F, в совокупности формирующих математическую модель структурной схемы обработки; среди них основными являются функция Fп.р,-, устанавливающая связь между первичными параметрами и процессом резания, и функция Fр.в, связывающая процесс резания со вторичными параметрами. Конечный результат - получение функции Fп.в, связывающей вторичные /выходные/ параметры с задаваемыми первичными /входными/. Выражение функций F складывается из ряда математических зависимостей, описывающих физическую схему процесса резания. Следует учитывать большое число функций fj и сложность их аналитического описания. Часть функций известна. К ним можно отнести однонаправленные, например, взаимосвязи кинематики и деформаций - разрушений fк.дри теплофизики /выделяемой теплоты/ /fдр.тр,которые рассчитываются по соответствующим формулам. В принципе связи между элементами структурной схемы определяются их типом и физической сущностью. По типу они делятся на однонаправленные //fк..др/ и двусторонние /fдp.тр\При двустороннем взаимодействии прямое воздействие первого элемента на второй может как ослаблять прямое, так и резко усиливать его. Связи между элементами структурной схемы могут быть непосредственными или косвенными. Одно из исследуемых явлений, действующих в процессе резания, может влиять как непосредственно, так и через изменение ряда других закономерностей, связывающих два исследуемых параметра, т.е. косвенно. Связь между параметрами резания выражается сложными зависимостями, что значительно затрудняет получение математической модели процесса резания в целом. Например, надежность инструмента, характеризующаяся его стойкостью и прочностью, определяется комплексом параметров: напряженным состоянием в зоне резания, пластическими деформациями, трением, тепловыми явлениями, силой резания и другими факторами.
1.2. Математическое моделирование процесса резания
Технологические процессы, в том числе и обработка резанием, очень сложны. Это проявляется в большом количестве информации, содержащейся в промышленных системах, и во взаимном влиянии их параметров. Построение любой математической модели для таких процессов начинают с блочного формализованного описания моделируемого процесса, т.е. составлению полного математического описания предшествуют анализ отдельных элементарных процессов, протекающих в нем. Полная модель процесса получается как комбинация вариантов моделей отдельных блоков. Так, общая математическая модель процесса резания состоит из групп /блоков/ математических зависимостей и правил, представляющих собой, например, алгоритм этапа расчета определенного показателя функционирования системы. Блоки математической модели: кинематика процесса резания, упругие и пластические деформации, разрушение материала срезаемого слоя, трение, тепловые, химические, электрические и магнитные явления и др.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.