Современные предпосылки к моделированию механики нестационарных видов обработки резанием. Анализ экономической эффективности внедрения станка-автомата попутного точения мод. КА-350, страница 2

По скорости обработки процессы резания делятся на [[15]]: 1) резание при микроскоростях (малое приращение скорости резания не приводит к заметному увеличению температуры); 2) обычное резание (при обычно применяемых на практике скоростях); 3) резание при высоких и сверхвысоких скоростях. Для каждого из этих классов обработки характерны свои особенности в механике резания.

Общепринято считать [6, [16]], что толщина  и ширина  сечения среза пред­ставляют собой физические размеры сечения среза и в общем случае могут зависеть от времени обработки. Для каждого вида обработки указанные параметры определяются исходя из конкретной кинематики формообразования и снятия припуска [13] процесса обработки. Ясно, что возможны случаи, когда толщина среза  настолько мала, что резание, как процесс отде­ления стружки, не происходит. В этом случае материал заготовки, пластически деформи­руясь, как бы подминается под заднюю поверхность (рисунок 1.2). Теоретически и экспериментально установлено [[17]], что для достаточно пластических материалов снятие стружки при повышенных скоростях резания возможно при средних отрицательных передних углах не выше g = -45¸-50°, чему соответствует отношение . Ермаков Ю. М. отмечает, что в области малых толщин среза, в момент окончания формирования обработанной поверхности, возникают вибрации, повышающие шероховатость и уменьшающие стойкость инструмента [[18]].

В литературе отмечается [[19], 7, 8], что при изучении и моделировании процессов резания все виды обработки можно свести к двум основным простейшим схемам обработки: классическому прямоугольному или косоугольному однолезвийному резанию и, соответственно, рассматривать либо плоскую задачу, либо пространственную. При этом параметры геометрической модели рассчитываются по приведенным выше соотношениям и в дальнейшем полученные результаты интерпретируются с учетом специфики изучаемого процесса.

1.2  Физическая модель процесса резания

Как уже отмечалось [[20]], в процессе резания происходит формоизменение заготовки (статистически однородной по своим свойствам (в первом приближении) системы) в готовую деталь – систему с распределенными параметрами, то есть с набором новых характеристик, например, характеристик физико-механического состояния, химического состава поверхностного слоя и их неоднородным распределением в объеме детали.

Для общей оценки такой системы пользуются интегральными параметрами. С этой точки зрения пластическая деформация и упрочнение обрабатываемого материала в зоне резания достаточно полно описывается такими функциональными параметрами, как действующее напряжение, время деформирования, температура и др. С их помощью можно оценить составляющие силы резания, напряжения на передней и задней гранях лезвия инструмента, удельную энергоемкость процесса, рассчитать интегральную характеристику физико-механи­ческого состояния упрочненного материала (скрытую энергию деформирования), а также относительную деформацию, плотность дислокаций, глубину упрочнения и др.

Общие представления о механике стружкообразования при резании металлов можно кратко охарактеризовать схемой, приведенной на рисунке 1.3. Известно [6], что процесс превращения срезаемого слоя в стружку в общем случае представляет собой процесс направленного разрушения материала заготовки лезвием путем создания напряженно-деформированного состояния в срезаемом слое и заготовке, сопровождающегося упругими и пластическими деформациями, образования трещин и последующего разрушения, которое в зависимости от состояния материала при условиях обработки может быть либо вязким, либо хрупким [[21], [22]]. При этом лезвие непосредственно контактирует со срезаемым слоем, стружкой и заготовкой, что приводит к возникновению контактных процессов на его поверхностях, а в области, расположенной у режущей кромки, застойной зоны, которая при определенных условиях может преобразоваться в нарост. Таким образом, в системе резания при описанных выше процессах совершается работа, затрачиваемая на деформирование и разрушение материала срезаемого слоя при превращении его в стружку и работа, главным образом связанная с трением на контактных поверхностях [6, 22, [23] и др.]. В соответствии с первым законом термодинамики вся работа сил резания  расходуется на запасение энергии упругой деформации  (в прирезцовых слоях стружки, поверхностном слое заготовки, контактных слоях инструмента) и выделение теплоты в системе  [[24]], приводящее к процессам распространения теплоты в системе резания и подчиняющееся уравнению теплопроводности и теплового баланса [[25]]. Согласно исследованиям  Г. И. Епифанова  и П. А. Ребиндера, доля поглощенной энергии упругой деформации  в процессе резания при традиционно применяемых скоростях составляется 3%, а остальное переходит в теплоту, которая выделяется в основном в зонах А, Б, В (рисунок 1.3), а также по поверхностям контакта инструмента с заготовкой и стружкой.

Таким образом, получаем замкнутую систему (систему резания), в которой происходящие процессы взаимно обуславливают характер протекание каждого из них и влияют друг на друга (рисунок 1.4). В процессе обработки СР отклоняется от термодинамического равновесия и самоорганизуется. В результате в зоне стружкообразования формируются новые диссипативные структуры, которые определяются механизмы деформирования срезаемого слоя, тип стружки и устойчивость процесса резания. Однако вследствие обратных связей между СР и ДСС процесс самоорганизации в Т-системе будет осуществляться на различных уровнях. Наличие обратных связей в Т-системе обусловлено как нелинейностью ДСС, так и СР.

1.2.1  Деформационные процессы в зоне стружкообразования

В настоящее время при построении модели разрушения срезаемого слоя абстрагируются от реального технологического процесса и рассматривают, как правило, классические  плоскую модель прямоугольного свободного резания (такое допущение возможно поскольку ширина стружки по сравнению с шириной срезаемого слоя увеличивается незначительно [6]) или пространственную модель косоугольного свободного резания [8]. В дальнейшем результаты этих исследований распространяются на интересующий вид обработки.