3.3.1. Влияние различных факторов на силы резания при точении

Влияние подачи и глубины резания. Используя формулу А.Н. Челю-сткина для определения силы P_z в случае свободного резания Р =Cpba⁰'⁷⁵ и учитывая, что при точении проходными резцами

Z i _z

b = //sin ф, а = S sin ф, можно записать

C_Pt

ИЛИ

(3.29)

Экспериментально установлено, что для всех составляющих сил резания P_z, P_y и Р_х влияние глубины резания и подачи может быть вы­ражено общей зависимостью

(3.30)

Влияние скорости резания. До недавнего времени считалось, что скорость резания практически не влияет на величину силы резания. Объясняется это проведением работ в сравнительно узком диапазоне скоростей, а также недостаточной чувствительностью используемых при этом приборов. В последние годы в этот вопрос внесена ясность и установлено, как изменяется сила резания в широком диапазоне ско­ростей резания. Эта зависимость найдена на основании опытов для условий свободного резания стали 40Х; имеется идентичность зави­симостей Р_г = До) и £, = ф(и). В тех областях скоростей резания, где уменьшается усадка стружки, снижается и сила резания, и наоборот.

70

kH i
2,5
2,0
jl.5		i	—
			i ^
1 0 50 100		200	v, м/мин

Рис. 3.34. Зависимость сил резания Р_г от скорости резания и величины перед­него угла при обработке стали 40Х с элементами среза а = 0,2; b = 4 мм

Возрастание усадки свидетельствует об уменьшении угла скалы­вания 02 и соответственно об увеличении поверхности, по которой происходит сдвиг. При этом повышается степень деформации метал­ла, т. е. происходит его упрочнение, а значит, возрастают напряже­ния, при которых происходит сдвиг. Поскольку увеличиваются на­пряжения и площадь сдвига, то это неминуемо приводит к росту силы резания Р_г (рис. 3.34). Кроме того, сила резания и усадка зависят от коэффициента трения при деформировании срезаемого слоя.

Горбообразный вид кривых P_z=f(v) объясняется появлением нароста на передней поверхности резца. Минимум на кривых P_z=f(u) соответствует максимально возможной величине нароста. При малой скорости резания, когда нарост не образуется, сила реза­ния велика. В диапазоне скоростей, где имеется максимальное нарос-тообразование, сила резания и усадка стружки уменьшаются, так как с увеличением размеров нароста возрастает действительный перед­ний угол инструмента. По мере дальнейшего повышения скорости резания высота нароста, а следовательно, и действительный перед­ний угол уменьшаются. Одновременно с этим возрастает коэффици­ент усадки стружки и увеличиваются силы резания. Работа на очень высоких скоростях резания приводит к значительному повышению температуры резания, в результате чего уменьшается коэффициент трения и, следовательно, сила P_z.

Минимум и максимум силы P_z на графиках выражаются тем рель­ефнее, чем меньше передний угол. Объясняется это тем, что большой нарост может образовываться (и образование его интенсивнее) при меньших значениях переднего угла резца. При обработке чугуна на­рост образуется в меньшей степени, а поэтому зависимость Р_г =/(и) имеет вид плавной кривой (рис. 3.35).

71

Ниже в качестве примера приведены зави­симости трех составляющих сил резания от режимов обработки, полученных при точении проходными напайными резцами.

(3.31) (3.32) (3.33)

Рис. 3.35. Зависимость

P_z = /(о) при обработке

чугуна

Влияние свойств обрабатываемого материа­ла. При снятии стружки металл не только сре­зается, но и претерпевает сильную пластическую деформацию. К тому же заметное влияние на величину сил резания оказывают силы трения стружки и обрабатываемого материала соответственно о пе­реднюю и заднюю поверхности РИ. Однако необходимо учитывать, что в процессе обработки металл в зоне резания сильно разогрет. Зна­чит, его свойства могут отличаться от свойств, которые характерны для него при комнатной температуре, т. е. при статических испытани­ях. Поэтому точной и однозначной зависимости между силой P_z и пределом прочности на разрыв ст_в обрабатываемого материала, а так­же твердостью его НВ и другими механическими характеристиками нет. Вместе с тем установлено, что силы резания растут при увеличе­нии ст_в, НВ, пластичности и вязкости обрабатываемого материала. Для узких групп металлов (сталей и чугунов) при расчете силы P_z в за­висимости от ст_в и НВ используют следующие эмпирические форму­лы:

(3.34)

где tf»0,5; этот показатель степени всегда меньше единицы.

Влияние свойств инструментального материала. Это влияние может быть вызвано только различием в силах трения (коэффициентов тре­ния) между обрабатываемым и инструментальным материалами. Внутри групп быстрорежущих сталей и вольфрамокобальтовых твер­дых сплавов коэффициенты трения и усадки не отличаются, а следо­вательно, P_z не изменяется.

При обработке резцами, оснащенными вольфрамотитанокобаль-товыми твердыми сплавами, величина P_z несколько уменьшается с увеличением содержания карбидов титана. Например, если при обра-

72

ботке РИ из быстрорежущей стали принять /z= 1, для тех же условий работы резцов, оснащенных твердыми сплавами, группы ВК P_z=\, а группы ТК P_z = 0,9...0,95.

Рис. 3.36. Длина линии

контакта детали и резца по

его задней поверхности

Влияние переднего и заднего углов. Как известно, при увеличении переднего угла у облегчается врезание зубьев РИ в заготовку, улучшается сход стружки, уменьшается де­формация обрабатываемого металла и сни­жается коэффициент усадки стружки, а сле­довательно, уменьшается сила P_z.

Влияние величины заднего угла на величину силы резания уста­навливается исходя из свойств металла упруго восстанавливаться. С уменьшением угла а увеличивается контакт задней поверхности РИ с поверхностью резания, что приводит к росту сил трения и реза­ния. Этому способствует то, что после прохождения режущей кромки металл приподнимается, или упруго восстанавливается, образуя до­полнительную площадку контакта «РИ — деталь» на длине / (рис. 3.36). Чем больше а, тем меньше длина контакта /, а следовательно, и сила P_z.

Установлено, что интенсивность влияния заднего угла на силы резания невелика. С увеличением а от 2 до 10° Р_г уменьшается всего на 6 %, а Р_у — на 17 %. При дальнейшем увеличении а силы резания остаются почти постоянными.

Рис. 3.37. Влияние главного угла в плане на силы резания

Влияние главного угла в плане. По мере увеличения угла (р при об­работке чугуна сила P_zуменьшается, а при обработке стали P_z сначала уменьшается, а затем (при <р = 50°) возрастает (рис. 3.37). Такой ха­рактер зависимости Р_г =/(ср) объясняется тем, что увеличение ср при­водит к уменьшению ширины b и увеличению толщины среза а, хотя

73

Рис. 3.38. Изменение криволинейной части режущей кромки резца

при этом глубина резания и подача остаются неизменными. Такое из­менение величин b и а уменьшает силу P_z. Кроме того, большему зна­чению угла ф будет соответствовать: 1) большая длина криволиней­ной части главной режущей кромки 4з > 4ь что усложняет условия резания и способствует увеличению силы P_z (рис. 3.38, а, б); 2) мень­шее значение угла уг вспомогательной режущей кромки в секущей плоскости А—А, в то время как передние углы у и у<2> в главной секу­щей плоскости N—N будут одинаковыми при различных значениях угла ф (рис. 3.38, в, г), а это также приводит к увеличению силы P_z. Та­ким образом, увеличение угла ф оказывает сложное влияние на силу P_z. При малых значениях угла ф большее воздействие на величину силы P_z оказывает изменение ширины и толщины среза, а при работе резцами с ф > 50° преобладает влияние радиуса криволинейной части режущей кромки и значения угла у₍2>.

Влияние величины угла ф на силы Р_у и Р_х объясняется изменением соотношения сил, действующих в горизонтальной плоскости. Как видно из рис. 3.39, с увеличением угла ф сила Р_х возрастает, а сила Р_у уменьшается. При ф = 90° сила Р_у = 0.

74

Рис. 3.39. Влияние главного угла в

плане на величину составляющих

сил резания

Рис. 3.40. Влияние радиуса сопряже­ния р на величину составляющих сил резания

Вспомогательный угол в плане и угол наклона главной режущей кромки. Эти углы оказывают незначительное влияние на величину силы резания, а поэтому это влияние для практических случаев не учитывают.

Влияние радиуса сопряжения режущих кромок. Увеличение радиу­са г, как и уменьшение главного угла в плане ср, изменяет условия ре­зания (рис 3.40). При увеличении г как бы растет ширина и уменьша­ется толщина среза при неизменных значениях (hs. Кроме того, это приводит к увеличению деформации срезаемого металла и уменьше­нию переднего угла вспомогательной режущей кромки [4, 78].

Влияние перечисленных параметров на силы резания учитывают частными коэффициентами, произведения которых дают обобщен­ные коэффициенты Ср_г, Ср_у, С_Рх в формулах (3.31)...(3.33).