Аналитическое определение составляющих силы резания при точении с учетом упрочнения материала Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Сальников В.С., д-р техн. наук, проф.,Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Хоанг Ван Чи, магистрант,[email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет

OPERATIONAL INSTRUMENTS FOR MONITORING THE CUTTING PROCESS

Salnikov V. S., Hoang Van Chi

Showing the justification of effective control parameters of the cutting process and presenting the choice of operational tools to monitor the cutting process.

Key words: Cutting, monitoring, instruments, factor.

Salnikov V.S., doctor of engineering, professor, (8910)-947-0279, Russia, Tula, Tula state university,

Hoang Van Chi, magistr, (8920)-752-49-68, [email protected], Russia, Tula, Tula state university

УДК 621.99

АНАЛИТИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТАВЛЯЮЩИХ СИЛЫ РЕЗАНИЯ ПРИ ТОЧЕНИИ С УЧЕТОМ УПРОЧНЕНИЯ МАТЕРИАЛА

Нгуен Ван Кыонг

Получены аналитические зависимости составляющих сил резания от режимов с учетом действительного предела прочности обрабатываемого материала. Представлены уточенные теоретические зависимости.

Ключевые слова: силы резания, упрочнение материала, аналитические зависимости.

Анализ сил играет важную роль в характеристике процесса резания, так как износ инструмента и текстуры поверхности в большой степени зависят от силы. В общем случае величина и направление равнодействующей силы R зависят от множества факторов: степени деформации металла в зоне резания, формы и размеров поперечного сечения среза, физикомеханических свойств обрабатываемого материала, геометрических параметров режущего инструмента и степени его износа.

В периодических изданиях опубликованы работы M. Milutinovic, Lj. Tanovic [1], J. Wang, C.Z. Huang, W.G. Song [2], Raja K. Kountanya, William J [3], Васина С.А., Верещаки А.С [4] и др. [5-8], посвященные исследованиям влияния износа инструмента на составляющие силы резания при точении. Ортогональная система для описания составляющих сил резания металла была впервые предложена Merchant [6] (рис. 1).

Рис. 1. Элементы износа и заточки резца

Зависимости составляющих силы резания, действующих на прямолинейном участке резца [1,2,4]:

Px = (F cos g- N sin g + N1) • sin y; (1)

Py = (F cos g- N sin g + N1) • cos y + N2; (2)

Pz = F sin g + N cos g + F1, (3)

где y - угол между диагональю сечения срезаемого слоя и направлением подачи (рис. 2); F1, N1 - сила трения и сила нормального давления на задней поверхности инструмента, в свою очередь

F1 =m • N1; N1 = 4N\ • h3 •b -

где m - коэффициент трения; b - ширина срезаемого слоя, b = —-—; t -

sin j

глубина резания, мм; j - главный угол в плане; - среднее нормальное

напряжение на задней поверхности, qNi @ sb [4].

Зависимости (1) - (3) выражают соотношения между силами, возникающими при резании на передней и задней поверхности режущего клина. Чтобы связать эти зависимости с механическими свойствами обрабатываемого материала, рассмотрим модель, представленную на рис. 3.

Рис. 3. Схема сил на передней и задней поверхностях инструмента

Из схемы рис. 3 видно, что

N1 =аь ■ Из ■

Б1П ф

і

F1 -msb ■ h3 ~------•

sin j

Силу трения F на передней поверхности найдем из следующего выражения:

F - qF • b • c,

где c - длина контакта стружки с резцом, c @ a - s sin j [4]; qF - касательное напряжение на передней поверхности резца.

По данным [4] qF - 0,603, где 03 - действительный предел прочности обрабатываемого материала при растяжении. Тогда

F - 0,6о3 • t • s,

где N - сила нормального движения на передней поверхности инструмента.

Для того чтобы определить величину силы N, спроецируем силы на передней поверхности на плоскость сдвига (см. рис. 3):

Pt - N • cos(b - g) + F • sin(b - g) - N1 • sin b + Fi • cos b,

откуда

N

Pt - F sin(b - g) + N1 sinb - F cosb

cos(P - g)

Касательную силу в плоскости сдвига Рт определим следующим образом:

аЬ

рх=т-

sin b

где t - касательное напряжение в плоскости сдвига, t- 0,803 [4];

a • b

С cosg r„, ,

- площадь плоскости сдвига; b- arctg--'— [7]; Kl - коэффи-

sin b KL - sin g

циент усадки стружки.

Тогда

Pt = 0,8 • 03 St

sin b

st t t

0,803---------0,603st sin(b - g) + 0b^3-----sin b - mObh-------cosb

N - sin b sin j sin j _

cos(b - g)

где N2 - сила на участке зачищающей кромки инструмента, N2 - Ksobh3s; Ks - коэффициент, Ks » 2 [4] (см. рис.3).

Соответственно

st t t

0.803 —- - 0,6оэst sin(b -g) + ----sin b - ЦОъ^з----cos b

. sin b sin j sin j

Px = (----------------------------------------------------------sin g +

cos(b - g)

+ 0,6s^ts cos g + оъ^з—t—)sin y; (4)

sin j

st t t

0,8Og----0,6Ogst sin(b - g) + Оъ^з-sin b - ----cos b

Г, , sin b sin j sin j

Py = (---------------------------^^^----------------------sin g+

y cos(b - g)

+ 0,6s^ts cos g + Obh —t—) cos y + 2sb^3s; (5)

sin j

Pz = 0,6s^ts sin g + mObh3 —t—+

sin j

st t t

0,8оэ —- - 0,6оэst sin(b - g) + Оъ^з-sin b - тоъ^з--cosb

sin b sin j sin j

+-------------------------------------------------------cos g. (6)

cos(b - g)

Совокупность уравнений (4) - (6) представляет собой математические зависимости составляющих силы резания, которые учитывают действительный предел прочности материала во время резания. Последнее обстоятельство позволяет надеяться на повышение объективности при расчете составляющих сил резания.

Список литературы

1. Milutinovic M., Tanovic Lj. The effects of tool flank wear on tool life. Proceedings of the з4Ш International conference on production engineering nis, 2011. P. зз-з6.

2. Wang J., Huang C.Z., Song W.G. The Effect of Tool Flank Wear on the Orthogonal Cutting Process and Its Practical Implications // Journal of Materials Processing Technology. Vol. 142 (200з), зз8-з46.

3. Raja K. Kountanya, William J. Endres. Flank Wear of Edge-Radiused Cutting Tools under Ideal Straight-Edged Orthogonal Conditions

4. Васин С. А., Верещака А.С., Кушнер В.С. Резание материалов: Термомеханический подход к системе взаимосвязей при резании: учебник. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2001. 448 с.

5. Storch B., Zawada-Tomkiewicz A. Distribution of unit forces on the tool edge rounding in the case of finishing turning // Int. J. Adv. Manuf. Technol. (2012) 60. P. 45з-461.

6. Основы технологии машиностроения: учебник /под ред. А.С. Ям-никова Тула: Изд-во ТулГУ. 2006. 269 с.

7. Бобров В.В. Основы теории резания. М.: Машиностроение, 1976.

344 с.

8. Нгуен Ван Кыонг, Ямников А.С. Методология оптимизации режимов резания//Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2012. № 1 (291). С.56-63.

Нгуен Ван Кыонг, аспирант•, nguyencuong20032004@yahoo^com, Россия, Тула, Тульский государственный университет

ANALYTICAL DETERMINATION OF THE COMPONENT OF CUTTING FORCE IN TURNING HARDENED MA TERIALINCL USIVE

Nguyen Van Cuong

Advantages of use of planetary electric drives with two internal gearings are considered and stages of their designing with beforehand set kinematic and power parametres are resulted.• The original algorithm of parametrical synthesis of the planetary mechanism developed by authors is put in a basis of a technique of designing with two internal gearings•

Key words: lock armature, planetary gearing, the electric drive, pipeline transport, designing•

Nguyen Van Cuong, postgraduate, [email protected], Russia, Tula, Tula State University