CC BY
0MEXANIKA
УДК 621.91
ИССЛЕДОВАНИЕ И АНАЛИЗ ПРОЦЕССА СТРУЖКООБРАЗОВАНИЯ
Исаев Дониёр Тошботирович Навоийский государственный горно-технологический университет, PhD, доцент
E-mail: doniyor_isayev@mail.ru
Жураев Нодирбек Нормуродович Навоийский государственный горно-технологический университет, PhD, доцент, E-mail: Nodirjura@mail.ru
Эрмаматова Рухшона Эркин кизи Навоийский государственный горно-технологический университет, студент E-mail: doniyor_isayev@mail.ru
Очилов Зойржон Туйназар угли Навоийский государственный горно-технологический университет, студент E-mail: doniyor_isayev@mail.ru
Аннотация. Управление процессом стружкообразования, в частности определения первичного вида элемента стружки-сливной или циклической на прямую имеет зависимость от режимов резания при механической обработке, геометрии режущей части инструмента, а также от характерных свойств обрабатываемого материала. Создание реологической модели в зоне резания является основной для вычисления цикличной частоты формирования элементов стружки и ее зависимостей.
Annotasiya. Qirindi hosil bo'lish jarayonini boshqarish, xususan, qirindi elementining asosiy turini - uzluksiz yoki siklikni aniqlash, to'g'ridan to'g'ri ishlov berish paytida kesish sharoitlariga, asbobning kesish qismining geometriyasiga, shuningdek, materialning xarakterli xususiyatlariga bog'liq qayta ishlangan. Kesish zonasida reologik modelni yaratish qirindi elementlarining hosil bo'lishining siklik chastotasini va uning bog'liqligini hisoblash uchun asosiy hisoblanadi.
Annotation. Controlling the chip formation process, in particular determining the primary type of chip element - continuous or cyclic, directly depends on the cutting conditions during machining, the geometry of the cutting part of the tool, as well as on the characteristic properties of the material being processed. Creating a rheological model in the cutting zone is fundamental for calculating the cyclic frequency of formation of chip elements and its dependencies.
Kalit so'zlar: qirindilarni shakllantirish, аsbobning aloqa maydoni, qirindi elementi, kesish jarayoni, dinamik model, reologik model.
Key words: chip formation, the contact area of the tool, the chip element. the cutting process, the dynamic model, the rheological model.
Ключевые слова: стружкообразование, зона контакта инструмента. элемент стружки, процесс резания, динамическая модель, реологическая модель.
Введение
Механические, тепловые и термомеханические процессы служат основой для изучения процесса стружкообразования, который составляет сущность всего процесса резания: деформаций, напряжений и т.п. Для решения большинства задач необходимо учитывать изменение механических свойств материала, влияние условий резания на зоны деформации.
Следует выделить несколько направлений, способствующих становлению процесса стружкообразования термомеханика резания, теплофизика резания, непосредственно, сама механика резания, которая включает в себя кинематику, динамику, колебания, силы
Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali 5-jild, 1-son, 2024 Maxsus son
MEXANIKA
резания, а также, прочность режущего инструмента.
На протяжении многих лет, процесс стружкообразования представляет собой огромный интерес для исследований в области обработки материалов резанием. Значимость, представляемая элементным стружкообразованием, связана с применением материалов, имеющих особые физико-механические свойства. Обработка данных материалов сопровождается определенными трудностями и образованием элементной стружки.
В свою очередь, при обработке материала резанием, срезаемый поверхностный слой материала поддается пластическому деформированию и преобразованию в стружку. Глубина деформации поверхностного слоя может достигать от сотых долей до нескольких десятых долей миллиметра. В связи с этим, физические и механические свойства материала отличаются от исходных, вследствие нагрева обрабатываемого материала в зоне резания, без его разрушения. Существуют основные виды пластической деформации при обработке материала резанием: деформация сжатия и сдвига, также, возможно возникновение деформации растяжения при больших передних углах в плане. Одной из основных характеристик свойств обрабатываемого материала является такая составляющая, как предельная величина степени деформации. Данная величина зависит от температурно-скоростного фактора, также, от свойств обрабатываемого материала. Если же величина предельной степени деформации начинает достигать максимального значения, обрабатываемый материал начинает разрушаться, вследствие этого происходит частичное или полное отделение, уже сформированного, элемента стружки.
Основой обработки резания является стружкообразование, то есть процесс отделение срезаемого слоя материал от заготовки[2]. Данный процесс принято делить на несколько видов стружех, отличающиеся друг от друга физическими параметрами, И. А. Тиме предложил классификацию и дал полное ее объяснение. Он поделил их на три большие группы- сливная, элементная, суставчатая. Но модель Тиме предполагал, что зоне резания АО имеется лишь одна плоскость срезания слоя стружки от заготовки (рис 1). В последствии теория была опровергнута, и на данный момент принято считать, что резания происходит в объёмной зоне стружкообразования (рис.2).
Рис 1. Модель И. А. Тиме Рис. 2 Объёмная модель в зоне АО
Основная причина перехода от сливного стружкообразования к образованию элементных стружек заключается в неустойчивости процесса упругопластических деформаций в зоне стружкообразовании. Рассмотри процесс стружкообразования.
Динамическая устойчивость технологической системы и снижение уровня вибраций, возникающих в процессе резания, являются залогом стабильности стружкообразования [4]. Поэтому анализируя модели поведения представленные В.В. Максаровым, Д. В. Васильковым, В. А. Кудиновым и др. можно воссоздать практическую модель в зоне стружкообразования. Реологическая модель процесса стружкообразования учитывает свойства материала, из которого изготавливается деталь, а также параметры
Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali 5-jild, 1-son, 2024 Maxsus son
MEXANIKA
режущего инструмента и условия обработки.
На рис.3 Представлена обобщенная реологическая модель процесса резания, в которой описывается процесс образования сливной стружки. За основу была взята двухэлементная модель Фойхта.
Рис. 3 Реологическая модель стружкообразования.
Сам процесс описывается в трёх этапах процесса резания.
1. При воздействии лезвия инструмента на срезаемый слой впереди него создается упруго-пластическая зона, сконцентрированная в ограниченной области обрабатываемого материала и примыкающая к передней поверхности лезвия инструмента. Здесь 1-элемент упругости, 2-вязкости, 3-пластичности в процессе стружкообразования;
2. В некоторых областях деформированного элемента напряжения смятия превосходят предел прочности обрабатываемого материалом, и этот элемент разрушается путем пластического сдвига по некоторой поверхности или плоскости сдвига. Здесь 4 и 5 отображают вязкость и упругость в процессе взаимодействия стружки с передней поверхностью инструмента.
3. В момент разрушения сопротивления элемент сдвига снижается, а продолжающееся движение инструмента приводит к формированию нового элемента и повторению первого этапа, элемент 6 отображает процесс контактного взаимодействия заготовки с задней поверхностью инструмента.
Передаточная функция 2-х элементной модели Фойхта (рис. 3), моделирующая схему с одной плоскостью сдвига имеет вид:
W (p) = ■
к
Тр + 1, (1) где Т- постоянная времени стружкообразования; к - коэффициент усиления. Указанная модель использована в работах проф. В.А. Кудинова для моделирования процесса резания в простейшем виде [1]. Одной из характеристик сливного и элементного стружкообразования служит время образования элемента, т.е. период, через который цикл формирования элементов периодически повторяется.
Расчет модели Фойхта приведен в работах В.В, Максарова [4]. Угол наклона плоскости сдвига Р можно определить по методике проф. С.С. Силина, по которой находятся все параметры процесса резания. [5] С этой целью был разработан программный модуль в системе МАТЬАВ[6].
Для расчета частоты циклического стружкообразования необходимо знать величину угла наклона плоскости сдвига Р (или связанную с ним поперечную усадку стружки ка) и модуля упругости в функции температуры материала в плоскости сдвига, т.е. температуру пластической деформации.
Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali
5-jild, 1-son, 2024 Maxsus son
MEXANIKA
Проведя анализ можно полагать, что частота формирования элементов стружки определяется по формуле:
1
f =
-
1+
(2)
с учетом того, что отношение постоянного времени стружкообразования Т2 и ТТ, характеризующий процесс трения на передней поверхности, мало в сравнении с единицей. Инерционная постоянная времени Т1 вычисляется по формуле (3):
-i =
4-р-XЭ -F • cosß
E (-) -V
(3)
откуда видно, что с ростом скорости резания постоянная времени Т1 уменьшается, т.е., по формуле (2) увеличивается частота циклического стружкообразования. Результаты расчета циклической частоты формирования элементов стружки в зависимости от скорости резания V и подачи S (через угол Р) представлены на рис. 4. Расчет выполнен в системе МА^АВ. [6]
35 ^ 30 -25 ~ 20 15 10 5
го
I-
о
S = 0,4 мм/об
---S = 0,2 мм/об2
S = 0,1 мм/об
о го т
0
50 100 200 300 40С
Рис. 4 Зависимость частоты циклического стружкообразования f от скорости
резания V и подачи S
Из рис. 4 следует, что влияние скорости резания и подачи на частоту стружкообразования увеличивается с их ростом. Так на чистовых проходах при высоких значениях скорости резания V = 400-500 м/мин частота циклического стружкообразования, находиться в диапазоне 8 - 30 кГц. При обычных скоростях резания 50-100 м/мин частота циклического стружкообразования не превышает 2,5 кГц при всех значениях подачи.
Заключение
Проведен обширный анализ научно-исследовательских работ современников, описанных выше. Используя полученные результаты на основе обобщенной трехэлементной реологической модели, можно управлять процессом стружкообразования (выбирать вид формирующейся стружки) в зависимости от свойств пары инструментального и обрабатываемого материалов, режимов обработки и геометрии режущего инструмента.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кудинов В. А. Схема стружкообразования (динамическая модель процесса резания). // Станки и инструменты. 1992-№10-с.14-17; -№11-с.26-29.
2. Попок, Н. Н. П 58 Теория резания: учеб. пособие для студ. машиностроительных спец. / Н. Н. Попок. - Новополоцк: ПГУ, 2006. - 228 с.
3. Е.Н. Сенькин. Резание металлов. Математическое моделирование и векторная
Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali
5-jild, 1-son, 2024 Maxsus son
MEXANIKA
оптимизация процесса сливного стружкообразования. Учебное пособие. Санкт-Петербург. Изд-во Политехнического ун-та,407с. 2015.
4. В. В. Максаров. Моделирование процесса стружкообразования на основе реологических свойсвт металлов. // Новые материалы и технологии производства. №6(84)-2014 г.
5. Силин С.С. Метод подобия при резании материалов- М.: Машиностроение. 1979-152 с.
6. Исаев Д. Т., Уразманова З. Р. Методика комплексной обработки твердосплавных пластин из сплава h13a //Наука, общество, технологии: проблемы и перспективы взаимодействия в современном мире. - 2022. - с. 23-27.
Mexanika va Texnologiya ilmiy jurnali
5-jild, 1-son, 2024 Maxsus son
