CC BY
19
УДК 630*332.9+674.055:621.914.2
ИЗНОС ЛЕЗВИЯ ПРИ ФРЕЗЕРОВАНИИ ПОРОСЛИ И.М. Бартенев, С.В. Малюков
ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
В статье проанализирован износ лезвия при фрезеровании поросли. Представлены элементы резца, учитываемые при износе. Показан процесс резания реальным лезвием. Приведены графики для расчета коэффициента затупления резца.
Ключевые слова: износ лезвия, фрезерование поросли, процесс резания, расчет, коэффициент затупления резца.
Взаимодействие лезвия с упруговяз-ким материалом в процессе его резания характеризуется чрезвычайно сложными, главным образом, физическими явлениями, которые не поддаются строгому аналитическому описанию. Только при сочетании теории с экспериментом возможен подход к пониманию подлинной физической картины этого процесса, позволяющей делать важные в прикладном отношении выводы.
Зависимости усилия резания и работы резания от остроты лезвия указывают на то, что чем оно острее, тем значительнее облегчается процесс резания. Это обусловлено тем, что при более остром лезвии на его кромке легче создать контактное напряжение, необходимое для разрушения под ним материала с его разделением на части.
Во время работы режущего инструмента лезвие его под действием ударных нагрузок самопроизвольно обламывается, а затем острые кромки лезвия притираются, притупляются (рис. 1). Режущая кромка реального лезвия представляет некоторую кривую поверхность, соединяющую поверхности передней и задней граней [1].
Рис. 1. Схема реального лезвия
Впишем условно в поверхность режущей кромки цилиндрическую поверхность. Радиус р этой поверхности служит мерой остроты режущей кромки и называется радиусом округления (затупления) режущей кромки. Для лезвия
р=ро+Ар, (1)
где р - радиус округления режущей кромки произвольной остроты, мкм; ро - радиус округления режущей кромки после заточки, мкм; Ар - величина прироста затупления за время работы, мкм. Для лезвий из сталей ХВГ и 85ХФ принимают следующие значения ро: для фрез ро=4...6 мкм.
Прирост затупления составляет
Ар= Га Ц (2)
где у - величина затупления режущей
кромки, мкм/м;
Ь - путь резца, м.
Радиус закругления лезвия не может в полной мере характеризовать работоспособность режущего инструмента. Одно и то же состояние лезвия для одних условий считается тупым, неработоспособным, а для других условий - достаточно острым и работоспособным.
Понятие работоспособность и затупление всегда следует рассматривать во взаимосвязи с результатами работы лезвия: шероховатостью и точностью обработанной поверхности, энергопотреблением, производительностью и параметрами шума. Указанные параметры определяют критерий затупления.
Критерий затупления характеризуется максимально допустимым значением износа режущего инструмента, после достижения которого наступает его отказ, т. е. неработоспособное состояние.
Элементы резца, учитываемые при износе, показаны на рис. 2 (где Ац - линейное укорочение лезвия, измеренное по задней поверхности резца; 1 - длина лунки (впадины) по передней поверхности резца. Заштрихованная площадь - площадь износа резца; п - фаска по задней поверхности резца) [2].
Стружка, сходящая по передней поверхности резца, может выработать лунку на передней поверхности резца. Фаска, образующаяся на задней поверхности резца, уменьшает задний угол а, что при упругом восстановлении волокон увеличивает силу трения по задней поверхности резца.
V
у-йД \ \ \
Рис. 2. Микрогеометрия лезвия
Несмотря на микроразмер р, пренебрегать им нельзя, так как с увеличением р мощность и силы резания значительно возрастают, а шероховатость поверхности обработки увеличивается.
На рис. 3 показана схема резания древесины реальным лезвием. При внедрении лезвия в древесину разрушение последней происходит около наиболее выдвинутой точки лезвия п. Эта точка лежит на плоскости резания Рп. Отделяемая часть древесины, расположенная выше плоскости резания, скользит по передней грани лезвия и образует стружку.
Частицы древесины, расположенные ниже плоскости резания, подминаются режущей кромкой и задней гранью под лезвие. Так, точка т, лежащая на уровне плоскости резания, будет подмята резцом до уровня 1-1. Она опустится на величину тт1. Древесина под лезвием упруго-пластически деформирована. После прохода лезвия древесина освобождается и частично упруго поднимается на величину С. При этом обработанная поверхность располагается ниже плоскости резания на величину остаточной деформации.
Рис. 3. Схема резания древесины реальным лезвием
По мере затупления режущих кромок лезвий значения касательной силы резания увеличиваются. Увеличение силы резания учитывают коэффициентом затупления ат по задней поверхности лезвия и коэффициентом затупления ахрп по передней поверхности лезвия.
Рассчитывать единичную касательную силу резания для затупленного лезвия необходимо согласно выражению:
¥хт1=арр+арпка. (3)
Коэффициент ап при резании массивной древесины незначительно отличается от единицы, поэтому принимают арп=1. На рис. 4 линией ЕёАВ представлен график зависимости касательной силы резания для острого лезвия, линией ЕТй1АТВТ - для тупого лезвия. Фиктивная сила резания для тупого лезвия находится с учетом коэффициента затупления ар: рт = а(р.
Из точки Т проходит прямая линия АтВт зависимости касательной силы резания от толщины срезаемых макрослоев. Если арп=1, то прямые линии графика АВ и АтВт проходят параллельно.
Сила резания по задней поверхности лезвия:
для острого лезвия [3]
Ро
^ = (р + 0,1к)(-
Ро + 50
для тупого лезвия [3]
Ро +АР
Рхзг = (арр + 0,1* )(-
(4)
(5)
Ро +Ар + 50 Заменим отрезки парабол Её и прямыми линиями и получим два подобных треугольника:
и 0ёЕ. Составим отношение сторон этих треугольников
0ё_ 0Е
0ё 0Е Коэффициент затупления лезвия
к А а = 1 + (1 + 0,1-)- р
(6)
р Ро + 50 Из (7) следует, чем больше значение к и меньше р, тем больше значение коэффициента затупления а .
Вт
Кн,Н/мм
а, мм
Рис. 4. Графики для расчета коэффициента затупления [3]
Библиографический список
1. Глебов И.Т. Фрезерование древесины: учеб. / Екатеринбург: Урал. гос. ле-сотехн. ун-т, 2003. 169 с.
2. Бершадский А.Л., Цветкова Н.И. Резание древесины: учеб. / Минск: «Вы-шэйш, школа», 1975. 304 с.
3. Ивановский Е.Г., Василевская П.В., Лаутнер Э.М. Новые исследования резания древесины: учеб. / М.: Лесн. пром-сть, 1972. 128 с.
