CC BY
32
УДК 674.023:621.9 И. Т. Глебов
Глебов Иван Тихонович родился в 1938 г, окончил в 1961 г. Уральский лесотехнический институт, кандидат технических наук, профессор кафедры станков и инструментов Уральского государственного лесотехнического университета, почетный работник высшей школы. Имеет более 80 научных трудов и 100 авторских свидетельств и патентов на изобретения.
О КОЭФФИЦИЕНТЕ ТРЕНИЯ ПРИ ФРЕЗЕРОВАНИИ ДРЕВЕСИНЫ
Предложена методика расчета коэффициента трения на передней поверхности лезвия при фрезеровании древесины; приведены расчетные данные в зависимости от различных факторов процесса резания.
Ключевые слова: резание, древесина, лезвие, угол трения, коэффициент трения.
При резании древесины затрачиваемая энергия расходуется на упруго-пластическое деформирование обрабатываемого материала и лезвия, а также на трение. Зная величину коэффициента трения, можно прогнозировать износ лезвий и точнее анализировать процесс резания.
В настоящее время разработана молекулярно-механи-ческая теория трения [3], согласно которой твердые тела вследствие шероховатости и волнистости их поверхностей при взаимодействии контактируют не всей номинальной поверхностью, а только пятнами, выступами. В результате различной твердости тел их контактирующие области взаимно внедряются. При движении имеет место упругое и пластическое оттеснение материала, его выцарапывание и нагребание. В местах контакта происходит молекулярное сцепление, сопровождающееся глубинным вырыванием материала, или молекулярное сцепление пленок, которыми тела покрыты.
Изменение коэффициента трения скольжения срезаемого слоя с передней поверхностью лезвия
Рис. 1. Изменение коэффициента трения скольжения ц на передней поверхности лезвия от плотности р и твердости Н древесины и среднего давления q
1
У
Рис. 2. Касательные и нормальные силы резания на поверхностях лезвия: а - ф < у; б - ф = у ;
Л, «-¥- ^г
» | г ^ ч г
а у б
е - ф > у
в
показано на рис. 1 [2]. При увеличении плотности и твердости древесины, а также давления на контактной поверхности, коэффициент трения скольжения уменьшается. Известно, что с повышением влажности и температуры древесины, шероховатости поверхности лезвия и скорости скольжения он увеличивается.
Коэффициент трения скольжения на передней поверхности лезвия можно определить расчетным путем.
На рис. 2, а нормальные составляющие силы резания N направлены по нормали к поверхностям. Нормальная сила резания на передней поверхности лезвия ¥п имеет отрицательный знак, на задней поверхности ¥гз - положительный. В этом случае угол трения ф меньше переднего угла резания у.
Возможен случай, когда сила ¥гп = 0 (рис. 2, б) и угол трения ф = у.
Возможен также вариант, когда обе нормальные составляющие ¥гп и ¥гз имеют знак плюс и действуют в направлении оси Z (рис. 2, е). В этом случае угол ф > у.
Разность углов ф и у для всех возможных случаев с учетом знака
Отсюда следует, что коэффициент трения срезаемого слоя на передней поверхности лезвия
Единичную радиальную (нормальную) составляющую силы резания часто выражают через единичную касательную силу резания ¥х1 и переход-
ф - у = агс^ —^
(1)
(2)
ный множитель т: ¥г1 = т¥х1. При этом т = т1 + т2 (т1 - зависит от радиуса закругления режущей кромки и толщины срезаемого слоя, т2 - от угла резания лезвия [4]). Единичная касательная сила резания
¥л =арр + ка, (3)
где ар - коэффициент затупления режущей кромки лезвия; р - фиктивная сила резания, Н/мм;
к - касательное давление срезаемого слоя на переднюю поверхность
лезвия, МПа; а - толщина срезаемого слоя, а > 0,1 мм.
Коэффициент затупления режущей кромки лезвия можно найти по следующей формуле [1]:
к) _А
Р Ро + 50
где Ар - затупление режущей кромки, мкм;
ро - начальный радиус закругления режущей кромки, для фрез ро = 5 мкм. Единичная радиальная сила резания на передней поверхности лезвия
¥гп1 = ¥г1 — ¥гз1 , (5)
где ¥гз1 - единичная радиальная (нормальная) составляющая силы резания, действующая на задней поверхности лезвия, ¥гз1 = ¥хз1//. Единичную касательную силу резания на задней поверхности лезвия ¥хз1 можно найти по формуле [1]:
= ¥ _Р_
" т' х0,1 ,„
р + 50 р + 50
ар= 1 + (1 + 0,1 )-^ , (4)
¥хз1 = (арр + 0,1к= ¥Х0Л^77:, (6)
где р - радиус закругления режущей кромки лезвия, мкм.
Коэффициент трения / на задней поверхности лезвия, по данным А. Л. Бершадского:
/ = А. (7)
аР
Здесь ар - коэффициент затупления режущей кромки лезвия. По формуле (5) получим
0,5ра2 ¥Х01
¥гщ = ¥г1 - ¥ы = т¥х1--:-. (8)
(Р + 50)
Единичная касательная сила резания на передней поверхности лезвия
¥хп1 = ¥х1 — ¥хз1 = ¥х1 — ¥х0,1 777. (9)
р + 50
Угол резания Коэффициент трения при толщине срезаемого слоя, мм
лезвия 0,10 0,15 0,30 0,40
50 0,530/0,395 0,461/0,289 0,386/0,239 0,371/0,264
55 0,537/0,394 0,463/0,288 0,383/0,240 0,365/0,267
60 0,546/0,395 0,486/0,292 0,382/0,246 0,362/0,274
70 0,563/0,403 0,482/0,306 0,386/0,264 0,362/0,292
80 0,567/0,404 0,486/0,318 0,386/0,281 0,360/0,307
Примечание. В числителе приведены данные при р = 10 мкм, в знаменателе - 35 мкм.
Из формулы (2) получим формулу для расчета коэффициента трения на передней поверхности лезвия:
т(р + 50)^х1 - 0,5ра2 ^х01
р = 1в[у + агС^ ——-—- р х0,1 ]. (10)
^ ё1Г ё (р + 50) ^ -р^ ' ' '
Рассчитаем по формуле (10) коэффициент трения на передней поверхности лезвия при резании древесины сосны.
Расчеты проведены для случая фрезерования древесины фрезой диаметром 100 мм при скорости главного движения 30 м/с и глубине фрезерования 2 мм. Начальный радиус закругления режущей кромки острого лезвия равен ро = 5 мкм. Результаты расчета коэффициента трения срезаемого слоя на передней поверхности лезвия при фрезеровании представлены в таблице.
Как видно из данных таблицы и рис. 1, расчетные значения коэффициента трения близки к экспериментальным.
При фрезеровании древесины сосны лезвием с радиусом закругления режущей кромки 10 мкм и углом резания 80° изменения глубины фрезерования, диаметра фрезы, скорости главного движения практически не сказываются на коэффициенте затупления (см. таблицу).
При радиусе закругления режущей кромки 35 мкм и угле резания 80° изменения глубины фрезерования, диаметра фрезы и скорости главного движения приводят к некоторому изменению коэффициента трения.
По сравнению с данными таблицы для тех же значений толщины срезаемого слоя увеличение глубины фрезерования до 4 мм соответственно вызывает увеличение коэффициента трения: 0,415; 0,325; 0,284; 0,309.
При скорости главного движения V = 25 м/с коэффициент трения соответственно составляет 0,385; 0,306; 0,275; 0,304; при V = 40 м/с - 0,441; 0,343; 0,291; 0,314.
При диаметре фрезы 150 мм коэффициент трения равен 0,399; 0,315; 0,279; 0,306.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Глебов, И. Т. Резание древесины: избранные лекции [Текст] / И.Т. Глебов. - Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2005. - 98 с.
2. Ивановский, Е.Г. Резание древесины [Текст] / Е.Г. Ивановский. - М.: Лесн. пром-сть, 1974. - 200 с.
3. Крагельский, И.В. Коэффициент трения [Текст] / И.В. Крагельский, И.Э. Виноградов. - М., 1962. - 220 с.
4. Суханов, В.Г. Резание древесины и дереворежущий инструмент [Текст] / В.Г. Суханов, В.В. Кишенков. - М.: МГУЛ, 2002. - 168 с.
Уральский государственный лесотехнический университет
Поступила 20.01.06
I.T. Glebov
On Friction Coefficient in Wood Milling
Computation technique for friction coefficient on the front surface of a blade in wood milling is offered. Design data are provided depending on various factors of the cutting process.
