О совпадении кривой течения в процессах резания и сжатия Текст научной статьи по специальности «Физика»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА им. С. М. КИРОВА

1976

Том 209

О СОВПАДЕНИИ КРИВОЙ ТЕЧЕНИЯ В ПРОЦЕССАХ РЕЗАНИЯ И СЖАТИЯ

В. А. ГОВОРУХИН, Г. Л. КУФАРЕВ

{Представлена объединенным научным семинаром кафедр станков и резания металлов

и технологии машиностроения)

Единство кривой течения при резании (плоская деформация) и сжатии (объемное напряженно-деформированное состояние) существенно упрощает определение напряжений и сил резания по статическим испытаниям обрабатываемого материала.

Установившегося, вполне определенного мнения о единстве кривой течения при резании и сжатии нет. Часть исследователей полагает, что единая связь между напряжениями и" деформациями отсутствует.

Так, проф. Н. Н. Зорев [1] определяет касательные напряжения при резании по формуле:

%р = А -гт при е = 2,5,

где

е — относительный сдвиг при резании; т — коэффициент упрочнения материала при сжатии; А — касательное напряжение при сжатии, при е= 1. Таким образом, он1 считает напряжения при резании не зависящими от степени деформации.

Проф. А. М. Розенберг [2], положив в основу вывода гипотезу о равенстве удельных работ при эквивалентных деформациях в процессах резания и сжатия, приходит к следующему выражению для каса-

В-гс

тельного напряжения при резании тр=__

1,5 (с+1)

В этом ур-авнении В и с—-постоянные, определяемые опытом сжатия. В — напряжение а, получаемое при е = 1;

с — тангенс угла наклона между прямой lg (ff) =f (Ige) и положительным направлением оси Ige. Принимая во внимание, что для сжа-

С:

тия <7г = В-ес,' а также ттах = — , где а* — интенсивность напряже-

2

ний, получим

2t

1,5 (с + 1)

Таким образом, касательные напряжения при резании и сжатии будут равны лишь в частном случае, когда коэффициент упрочнения с ж 0,33.

Другие исследователи полагают кривые течения при резании и сжатии совпадающими, но делают это гипотетически.

Для проверки совпадения кривых течения при резании и сжатии авторами были проведены две серии опытов. В первой серии опытов

проверялось совпадение кривых течения при сжатии и резании со скоростью V = 40 мм!мин, когда температурно-скоростной режим можно считать в каждом из этих процессов одинаковым.

В качестве исследуемого материала была принята латунь Л6.2. Для получения кривой течения при сжатии до /¿ = 2,5 была использована методика, изложенная в работе [2]. Она предусматривает последовательную переточку сжимаемого образца для сохранения отношения его диаметра к высоте, а также использование для уменьшения трения на торцах свинцовой фольги с нанесенной на нее коллоидной смесью графита с глицерином. В этих же опытах устанавливалась экспериментальная связь интенсивности напряжений с твердостью Н200, измерявшейся на приборе ПМТ-3 в различных стадиях деформации образца.

Образец для резания представлял пластину шириной 3 мм. В процессе резания проводилось измерение сил динамометром конструкции ВНИИ. Изменение конечной степени деформации в опытах достигалось изменением переднего угла резца и применением смазки. Для полученных стружек интенсивность деформации рассчитывалась по зависимости

+ (Ф-т)], (1)

у о

где

Ф — угол, определяющий положение условной плоскости сдвига;

у — передний угол резца. Интенсивность напряжений определялась по формуле

Уз

(2)

Касательное напряжение рассчитывалось при этом по замеренным динамометром силам резания и определенной в опыте площади условной плоскости сдвига. Полученные таким путем экспериментальные точки нанесены на кривую течения, полученную при сжатии — сплошная линия (рис. 1). Совпадение экспериментальных результатов при реза-

0 О? йм 0.3 0,8 Ю а? 1.6 /,8 2 0 2,2 ? интенсивность десрормации

Рис. 1. Связь между интенсивностью напряжений и интенсивностью деформаций в процессах сжатия и резания на микроскорости

нии и сжатии позволяет сделать вывод о том, что в условиях постоянства температурно-скоростного режима существует единая кривая течения.

МО

е

300 Мб 306 ЗГ/

ы 506 т М

т ж X.

—---- Чз^к ¿ио

232 236 - ^^

Ч*

^ //¿> 225 2!7

205 ДУ^Т—ли» л

17 2Н 202 №

Рис. 2. Распределение микротвердости и интенсивности деформаций в корне стружки ¿сталь 2X13, У = 56,5 м/мин., 5=0,31 мм/об., ¿=6 мм.л = 17°)

Во второй серии опытов резание двух притертых друг к другу дисков производилось на скоростях от 26 до 150 м/мин с поперечной подачей S = 0,31 мм/об. и передним углом резца у= 17°. На один из дисков наносилась делительная сетка, образованная концентрическими окружностями с шагом 0,05 мм и радиальными лучами, центральный угол между которыми составлял 5 мину?/Для получения корней стружек использовалось приспособление взрывного действия. В качестве обрабатываемого материала была принята сталь 2X13.

Интенсивность деформации по зоне стружкообразования рассчитывалась по специально разработанной для этого типа координатной сетки методике на ЭЦВМ — «Минск-1». На рис. 2а в качестве примера показано распределение интенсивности деформации для одного из корней (V = 56,5 м/мин).

Поле интенсивности напряжений определялось по распределению значений твердости в зоне стружкообразования (рис. 2 в) и полученной в опытах по сжатию связи Oi = f(H2оо). При этом считается надежно доказанным, что эта связь не зависит от вида напряженного состояния [3, 4, 5]. Совмещение полей интенсивности деформаций и интенсивности напряжений позволяет определить обе эти характеристики для любой точки пластически деформированной зоны в процессе резания, а значит, и построить кривую течения.

Дополнительные опыты с измерением сил в процессе резания позволили получить зависимость а,-—е*, определяя е* и а* соответственно по формулам (1) и (2).

На рис. 3 сплошной линией изображена кривая течения при сжатии, пунктирной — связь а-—ег- при резании с высокими скоростями,

о.г ofi 0,6 о,8 ио иг ¿t4 it6 it8 г,о интенсивность деформаций, Q^

Рис. 2. Связь между интенсивностью напряжении и интенсивностью деформации в процессах сжатия и резания на высокой

скорости

полученная по формулам (1) и (2). Однако кривой течеция эту связь назвать нельзя. Многочисленные опыты и, в частности, опыты Н. Н. Зо-рева [1] говорят о том. что эта связь может быть любой в зависимости от интенсивности влияний в данном конкретном процессе, скорости деформации, увеличивающей напряжения и температуры, которая снижает напряжения. Черные точки на рис. 3 вырисовывают кривые течения для 3-х случаев резания (]/ = 26,5— 56,5 — 91 м/мин), полученные совмещением полей интенсивности деформаций и твердости. При этом можно видеть, что кривые течения при резании и сжатии совпадают лишь в частном случае, когда точка конечной деформа-

ции при резании располагается на кривой сжатия. Во всех других случаях кривая нарастания напряжений с ростом деформации при резании отличается от таковой при сжатии.

При этом следует представлять, что каждая из точек полученных кривых течения при резании имеет свое, присущее только ей сочетание температуры и скорости деформации. По мере прохождения каждой материальной точки через зону стружкообразования в описываемых опытах скорость деформации сначала нарастала, достигая

значений £¿ = 6000 - (корень № 79), снижаясь затем до нуля, а тем-

сек

пература непрерывно увеличивалась.

Таким образом, история деформации каждой материальной точки срезаемого слоя чрезвычайно сложна, т. е. отсутствие совпадения кривой течения при сжатии и связи —ег при резании закономерно.

ЛИТЕРАТУРА

1. Н. Н. Зоре в. Вопросы механики процесса резания металлов, Машгиз, 1956.

2. Резание металлов и инструмент, под ред. А. М. Розенберга. Машиностроение, 1964.

3. Л. А. X в о р о с т у х и н. Расчет сил при скоростном резании на основе физико-механических характеристик металлов. Диссертация, Томск, 1953.'

4. А. М. Розенберг, Л. А. X в о р о с т у х и н. Твердость и напряжение в пластически деформированном теле, ЖТФ, т. XXV, вып. 1, 1955.

5. А. М. Розенберг, А. Н. Еремин. Элементы теории процесса резания металлов, Машгиз, 1956.