CC BY
10
© B.C. Матвеев, K.B. Баннов, A.A. Чуднов, 2012
B.C. Матвеев, K.B. Баннов, А.А. Чудно?
ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ДЛИНА КОНТАКТА СТРУЖКИ
С МЕТАЛЛОРЕЖУЩИМ ИНСТРУМЕНТОМ
ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ДЕТАЛЕЙ ГОРНЫХ МАШИН
Представлен вывод уравнений для количественной оценки полной длины контакта стружки с инструментом в абсолютном и в относительном видах. Предложен новый метод описания фундаментальной экспериментальной закономерности полученной группой Томских исследователей. Ключевые слова: горно-шахтное оборудование, резание металлов.
Изготовление деталей машин и приборов горношахтного оборудования на металлорежущих станках, имеет решающее значение для развития металлургии и ее сырьевой базы, а так же топливно-энегретического комплекса страны. Поэтому изучение разных тонкостей самого процесса всегда было и остается нацеленным на повышение эффективности машиностроительного производства.
Одна из важных опытных зависимостей связывает полную длину контакта (сЕ) стружки с передней гранью резца, толщиной срезаемого слоя (а), углом трения (п), передним углом металлорежущего инструмента (у), углом сдвига (ф), углом действия (ю) и толщиной стружки (а1 при сливном и зубчатом струж-кообразовании. Однако до сих пор эти закономерности имеют лишь качественное обоснование.
Классическая модель (рис. 1) процесса, созданная основоположником науки о резании металлов Тиме И.А. не позволяет дать ей теоретическое объяснение. На рис. 2 дана новая модель этого же процесса — модель ТПУ.
Цель данной статьи — вывод уравнений для количественной оценки полной длины контакта стружки с инструментом в абсолютном (с_Е) и в относительном (СЕ/а) видах. Расчетная схема Тиме И.А. дает выход на связь между ф и у, где ^ = ¡/¡1— усадка срезаемого слоя по длине численно совпадающая с отношением а/а при отсутствии уширения стружки. Поэтому С,1 = ¡/¡1 = а/ах = зачастую называют коэффициентом усадки стружки или, еще короче, усадкой стружки.
Рис. 1 Классическая расчетная Рис. 2 Расчетная схема — ТПУ. схема И.А. Тиме (1869г.), ОА — ОВ — условная плоскость дейст-условная плоскость сдвига УПС вия (УПД)
Рис. 3. Эмпирическая закономерность М.Ф. По-летики (Томск ТПИ)
В качестве тестового материала для проверки следствий, вытекающих от введения УПД, выбрана эмпирическая закономерность, представленная на рис. 3.
Эта фундаментальная закономерность по-получена группой Томских исследователей (В.С. Кушнер, А.И. Афонасов и др.) под руководством М.Ф. Полетики в 1962г.
Возникновение концепции ТПУ обязано развитию логики приложения 3-его закона Ньютона к анализу явлений процесса направленного разрушения металлов резанием. Логика этого закона реализовывалась и ранее, но лишь, как условие равновесия сил и моментов.
Новизна рассматриваемого подхода заключается в том, что при анализе взаимодействия 3-ех тел: срезаемого слоя (тело №1), безламельной сливной стружки (тело №2) и металлорежущего клина (тело №3), сделано предположение о наличии нейтральной
поверхности нагружения клина, совпадающей с биссектрисой АВ угла АОГ. Обозначим угол АОГ — V и назовем его углом размещения стружки. В качестве первого приближения поделим угол V пополам. Одну половину угла IV (от УПС до УПД) обозначим
С', а вторую — (от УПД до передней грани металлорежущего клина) ч'у. По определению '"'Ф " '' г "" у , следовательно
По умолчанию на нейтральной поверхности касательное напряжение отсутствует, а на АВ действует только рассредоточенная нормальная нагрузка. Вдоль ОВ действует напряжение растяжения приводящее к вытянутости продеформирован-ных зерен обрабатываемого металла, перешедшего из срезаемого слоя в стружку.
Рис. 4 позволяет визуализировать интегральное воздействие на металлорежущий клин срезаемого слоя и безламельной стружки. В итоге на переднюю поверхность действует жестко зона сложного вида НАВОР. На участке ОД это действие будет непосредственным и, как следствие, очень жестким. Здесь форформируется участок пластического контакта. Действие на
(1)
Рис. 4
Рис. 5
участке ГД будет косвенным и, как следствие, мягким (слабым). Здесь формируется участок упругого контакта. Из построений видно, что ОД=ДГ=ОА.
Из схемы (рис. 4) вытекает выражение для относительной длины контакта (2)
При
К- 1
, выражение (2) приобретает простейший вид
Угловая аппроксимация (рис. 5) и аппроксимация параллельными линиями (рис. 6) тестового массива согласованно показывают, что уравнение 5 вполне удовлетворительно описывает экспериментальные данные, приведенные на рис. 3, для диапазона ^ от 1 до 11.
Итогом представленного анализа является утверждение о правомочности расчетной схемы ТПУ, из которой вытекают теоретические уравнения (2) и (3), пригодные для инженерных расчетов абсолютных и относительных длин контакта стружки с металлорежущим инструментом.
2 4 6 8
Рис. 6
Необходимость в расчетах длин контакта возникает всякий раз как при конструировании металлорежущих станков, технологических приспособлений, инструментов и сменных многогранных пластин (СМП), так и при их грамотной эксплуатации в реальных производственных условиях с любым уровнем автоматизации. Так при эксплуатации МРИ с СМП, имеющих плоскую переднюю поверхность, важно правильно рассчитать расстояние до твердосплавной накладки, прижимающей СМП, с тем, чтобы на выходе получать легко самоудаляющуюся дробленую на отрезки металлическую стружку.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Полетика М.Ф. Теория резания металлов — Томск.: ТПУ, 2002 — 200 с.
2. Полетика М.Ф. Контактные нагрузки на режущих поверхностях инструмента — М.: Машиностроение, 1969 — 151 с.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Матвеев B.C. — доцент, профессор, Баннов K.B. — ассистент, Чуднов A.A. — студент,
Юргинский технологический институт (филиал) Национального исследовательского Томского политехнического университета.
