CC BY
20
УДК 621.002:536.2
СИСТЕМА НЕОБХОДИМЫХ И ДОСТАТОЧНЫХ УСЛОВИЙ ПРОЦЕССА РАЗРУШЕНИЯ ВИТКА СЛИВНОЙ СТРУЖКИ
Д.С. Зябрева, С.Я. Хлудов, О.В. Чечуга
Определены критерии разрушения витка стружки при точении. Описана система необходимых и достаточных условий разрушения витка сливной стружки. Установлена закономерность влияния скорости резания на величину относительной жесткости витка стружки.
Ключевые слова: разрушение витка стружки, скорость резания, форма стружки, толщина поперечного сечения стружки, сливная стружка.
Принятие обоснованного решения при выборе конструкции инструмента на этапе проектирования технологической операции токарной обработки предопределяет условия завивания стружки и разрушение ее витка.
Экспериментальными исследованиями установлено [1], что разрушение витка стружки происходит под воздействием силы реакции со стороны препятствий, которое вызывает торможение стружки в месте контакта. Изменение скорости движения отдельных слоев стружки и образование ее новых слоев, изменяют напряженно-деформированное состояние витка и приводят к его деформации. Слои материала стружки, расположенные у ее открытой стороны и испытывающие в процессе стружкообразования деформации сжатия и сдвига, в этот момент подвергаются деформации растяжения. Если интенсивность напряжений аи в слоях материала стружки, расположенных у ее открытой стороны, превышает предел его прочности ов, происходит разрушение ее витка.
Таким образом, выражение
является достаточным условием для разрушения стружки.
В работе [1] было установлено, что разрушение витка стружки это следствие дополнительного воздействия на него со стороны препятствий. В этом случае взаимодействие стружки с препятствиями это необходимое условие ее разрушения.
В процессе преобразования припуска в стружку, последняя может принимать различные формы и размеры. В работе [2] приведена классификация форм стружки. Анализ приведённых форм показал, что только для случая, когда стружка имеет форму прямой, разрушение витка не осуществляется. Поэтому для обеспечения стружколомания ее форма должна быть отличной от прямой.
Необходимым условием условиями для разрушения многовитковой стружки в форме винтовой, «цилиндрической» и «плоской винтовой» спирали являются наличие трех точек контакта: с обрабатываемой поверхно-
230
стью, задней и передней поверхностями инструмента [3]. Если стружка в форме винтовой спирали имеет только одну точку контакта с препятствием, образованным задней поверхностью или обрабатываемой поверхностью, даже при ее большой жесткости, разрушение витка отсутствует (рис. 1).
Рис. 1. Формирование многовитковой стружки при точении стали 45Х
Если стружка в месте контакта с задней поверхностью инструмента тормозится, то радиус витка увеличивается (рис. 2).
а б
Рис. 2. Торможение свободного конца стружки и разрушение витка: а - торможение в точке ТУ; б - образование трещины
Увеличение витка стружки приводит либо к образованию трещины и в дальнейшем к его разрушению, либо, при его малой жесткости, к потере устойчивости витка (аналогично потере устойчивости витка винтовой пружины). В этом случае формируется неориентированный участок стружки («путанка»).
В работе [4] оценка жесткости витка стружки выполнялась по величине предельного гпр радиуса витка для стружки в форме «плосковинтовой» с ц/~90° или винтовой спирали:
.01 I Ес
а для стружки в форме «плосковинтовой» спирали с \|/<45°:
ь и
с
3 от
где \|/ — угол между «открытой» стороной стружки и осью ее витка, рад.; От - предел текучести материала стружки; Ес - модуль упругости материала стружки; ах и Ъ\ - соответственно, толщина и ширина поперечного сечения стружки, мм.
Если в результате торможения радиус гг витка стружки возрастает до его предельной величины гпр, а разрушение витка не произошло, то при дальнейшем увеличении радиуса г{ происходит потеря устойчивости, а стружка остается связанной с зоной резания. Таким образом, выражение
у. < у
'г — 'пр >
является необходимых условий разрушения витка стружки, а значение гпр -критерием ее дробления.
В работе [3] в качестве критерия было предложено использовать относительную жесткость витка стружки, которая определяется по следующей зависимости:
2 а*
к
где Ъ - жесткость витка стружки; К - коэффициент, зависящий от материала стружки; а\ - толщина стружки, мм; Я-радиус витка стружки, мм; Ъ\ - ширина стружки, мм.
Когда относительная жесткость витка стружки достигает своего критического значения, то происходит разрушение витка стружки:
Ж =Ж
с
где - относительная жесткость витка стружки, Жп - критическая жесткость витка стружки [3].
Формула (1) для определения относительной жесткости учитывает только геометрические параметры стружки при работе в узком диапазоне скоростей. При такой скорости резания до момента контакта с препятствием стружка не успевает охлаждаться [4].
Для определения влияния скорости резания была проведена серия экспериментов, заключающихся в определении относительной жесткости витка стружки, полученной при обработке стальной заготовки. При вы-
232
бранном диапазоне скоростей изменялась подача, полученная стружка измерялась, сравнивалась и на основе анализа были сделаны выводы о влиянии скорости резания на относительную жесткость витка стружки. Анализ собранных образцов стружки показал, что изменение подачи сопровождается изменением условий стружкообразования, что выражается в поэтапном преобразовании формы стружки с ростом подачи.
Анализ полученных зависимостей показал, что с увеличением подачи увеличивается и относительная жесткость витка стружки.
При изменении скорости резания изменяется коэффициент усадки, температура в зоне стружкообразования, площадка контакта, т.е. меняются условия завивания стружки. Поэтому чем больше скорость резания, тем меньше жесткость витка, образующегося при устойчивом разрушении стружки.
Таким образом, подтвердилось предположение о необходимости введения скоростного коэффициента в формулу для определения относительной жесткости витка стружки. Для каждого материала этот коэффициент будет иметь свое числовое значение.
Скоростной коэффициент можно выразить следующим образом:
К =
V ^ J
где Ху — степенной показатель, учитывающий влияние скорости резания на критическую жесткость витка стружки, vд — действительная скорость процесса резания, м/мин; vИ— начальная скорость (примем vИ = 100 м/мин).
Экспериментально были установлены числовые значения скоростного коэффициента для одной марки стали, когда — = 0,15. В этом случае Ку для скоростей резания 100, 150 и 200 м/мин принимал следующее значение: Кг1=1, К2=1,06, 1,11. Тогда критическая жесткость витка стружки, при которой происходит его разрушение, для разных скоростей резания при точении стали 45Х принимало следующее значение: для скорости 100 м/мин Жи=0,810 мм; для скорости 150 м/мин; для скорости 200 м/мин Жи=0,8940"4 мм.
Таким образом, формула (2) для определения относительной жесткости витка стружки принимает вид:
Ж = К ■ К ■ К ■ К
''С V V V V
а5 Я3Ь1
где К - скоростной коэффициент; Кф - коэффициент, учитывающий влияние формы стружки; Ка - коэффициент, учитывающий влияние глубины резания; К - коэффициент, учитывающий влияние подачи.
Для определения численных значений перечисленных коэффициентов необходимо дальнейшие экспериментальные исследования.
Список литературы
1. Васин С.А., Хлудов С.Я. Проектирование сменных многогранных пластин. Методологические принципы. М.: Машиностроение, 2006. 352 с.
2. Исследование условий процесса дробления стружки при точении / О.И. Борискин, Н.А. Волчкова, С.В. Зябрев [и др.] / Актуальные научные вопросы: реальность и перспективы. Ч. 5. Изд-во «Бизнес-наука - общество». Тамбов, 2012. С. 29-31.
3. Хлудов С.Я. Механизмы стружкодробления при точении: монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2004. 152 с.
4. Борискина М.О., Зябрева Д.С. Критерии дробления стружки при точении // Молодежный вестник Политехнического института: сб. статей. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. С. 41-42.
Зябрева Дарья Сергеевна, асп., polyteh2010@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Хлудов Сергей Яковлевич, д-р техн. наук, проф., polyteh2010@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Чечуга Ольга Владимировна, канд. техн. наук, доц., sourie 1@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
SYSTEM OF NECESSARY AND SUFFICIENT TERMS OF PROCESS OF DESTRUCTION
OF COIL OFDOWNLOWSHAVING
D.S. Zjbreva, S.Y. Khludov, O.V. Chechuga
The criteria of destruction of coil of shaving are certain at sharpening. Described si-stem of necessary and sufficient terms of destruction of coil of the downlow shaving. Conformity to law of influence of speed of cutting on the size of relative inflexibility of coil of shaving is set.
Key words: destruction of coil of shaving, cutting speed, form of shaving, thickness of cross-sectional of shaving, downlow shaving.
Zyabreva Darya Sergeyevna, postgraduate, polyteh2010@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Hludov Sergey Yakovlevich, doctor of technical science, professor, poly-teh2010@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Chechuga Olga Vladimirovna, candidate of technical science, docent, sou-rie_1@,mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
