CC BY
23
ИЗВЕСТИЯ ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
Том 225 1972
СТРУЖКООБРАЗОВАНИЕ В ПРОЦЕССЕ НЕСВОБОДНОГО РЕЗАНИЯ ПЛАСТИЧНЫХ МЕТАЛЛОВ
Г. Л. КУФАРЕВ, К. Б. ОКЕНОВ
(Представлена научным семинаром кафедры станков и резания металлов)
Все основные виды механической обработай металлов резанием ■ воспроизводят в большинстве случаев процесс несвободного резания, т. е. такой процесс, в котором принимают участие две или несколько режущих кромок.
Схема стружкообразования и закономерности процесса свободного резания разработаны к настоящему времени достаточно подробно [7]. Что же касается особенностей.процесса несвободного резания, то их исследованием занимались немногие [1, 2, 3, 4, 5, 6], и особенно в тот период, когда разрабатывалась теория силового резания, характерного малым отношением ширины снимаемого слоя к его толщине. Вместе с тем опыт показывает, что правильное представление о схеме стружкообразования в процессе несвободного резания позволяет активно регулировать процесс завивания стружки и в значительной мере предопределять не только шероховатость обработанной поверхности, но также степень и глубину ее пластической деформации, появляющейся в процессе снятия стружки.
Существующие схемы процесса стружкообразования созданы на основе закона о независимости действия сил на главной и вспомогательной режущих кромках и предполагают существование сложного по форме поверхности сдвига металла, копирующего в сечении, параллельном основной плоскости, линию контура режущих кромок резца. Исследования, выполненные в лаборатории резания металлов Томского политехнического института в последние годы, позволяют говорить о том, что эти схемы справедливы в большей или меньшей степени в случае работы резцом, угол при вершине которого е>90°. Совсем иначе идет процесс формирования стружки, если угол при вершине резца е<90°. Именно этот случай, имеющий также большое распространение в практике машиностроения, и анализируется в предлагаемой работе.
Исследования проведены при обработке различных материалов, но их результаты иллюстрируются на примере резания Армко железа резцом с пластиной твердого сплава Т15К6, имеющим следующие геометрические параметры: передний угол угол наклона главной режущей кромки Я = 0, главный угол в плане ф=90°, вспомогательный угол в плане ф1 = 6°, главный и вспомогательный задние углы равны соответственно а = 8° и а1 = 6°, радиус при вершине резца г = 0.
Резание в приводимой серии опытов осуществлялось при скорости У=80 м/мин, обеспечивавшей отсутствие нароста при различных комбинациях толщины и ширины снимаемого слоя, приведенных в табл. 1. 82
Таким образом, в данной серий опытов резание осуществлялось при снятии прямых (в/а>1), обратных (в/а<^ 1) и равнобокой {в!а= 1) стружек.
Резец при проведении опытов крепился в специальном приспособлении, позволяющем мгновенно вывести его из-под стружки, получив таким образом неискаженную зону формирования стружки (ко- _ рень стружки). После проведения каждого из опытов:
1. Измерялась средняя усадка стружки по длине методом взвешивания;
2. Фотографировался корень стружки со стороны передней грани резца;
3. Приготовлялся шлиф сечения стружки в плоскости, перпендикулярной направлению ее схода;
4. Приготовлялись несколько шлифов корня стружки в сечениях, параллельных главной секущей плоскости;
5. Приготовлялся шлиф корня стружки в сечении, параллельном вспомогательной секущей плоскости.
Таблица 1
№ 1 2 3 4 5
опыта
5= а 0,36 0,73 1,5 1,5 1,5
1,5 1,5 1,5 0,73 0,36
ь 4,17 2,06 1,00 0,486 0,240
а
Рис. 1
В качестве иллюстрации на рис. 1 приведены результаты обработки корня стружки опыта № 2. На рис. 1,а, б и в представлены микрошлифы корня стружки в сечениях, параллельных главной секущей плоскости и отстоящих от свободной поверхности стружки на расстояниях, равных соответственно 0,15, 0,45, 0,75 мм. На рис. 1, г представлено изображение корня стружки в сечении, параллельном вспомогательной секущей плоскости.
На рис. 2 представлены фотографии поперечных сечений стружек и корня стружек со стороны передней грани резца, полученных в данной серии опытов. Обработка и анализ информации, полученной из нескольких аналогичных серий опытов, выполняемых на различных материалах и при различных скоростях резания, позволили установить ряд особенностей процесса формирования стружки при несвободном резании резцом с е ^90°:
1. Толщина стружки вдоль главной режущей кромки переменна,. Переменность ее тем больше, чем меньше отношение в/а для прямых стружек и чем больше это отношение для обратных стружек. Ыаиболь-
6*
83,
шую толщину стружка имеет на свободной поверхности, наименьшую — у: вершины резца. Толщина стружки у вершины резца отлична от нуля и имеет тем большее значение, чем больше толщина срезаемого слоя.
2. Угол Ф, определяющий направление сдвига в различных сечениях зоны стружкообразования, различен (рис. 1 , а, б, в). Он увеличивается от свободной поверхности стружки к вершине резца. Таким образом,
4»
ml т é - '
Рис. 2
поверхность сдвига представляется в виде закрытой винтовой поверхности, осью которой является режущая кромка АО (рис. 3), а производящей линией — прямая АВ.
3. Усадка стружки вдоль наибольшей (главной) режущей кромки переменна и может быть определена либо по соответствующему сечению корня стружки, либо как отношение толщины, измеренной на поперечном сечении самой стружки (рис. 2) к толщине срезаемого слоя, что иллюстрируется данными табл. 2.
Таблица 2
Сечение
Определяемый параметр I—I II—II III—III
Расстояние от свободной поверхности стружки в мм 0,15 0,45 0,75
Угол Ф в сечении, определенный по рис. 1 ,а, б, в 24° 33° 45°
Толщина стружки, определенная по рис. 2 (оп. 2), в мм 1,82 1,70 0,88
Усадка стружки £ = 2,43 1,6 1,2
cos Ф — 7 Усадка стружки ? — _ sin Ф 2,35 1,67 1,11 j
Это обстоятельство позволяет в дальнейшем по форме поперечного сечения стружки определять форму поверхности сдвига (угол Ф в любом сечении), не прибегая к анализу шлифов корня стружки в различных сечениях, приготовление которых является трудоемкой операцией. 84
4. Как'следует 'из ¡рис. 1, е, угол, определяющий направление сдвигов в сечении, параллельном вспомогательной секущей плоскости, равен нулю. Это значит, что здесь сдвиг осуществляется в плоскости, перпендикулярной к основной и проходящей через вспомогательную режущую кромку.
5. На участке контакта стружки с резцом в пределах подачи направление схода стружки перпендикулярно главной режущей кромке. Подтверждением этого является изображение корня стружки на рис.
а также то, что угол между свободной боковой поверхностью стружки и ее прирезцовои поверхностью рав^н 90° (смотри угол ВАР на рис. 3 и сечения стружки на рис. 2).
6. При дальнейшем движении стружки переменность ее усадки вдоль режущей кромки и, как следствие этого, различные скорости движения разных точек стружки вдоль ее ширины (Уя> у а), приводят к завиванию стружки в плоскости передней грани резца. При этом скорость движения различных сечений стружки вдоль режущей кромки определяется известной зависимостью [8]
У * - у — - у
соэ (Ф —т)
где VI — скорость резания,
Ф* — угол, определяющий положение условной плоскости сдвига в интересующем сечении стружки.
7. Радиус завивания стружки в плоскости передней грани резца определяется не только переменностью угла Ф вдоль режущей кромки, но зависит также от коэффициента трения стружки о резец и осевого момента сопротивления стружки.
Выводы, сделанные на основании проведенного исследования, позволили создать принципиально новую схему образования стружки при несвободном резании как прямыми (рис. 3,а), так и обратными стружками (рис. 3,б). Предполагаемая схема позволяет по-новому подойти к решению вопроса о качестве обработанной поверхности.
Малый объем статьи не позволяет подробно описать процесс перехода прямой стружки в обратную, который оказывается весьма сложным, поскольку зависит кроме всего от сочетания передних углов на главной и вспомогательной режущих кромках.
ЛИТЕРАТУРА
1. Т. Н. Лоладзе. Стружкообразование при резании металлов. Машгиз, М., 1950. '
2. С. Ф. Глебов. Работа вспомогательного лезвия. «Станки и инструмент», № 8, М., 1950.
3. Н. И. Резников. Теоретическое обоснование течения с большими подачами по методу Колесова. Машгиз, М., 1953. 9
4. П. Н. О б у х о в. Исследование процесса силового резания сталей. Диссертация, Томск, 1955.
5. Н. Н. Зарев. Вопросы механики процесса резания металлов. Машгиз, М., 1956.
6. Н. И. Резников. Скоростное резание металлов с большими подачами. Машгиз» М., 1957.
7. Развитие науки о резании металлов. Изд. «Машиностроение», М., 1967.
8. Резание металлов и инструмент. Изд. «Машиностроение», М., 1964.
