ЯВЛЕНИЕ КАСАТЕЛЬНОГО ЗАВИВАНИЯ СТРУЖКИ ПРИ НАЛИЧИИ УГЛА λ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

_________________________________________ © В.С. Матвеев, К.В. Баннов,

С.П. Комлев, 2011

УДК 621.9

В.С. Матвеев, К.В. Баннов, С.П. Комлев

ЯВЛЕНИЕ КАСАТЕЛЬНОГО ЗАВИВАНИЯ СТРУЖКИ ПРИ НАЛИЧИИ УГЛА X

Произведен анализ явления касательного завивания стружки при свободном косоугольном резании металлов. Впервые создана расчетная схема первого приближения для оценки величины относительного радиуса (диаметра) стружки

Ключевые слова: геоход, зазор, распределение зазора, корпус машины, закон бета-распределения, выработка.

Лроблема управления формой и размерами стружки (УФиРС) при изготовлении деталей машин на металлорежущих станках разной степени автоматизации была и остается актуальной. В ТПУ этому направлению уделяли внимание многие исследователи. Наиболее значимые результаты получены под руководством Г.Л. Куфарева. Они обобщены в его докторской диссертации 1984 г.

В силу обширности направления некоторые вопросы остаются недоисследованными и поэтому требуют решения. К их числу относится изучение явления касательного завивания металлической стружки при наличии угла наклона главной режущей кромки резца к основной плоскости - X. Такой вид резания одновременно является самым сложным и наиболее распространенным в машиностроительной практике. Решение проблемы УФиРС достигается, как правило, в две стадии. На первой стадии добиваются условий гарантированного завивания металлической стружки, а на второй -ее разрушения, на отрезки той или иной длины.

Если металлическая стружка не завита, то она доставляет наибольшие неудобства. Такая стружка предельно опасна не только для станочников-операторов, она приводит к порче конструктивных элементов металлорежущего оборудования и инструмента. Особенно отчетливо это можно наблюдать в условиях тяжелого машиностроения таких, как ЮрМаш (Кузбасс, г. Юрга), КрасМаш

(г.Красноярск), СибТяжМаш (г. Новосибирск) и подобных им. Металлическая стружка способна даже сама себя резать.

Для исключения неблагоприятных ситуаций изучаются различные виды завивания металлической стружки и ее разрушения -дробления на отрезки. Чем меньше отрезки, тем легче добиться их самоэвакуации из зоны резания

В ТПУ разработана классификация металлических стружек (рис. 1). Выделены три базовых вида завивания стружки. Нормальное завивание происходит в плоскости нормальной к передней поверхности инструментального клина. Касательное завивание осуществляется в плоскости касательной к передней поверхности инструмента. Нулевое завивание наблюдается при отсутствии указанных видов завивания стружки. В работе [1] выявлена эмпирическая закономерность касательного завивания металлической стружки при несвободном прямоугольном и косоугольном резании, которая справедлива при незначительных значениях X. В [2] эта закономерность получила теоретическое обоснование для случая несвободного прямоугольного резания. Создать расчетную схему для анализа касательного завивания стружки даже для свободного косоугольного резания до сих пор не удавалось.

Цель работы - создание расчетной схемы для анализа касательного завивания непрерывной металлической стружки при свободном косоугольном резании.

Изучению явления касательного завивания стружки при косоугольном резании посвящены единичные работы, хотя процесс подобного резания начали изучать с 1896 г. - года основания ТПУ. Среди зарубежных ученых известны работы Селлегрена (Швеция), Куррейна (Германия), Стаблера (Англия), Пекельхаринга (Голландия) и др. Среди отечественных ученых этому направлению посвящены работы А.М. Розенберга (ТПУ, Томск), Н.Н. Зорева (М., ЦНИИТМАШ), А.В. Панкина (г. М.), М.Ф. Полетики (Томск, ТПУ), Д.В. Кожевникова (Томск, ТПУ), В.Ф. Боброва (Тула), Г.И. Грановского (М., МГТУ имени Баумана) и других ученых.

В основу разработки расчетной схемы в анализе явления касательного завивания стружки при свободном косоугольном резании металлов нами положены следующие исходные экспериментальные факты, логические соображения, упрощения и предположения:

Рис. 1. Классификация металлических стружек

• Анализу подлежит сливная непрерывная винтовая тарельчатая металлическая стружка с коэффициентом сплошности близким к 1 (9-й вид рис. 1).

• Плоская полная передняя поверхность металлорежущего клина совмещена с поверхностью резания.

• Ламельная (наружная) сторона стружки совмещена с поверхностью резания

• Центр касательного завивания металлической стружки расположен на прямой линии перпендикулярной вектору скорости резания V, проведенной из срединной точки участка режущей кромки, находящегося в контакте с обрабатываемым металлом.

• Уширением стружки и краеугольными эффектами деформации металла в точках А и В пренебрегаем.

• В силу непрерывности и сплошности стружки, боковые стороны стружки начинаются от крайних точек А и В режущей кромки, находящейся в контакте с обрабатываемым металлом.

• Нормальное завивание стружки отсутствует.

• В процессе направленного разрушения обрабатываемого металла резанием возникает контактный пластический слой в стружке - модифицированный слой толщиной ^«ОДхаь где а! толщина стружки.

• Полная длина контакта стружки с передней поверхностью режущего инструмента (^) имеет пластический и упругопластический участки.

• Свойства обрабатываемого металла однородны по всему объему.

Расчетная схема касательного завивания металлической стружки, разработанная с учетом перечисленных положений при Х^0°, приведена на рис. 2. На фото (рис. 3) зафиксировано само явление касательного завивания. Уравнение для количественной оценки величины радиуса (диаметра) касательного завивания металлической стружки имеет вид:

2-Ь1Я

0,г=---------

т

!-(р)

В таблице приведены теоретические оценки величины относительного диаметра металлической стружки при наличии только касательного завивания.

Рис. 2. Предлагаемая расчетная схема

Из рис. 3 следует, что (СТ2/Ь0*7.

Указанное экспериментальное значение соответствует отношению длин контактов сливной стружки с плоской полной передней поверхностью резца в крайних боковых волокнах волокнах (С^В/ Сеа)~0,7.

Другие результаты исследования выполненного в ЮТИ НИ ТПУ при свободном косоугольном точении труб разного диаметра и разных марок металлов (стали, медь, алюминий, свинец) резцами, оснащенными разными инструментальными материалами (быстрорежущая и углеродистая стали, твердые сплавы, минералокерамика), выходят за рамки обсуждения данной статьи.

Данные, полученные в настоящем исследовании, позволяют уточнить и скорректировать существующие взгляды на УФиРС при косоугольном резании [3,4]. В качестве примера укажем на работы А.М. Розенберга и Н.Н. Зорева по изучению свободного косоугольного точения по схеме Розенберга-Зорева. Визуально ими показаны винтовые цилиндрические стружки при точении винтового бурта с прямоугольным поперечном сечением на цилиндрической заготовки. Развертке таких стружек на плоскость после отжига позволяет увидеть наличие явления касательного завивания (рис. 4).

Теоретические значения величины относительного 327

Рис. 3. Точение резцом Р6М5 при 1=20°

диаметра металлической стружки при реализации чистого касательного завивания при свободном косоугольном резании

Ой/А 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5

ВТ / Ь1А да 20 10 6,67 5 4

\ Ламели

Рис 4. Развертка винтовой цилиндрической металлической стружки на плоскость

Зоревым зафиксировано уменьшение угла схода стружки с увеличением скорости схода стружки при X=const. Стаблер приводит значения угла схода стружки при резании на микроскорости в очень активной жидкой среде СС14, где указано их превышение над значениями X.

Выводы

1. Впервые предложена расчетная схема первого приближения для оценки величины радиусов (диаметров) касательного завивания и углов схода стружки в процессе направленного разрушения металлов при свободном косоугольном резании.

2. Впервые получено выражение для количественной оценки величины радиуса (диаметра) касательного завивания металлической стружки при свободном косоугольном резании

3. Величина угла схода стружки в точке входа режущей кромки в соприкосновение с обрабатываемым металлом (А) всегда меньше угла X, а в точке выхода (В), наоборот, всегда больше угла X. Для срединной точки режущей кромки угол схода стружки совпадает с X.

Указанные в настоящей работе факты ставят под сомнение однозначность установившихся в науке о резании металлов трактовок о влиянии угла X на направление схода стружки по передней поверхности инструмента, и на окончательный вид, форму и размеры металлической стружки, образующейся при косоугольном резании.

------------------------------------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Куфарев Г.Л., Матвеев В.С. Влияние геометрических параметров резца на эффективность дробления стружки //Доклады IV НТК «Технический прогресс в машиностроении» - Томск: Издательство ТПИ, 1972, с. 181-184.

2. Матвеев В.С. Закономерность касательного завивания металлической стружки при несвободном прямоугольном резании //Труды 1-ой международной конференции «Современные проблемы машиностроения и приборостроения» -Томск: Издательство ТПУ, 2002 - 129 - 130.

3. Куфарев Г.Л. Зависимость радиуса витка сливной стружки при точении от параметров процесса резания//Исследование процесса резания и режущих инструментов -Томск: Издательство ТПУ, 1984, с. 32-40.

4. Полетика М.Ф. Теория резания. Часть 1. Механика процесса резания -Томск: Издательство ТПУ, 2001, 202 с. hsh=i

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ------------------------------------------------------------

Матвеев В. С. - доцент,

Баннов К.В. - ассистент,

Комлев С.П. - студент,

Юргинский технологический институт (филиал) Томского политехнического университета, тел. 8(38451)62248

А