СТРУЖКОУТВОРЕННЯ

Геометрія робочої частини різця під час різання характеризує положення поверхонь робочої частини відносно координатних площин кінематичної системи координат. Наприклад, під час відрізки деталі геометрія леза в головній січній площині буде характеризуватись кінематичними переднім та заднім кутами γ_к і α_к (рис. 2.3):

Рисунок 2.3 – Вплив подачі на кути в головній січній площині

при відрізанні заготовки

γ_к = γ_с + h ; α_к = α_с – h ; tg h = s/πD ; h = arctg (s/πD).

При прорізані канавки або відрізанні дійсні передні і задні кути також залежать від похибки установки різця відносно осі заготовки (рис. 2.4):

γ_у = γ_с – ( + )ω ; α_у = α_с + ( – )ω,

де перший знак використовується, якщо вершина різця розташована нижче осі заготовки, знак в дужках – якщо вище.

Кут ω знаходиться за формулою

ω = arcsin (2h/D).

Рисунок 2.4 – Вплив похибки установки різця відносно осі заготовки

на кути в головній січній площині

Якщо вісь різця не перпендикулярна до осі заготовки, то дійсні головний і допоміжний кути в плані будуть відрізнятись від однойменних статичних кутів на кут D (рис. 2.5).

Рисунок 2.5 – Вплив неперпендикулярності осі різця до осі заготовки

на кути в плані

φ_у = φ_с – D; φ_1у = φ_1с + D.

При викладенні учбового матеріалу в подальшому будуть розглядатися тільки кути в статиці, тому, з метою спрощення записів, індекси “с” будуть вилучені.

2.4 Геометрія зрізу при точінні

Зріз – це шар матеріалу, який відділяється лезом за один оберт заготовки без урахування деформації (рис. 2.6).

Рисунок 2.6 – Поперечний переріз зрізу при точінні

При перетинанні зрізу основною площиною будемо мати поперечний переріз зрізу, при перетинанні площиною, яка перпендикулярна вісі заготовки, – поздовжній переріз зрізу.

Поперечний переріз зрізу характеризується товщиною і шириною, які більш точно в порівнянні з глибиною різання і подачею, характеризують фізичну сторону процесу різання.

Товщина зрізу a – це довжина нормалі до поверхні різання, проведеної через задану точку різальної кромки, яка обмежена перерізом зрізуваного шару.

Ширина зрізу b – це довжина сторони перерізу зрізуваного шару, утвореної поверхнею різання.

Товщина і ширина зрізу пов’язані з елементами режиму різання залежностями (при γ = 0, α = 0)

a = s·sinφ; b = t/ sinφ.

В залежності від співвідношення s і t поперечні зрізи класифікуються таким чином:

· прямий зріз – s < t;

· квадратний (рівнобічний) зріз – s = t;

· зворотній зріз – s > t.

Переріз зрізуваного шару характеризується площею, яка при різанні може бути: номінальною, дійсною, залишковою.

Номінальна площа – це площа перерізу зрізуваного шару, що утворюється під час вільного різання або при φ₁ = 0. Вона є площею паралелограма MKLP (див. рис. 2.6) і знаходиться за формулою

f = ab = ts;

Дійсна площа – це площа, що утворюється при невільному різанні без урахування площі гребінців, які залишились на обробленій поверхні.

Залишкова площа – це площа гребінців, які залишились на обробленій поверхні.

Знайдемо дійсну і залишкову площі, скориставшись рис. 2.7.

Рисунок 2.7 – Розрахункова схема для визначення залишкової площі зрізу

f_д = ts = пл. ACD;

пл.ACD = sh/2;

AB = h·ctgφ₁;

BC = h·ctgφ;

AB + BC = s = h(ctgφ + ctgφ₁);

h = s/(ctgφ + ctgφ₁).

Залишкова площа трикутника ACD = s²/2(ctgφ + ctgφ₁).

Дійсна площа f_д = ts – s²/2(ctgφ + ctgφ₁).

В поздовжньому перерізі зріз характеризується довжиною зрізу, яка без урахування подачі наближено дорівнює довжині кола, яке описує вершина різця:

l = πD.

2.5 Основні поняття про систему різання

Стружкоутворення, зношування поверхонь леза і утворення нової поверхні на заготовці здійснюються одночасно і дуже тісно взаємозв’язані. Вони в сукупності складають деяку цілісність, яка характеризується пов’язаністю частин, що її складають, і може бути представлена в вигляді замкнутого кола, в якому всі елементи обумовлюють один одного. Ця цілісність називається системою різання (рис. 2.8). Система різання є підсистемою замкнутої динамічної системи верстата. Остання включає в себе пружну систему “верстат – пристрій – інструмент – деталь” (ВПІД) та процеси, що протікають в рухомих сполученнях елементів пружної системи (різання, тертя, робочі процеси в двигунах та ін.). Система різання є відкритою, вона безперервно обмінюється матерією і енергією з іншими елементами замкнутої динамічної системи верстата.

Рисунок 2.8 – Система різання

Функціонування системи різання обумовлене факторами стану (первинними параметрами) в які входять матеріал та його фізико-механічні властивості, форма і розміри обробленої поверхні, якість і точність оброблення, характеристики верстата, пристрою, інструмента, схеми оброблення, режимів оброблення та технологічного середовища і вторинними параметрами, які визначають результати виконання механічного оброблення. До них відносяться експлуатаційні характеристики деталі, в тому числі точність оброблення та якість поверхні, стійкість і міцність інструменту, продуктивність і економічність оброблення.

Характер взаємозв’язків між окремими елементами системи різання характеризується наявністю прямих і зворотних дій. Так, в ланцюгах “Стружкоутворення – Формування обробленої поверхні”, “Зношування різального інструменту – Формування обробленої поверхні” та “Стружкоутворення – Зношування різального інструменту” існують як прямі зв’язки, так зворотні, тобто елементи системи різання між собою тісно пов’язані і взаємно впливають один на другий.

СТРУЖКОУТВОРЕННЯ

5.1 Механіка утворення зливної стружки при одній умовній площині зсуву

Розглянемо схему перетворення зрізуваного шару в стружку при одній умовній площині зсуву (рис. 5.1).

Рисунок 5.1 – Схема перетворення зрізуваного шару в зливну стружку

В зрізуваному шарі товщиною a виділимо паралелограм mnpq з малою товщиною ∆x, який прилягає до умовної площини зсуву mn. q – кут зсуву. Нехай різальний інструмент із положення I переміститься в положення II, пройшовши відстань ∆L. В результаті цього точка q переміститься в положення q₁, а точка p в положення p₁. Таким чином паралелограм mnpq, зміщуючись вздовж основи mn на величину ∆s, перетворюється в паралелограм mnp₁q₁, який вже належить не зрізуваному шару, а стружці. При наступному переміщенні інструмента на ту ж відстань процес повторюється. Таким чином, перетворення зрізуваного шару в зливну стружку відбувається внаслідок послідовних і безперервних зсувів дуже тонких шарів матеріалу по умовній площині зсуву без порушення зв’язку між зсунутими шарами, тобто без порушення суцільності матеріалу стружки.

Що ж викликає зсув шару вздовж умовної площини зсуву і коли цей зсув починається?

Передня поверхня інструменту діє на зрізуваний шар з нормальною силою N; нормальна сила утворює силу тертя F = μN, де μ – коефіцієнт тертя між стружкою і поверхнею інструменту. Складаючи сили N і F, будемо мати силу стружкоутворення R, яка нахилена до поверхні різання під кутом дії ω.

Розкладемо силу R на дві: силу P_N, яка перпендикулярна до умовної площини зсуву, і силу P_τ, що діє вздовж площини зсуву. Сила P_N стискує шар товщиною ∆x, що зсувається, а сила P_τ зсуває його.

Як відмічалося раніше, деформація зсуву починається в тому випадку, коли напруження зсуву стане дорівнювати границі текучості на зсув. При прямокутному різанні напруження зсуву на умовній площині зсуву

,

де b – ширина шару, що зрізається.

Оскільки , то будемо мати

,

але сила зсуву

.

Тоді

.

Аналогічно можна знайти нормальні напруження

.

Процес утворення стружки починається в тому випадку, коли τ ≥ τ_s, де τ_s – границя текучості оброблюваного матеріалу на зсув.

Розглянемо схему напруженого стану малого об’єму матеріалу, розташованого на умовній площині зсуву та епюри зміни дотичних і нормальних напружень вдовж названої площини (рис. 5.2).

Рисунок 5.2 – Схема напруженого стану на умовній площині зсуву

Незалежно від роду і властивостей оброблюваного матеріалу, величини переднього кута інструменту, товщини зрізуваного шару, дотичні напруження вздовж умовної площини зсуву мають постійну величину.

При великих передніх кутах інструменту і малих коефіцієнтах тертя на передній поверхні нормальні напруження (див. рис. 5.2, а) зменшуються по мірі приближення до різальної кромки і в деякій точці умовної площини зсуву можуть змінити свій знак на протилежний.

По мірі зменшення переднього кута і збільшення коефіцієнту тертя названа епюра поступово переходить до виду епюри, показаної на рис. 5.2, б, на якій нормальні напруження, зберігаючи постійність знаку, збільшуються при приближенні до різальної кромки.