И ее трансформация в процессе резания.

 

Исходные характеристики процесса резания определяются рядом факторов (лат. – движущая сила, здесь – условие протекания процесса), которые группируют следующим образом:

1. Факторы, относящиеся к заготовке: вид материала (древесина – порода, влажность), его физико-механические свойства, наличие в материале связующего и др.

2. Факторы, относящиеся к резцу: угловые параметры и геометрия резца, физико-механические свойства материала резца, степень шероховатости граней и острота резца и др.

3. Режим и размеры обработки: толщина и ширина срезаемого слоя, скорости подачи и резания, толщина припуска, направление резания по отношению к направлению волокон. Эти факторы задаются условиями и требованиями технологического процесса, определяют протекание процесса резания: величины усилий резания, характер стружкообразования и качество поверхности обработки. Рассмотрим качество обработки.

Поверхность, образованная резанием, всегда отличается от номинальной, заданной чертежом. Отклонения от заданной формы поверхности характеризуют точность механической обработки, а отклонения от идеально гладкой поверхности – её шероховатость. Точность обработки помимо процесса резания зависит от точности станка и процессов в системе СПИД (станок – приспособление – инструмент – деталь). Качество резания характеризуется также шероховатостью обработанной поверхности, которая представляет собой чередование выступов и впадин, возникающих вследствие строения древесины, древесных материалаов и вследствие процесса резания. Величина анатомических неровностей (структурных) не зависит от процесса резания и обусловлена размерами полостей сосудов древесины (или расположением древесных частиц в плитных материалах). Резание вызывает появление таких неровностей, как риски, кинематические, вибрационные неровности, неровности упругого восстановления и неровности разрушения (мшистость, ворсистость, сколы). По ГОСТ 7016-82 основным параметром при оценке шероховатости служит максимальная высота неровностей поверхности. Rmmax. Для её определения измеряют высоты Hmaxi; n³5 наибольших неровностей и находят их среднее значение:

 

Rmmax=(H1max+H2max+…+Hnmax)/n=1/n Himax

 

Высоту неровностей измеряют профилографом-профилометром или микроскопом МИС-11 (Hmax< 70 мкм), микроскопом ТСП-4 (Hmax=30…800 мкм) и индикаторным глубиномером (Hmax<800мкм). В условиях производства шероховатость можно оценить путем сравнения с образцами (эталонами), изготовленными из того же материала тем же видом резания, что и обрабатываемые детали. Шероховатость эталонов определяется заранее с помощью приборов.

Рабочую зону резцасоставляют лезвие и прилегающие к нему участки передней и задней поверхностей. Главная роль при резании принадлежит лезвию. У идеального, абсолютно острого резца лезвие определяется пересечением двух поверхностей (передней и задней). Однако, уже после непродолжительной работы лезвие реального резца закруглено (проф. Дешевой М.А.) Резец представляет собой клин с углом b при вершине. Он действует на стружку силой N перпендикулярно передней грани na. Сила N|=- N изгибает резец. Резец можно рассматривать как консольную балку переменного сечения. В сечении резца 1-1, отстоящем от вершины (лезвия) на расстояние x возникают напряжения изгиба: sn=M/W=(N|x)/((by2)/6), где М – момент изгиба в сечении 1-1, W–момент сопротивления изгибу поперечного сечения резца 1-1, y – высота сечения 1-1, в – ширина резца. Поскольку y=txgb, sn=(N|6x)/(bx2tg2b)=6N|/(bxtg2b).

Отсюда видно, что при х®0 sn®¥. При х=2…3мкм sn достигают значений предела прочности материала резца, поэтому его кончик неизбежно обламывается. Изломанное лезвие приобретает вид площадки, углы которой при резании обкатываются и лезвие закругляется. При резании древесины острым резцом происходит многократное обламывание кусочков кончика резца по мере нарастания силы N’. Этот процесс продолжается, пока высота сечения y не стабилизируется. В итоге лезвие реального резца – это переходная поверхность (кривая), соединяющая переднюю и заднюю поверхности. Характеристики переходной поверхности объединяют в понятие микрогеометрии резца: продольной (вдоль лезвия) и поперечной (в нормальном к лезвию сечении). Продольная микрогеометрия характеризуется шероховатостью режущей кромки (максимальная высота Нmax неровностей профиля). Поперечная микрогеометрия – профилем лезвия в нормальном сечении. У идеально острого резца – это точка N. У реального резца этот профиль обычно принимают за дугу окружности радиуса r( радиус затупления). Два чертежа.

В начальном состоянии рабочие участки передней и задней граней резца – плоские, шероховатость лезвия Н мах=4…5мкм, радиус затупления r=3…5мкм.

Во время резания под действием сложных физико-химических процессов (механическое истирание, окисление, тепловой износ, электрохимическая коррозия, абразивный износ) происходит износ резца, изменение геометрии и микрогеометрии элементов его рабочей зоны. Резец тупится, теряет остроту и режущие свойства.

Затупление резца характеризуют разными параметрами.

В большинстве случаев резания натуральной древесины ограничиваются радиусом затупления r, т.к. он оказывает главное влияние на силы резания, стружкообразование. При обработке древесных материалов типа ДСтП, слоистой клееной цементностружечных и других плит, фанеры при интенсивном износе резца по задней грани параметром затупления выбирают величину (ширину) фаски по задней грани Х.

СИЛОВОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ РЕЗЦА НА ДРЕВЕСИНУ.

 

При движении резца в древесине по поверхности рабочей зоны (поверхности контакта) возникают нормальные напряжения (давления) и касательные силы трения. Нормальные давления возникают всегда при контакте двух твердых тел и направлены перпендикулярно площадке контакта. Если при нормальном давлении одно тело скользит по другому, появляются силы трения, направленные по касательной к площадке- контуру рабочей зоны резца в рассматриваемой точке. Величина силы трения в точке определяется величиной нормального давления и коэффициента трения: t=sf. Рассмотрим эпюры нормальных напряжений sсж, касательных напряжений t по передней грани, вызванных трением, и график изменения коэффициента трения f по контуру dcame резца, типично изношенного по лезвию и передней грани. Чтобы перейти от этих величин к необходимым для решения производственных задач направлению и величине общей силы, с которой резец действует на древесину, рабочую поверхность резца расчленяют на участки и рассматривают силы, действующие на каждый участок и на резец в целом.

Рабочая зона резца имеет три участка: переднюю грань (аÂ), заднюю грань (bd) и лезвие (аnb).

Силы на лезвии. Точная эпюра нормальных давлений на лезвии неизвестна. Условно её представляют как часть кольца. Величина давления находится в пределах прочности древесины на сжатие sв.сж., т.к. происходит разрушение. Контур лезвия делят на два участка – дуги аn и nb. Суммируя нормальное давление по контуру аn, получаем NM – равнодействующую силу. Суммируя по аn силы трения вследствие нормального давления и скольжения резца по древесине от а к n – равнодействующую силу Тл1. Nл1л1=Sл1- сила воздействия участка ап на древесину. Аналогично для пв Nл2л2=Sл2. Тогда Sл1+ Sл2=Sл – общая сила воздействия лезвия резца на древесину.

Sл для практических целей представляют проекциями на касательную к траектории резания по направлению Va –Рл и на нормаль к ней – Qл.

Воздействие лезвия на древесину сводится к двум сосредоточенным силам – касательной Рл и нормальной Qл. Величина этих сил на единицу длины (1 мм) лезвия зависит от радиуса затупления r, углов резца a и d ( определяют длину дуги контакта), от нормального давления sв.сж. по контуру лезвия, коэффициента трения fл (при заданной дуге контакта определяет величину Nл и Тл).

Pл=F(r,a,d,sв.сж,fл), Qл=F|(r,a,d,sв.сж,fл)

Главный фактор - r. Принимая остальные факторы постоянными, имеем приближенные зависимости Рл=Аr, Qл=А’r, где А и А’ – коэффициенты, не зависящие от r. Отсюда следует, что при очень острых резцах (r=0) силы на лезвии практически отсутствуют.

Силы на передней грани.При внедрении резца в заготовку вслед за стадией упругого деформирования древесины передней гранью начинают разрушаться клеточные стенки. Давление по поверхности контакта передней грани с древесиной достигает величины временного сопротивления древесины смятию sв.см. При дальнейшем продвижении резца смятая передней гранью древесина давит на ещё не сломанные ряды соседних клеток и разрушает их при неизменном напряжении sв.см, поэтому среднее давление на передней грани постоянно, не зависит от глубины внедрения резца.

Результирующая нормальных сил на передней грани на единице ширины детали будет Nп=sв.см ак, где ак – длина контакта передней грани резца со стружкой. Сила трения движения по передней грани Тп=Nпfп, где fп – коэффициент трения передней грани резца по стружке. Суммарная сила действия передней грани резца на древесину Sп=Nпп. Силу Sп также раскладывают на две составляющие – касательную Рп и нормальную Qп : Sп=Рп+Qп. Из выражений для Nп и Тп следует, что силы на передней грани зависят от свойств древесины (sв.см), угла резания, коэффициента трения стружки по передней грани Fп, а также от глубины внедрения резца x, считая от начала резания или от момента образования предыдущей стружки (элемента), т.к. ак=кn=х/соsd. Гипотеза проф. И.А.Тиме (1870г.) о равномерном распределении давления на стружку со стороны передней грани позднее была подтверждена данными о поведении древесины при нагружении. Рассмотрим график зависимости нормального напряжения sв.сж от относительной деформации ε при сжатии древесины поперек волокон в замкнутом пространстве. Зона I характеризуется только упругими деформациями, II – остаточными деформациями,связанными с разрушением (смятием) клеточных стенок, зона III – упругими деформациями уплотненной древесины.

Силы на задней грани. При резании резец подминает под себя объем древесины nbd. Поскольку rмал, можно считать, что деформирование древесины происходит в упругой зоне I. Давление при этом будет пропорционально деформации древесины: наибольшее в т.b, наименьшее (0) – в т.d, где древесина не деформирована. Эпюра давления изображается треугольником. Результирующая нормальных давлений N3 по задней грани в сумме с результирующей сил трения T3 дают суммарную силу воздействия задней грани S3 : N3 + Т3=S3, которую раскладывают на касательную Р3 и нормальную Q3 составляющие S33+Q3.

Проф.С.А.Воскресенский получил следующие формулы для сил по задней грани: P3=((cr2cosa)/(2tga))(f3-tga);

Q3=((cr2cosa)/(2tga))(f3-tga), где c – коэффициент упругости поверхности древесины в данной точке дает величину давления по задней грани в этой точке s3 (Н/мм2):cy=s3; r – радиус затупления резца; a – задний угол резца; f3 – коэффициент трения между задней гранью резца и древесиной.

СИЛЫ НА РЕЗЦЕ В ЦЕЛОМ. ЕДИНИЧНАЯ И УДЕЛЬНАЯ СИЛЫ,








Дата добавления: 2016-03-27; просмотров: 987;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.011 сек.