Файл: Бетанели, А. И. Прочность и надежность режущего инструмента.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 19.10.2024
Просмотров: 105
Скачиваний: 0
На рис. |
3.1 дана пластическая |
зона в срезаемом слое. |
|||||
Пластическая зона в срезаемом слое |
L O M N |
|
в соответствии |
||||
со |
схемой |
стружкообразовання, |
предложенной |
Н . Н . Зоревым |
|||
[55] |
(рис. 3.1), ограничивается линией сдвига |
OL, |
вдоль которой |
||||
|
|
||||||
происходят первые пластические деформации, линией сдвига M N , вдоль которой происходят последние сдвиговые деформации, и ли нией L M , которая представляет деформированный участок на-
Р п с . 3 . 1 . П л а с т и ч е с к а я з о н а в с р е з а е м о м с л о е .
ружной поверхности среза. Внутри пластической зоны LOA4N, представляющей собой зону стружкообразовання, последователь но осуществляются нарастающие деформации срезаемого слоя. При этом величины деформации и температуры изменяются от точки к точке.
При наличии значительного трения на контактных поверхнос тях деформация срезаемого слоя не закапчивается в зоне стружкообразоваиня. При движении вдоль поверхностей инструмента тонкий контактный слой стружки и обработанной поверхности по лучает весьма значительную дополнительную деформацию и уп рочнение (пунктирная зона на рис. 3.1). Вследствие дополнитель
на
ной деформации в контактных слоях на высоких скоростях ре зания выделяется большое количество тепла и температура зна чительно повышается. Например, при резании стали темпе ратура в контактных слоях может достигать 1273 — 1573°К (1000-*-1300эС).
Таким образом, при резании материалов, ввиду изменения тем пературы, величины деформации и скорости деформации от точ ки к точке, срезаемый материал в зоне стружкообразования весь ма анизотропен и его сопротивление пластической деформации не может характеризоваться одной какой-либо величиной напряже ния сдвига.
В первом приближении сопротивление обрабатываемого мате риала пластической деформации в процессе резания может харак теризоваться касательными напряжениями в трех различных зо нах, а именно: в зоне стружкообразования, в контактных слоях стружки с передней поверхностью и обрабатываемого материала с задней поверхностью. Это необходимо из-за различия в величи нах деформации, скорости деформации и, что особенно важно, в резком отличии температур. В зоне стружкообразования данного обрабатываемого материала температура при изменении условий резания изменяется мало, тогда как в контактных слоях в зави симости от скорости резания она может изменяться от комнатной вплоть до температуры плавления обрабатываемого матери ала.
Сопротивление обрабатываемого материала пластической дефор мации в зоне стружкообразования приближенно характеризуется средней величиной напряжения сдвига по условной плоскости сдвига тф.
Подобным образом сопротивление пластической деформации в контактных слоях можно характеризовать средней величиной напряжений сдвига пластически деформируемых слоев стружки вдоль передней позерхности ткп и средней величиной напряжений сдвига пластически деформируемых слоев обрабатываемого мате риала вдоль задней поверхности (поверхности резания) ткз. Сле дует отметить, что ввиду малого различия в температурах контак та Т;!П и Ткз очевидно мало различаются по величинам и можно при нять:
Ъіп ^кз т
ПО
а) Определение напряжений сдвига по условной плоскости сдвига
Многочисленные экспериментальные исследования пластичес кой деформации в зоне стружкообразовання [55, 78, 113] показы вают, что величины деформации е и скорости деформации е° сре заемого материала в области условной плоскости сдвига необы чайно велики и намнрго превосходят деформацию материала при стандартных методах испытания.
Например, величина относительной деформации е в зоне ус ловной плоскости сдвига.при резании пластичных материалов ко леблется в пределах е=2-^10, тогда как в шейке при растяжении
образцов е < 1 . Кроме того, |
необычайно велика |
разница в скорое- |
|||
тях деформации, |
например, |
при обычных скоростях |
резания |
О |
|
е — |
|||||
— 102ч-1031/сек, |
|
О |
|
|
|
при шлифовании Ое=105-ч-106 1/сек, тогда как при |
|||||
стандартных методах испытания е = 10-3 1/сек, |
т. е. |
скорость де |
|||
формации материала в зоне |
стружкообразовання в несколько мил |
||||
лионов раз превосходит скорость деформации |
при |
стандартных |
|||
методах испытания. |
|
|
по стандарт |
||
Ввиду этого |
напряжения сдвига, определенные |
||||
ным методам испытания при растяжении, сжатии, кручении и др., могут значительно отличаться от напряжений сдвига в условиях резания.
Пользуясь упрощенными зависимостями механики процесса
резания для условий резания с большими передними углами |
(yes |
|||||||||||
^15°) и при |
значительной величине отношения ширины среза |
b |
к |
|||||||||
толщине |
а |
^ — > 10 j , |
напряжения |
сдвига |
тф |
для свободного |
||||||
резания |
определяются |
уравнениями: |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
sin Ф |
СОЭ(Ф + Т] — у) |
|
|
(3.1) |
|||
|
|
|
|
|
ab |
|
COS(T) — у) |
|
|
|||
|
|
|
|
P 2sin Ф |
CO S |
(Ф-і-Г)—у )' |
|
|
(3.2) |
|||
|
Pi |
|
Po, |
|
ab |
cos(ц—у) |
|
|
||||
цце |
|
и |
|
— соответственно, вертикальная |
и |
радиальная |
сос |
|||||
|
|
|
|
тавляющие усилия |
резания, |
без учета сил по |
||||||
|
|
|
|
задней поверхности; |
|
|
|
|
|
|||
111
Ф — условный угол сдвига, обычно определяемый по усадке стружки;
•I — средний угол трения по передней поверхности, опреде ляемый по выражению:
‘ 1
Как видно из формул (3,1) и (3,2), на основании измерений сил резания и усадки стружки легко определяется величина тф.
Экспериментами [55, 113] установлено, что при резании сталей и ряда тугоплавких материалов величина тф при изменении режи мов резания и формы режущей части инструмента меняется незна чительно. Заметное влияние скорости резания на величину тф об
наруживается при |
обработке |
легкоплавких материалов (олово, |
свинец, алюминий и др.) [55, |
113], а также при резании сталей с |
|
предварительным |
подогревом |
срезаемого слоя. В этих условиях |
с увеличением скорости резания тф увеличивается. Наблюдаемые закономерности изменения тф объясняются сле
дующим образом. На основании ряда работ советских и зарубеж ных исследователей [78, 111, 177] следует, что температура в зоне условной плоскости сдвига при изменении режимов резания и ге ометрии инструмента меняется незначительно. Например, при об работке сталей средней твердости колебания температуры в этой зоне составляют 423—573°К (150—300ГС). Указанный интервал температур мало влияет на механические характеристики сталей. Поэтому маловероятно ожидать изменение величины тф при раз личных режимах резания, как следствие колебания температуры резания по условной плоскости сдвига. Следовательно, действие
температуры на тф исключается.
о
Рассмотрим влияние е и е на хф. Анализ кривых деформацион ного упрочнения металлических материалов приводит к следую щему заключению. С увеличением деформации в начальный период материал интенсивно упрочняется и напряжения быстро возрас тают. Дальнейшее увеличение деформации заметно снижает при рост напряжения, и кривая деформационного упрочнения асимпто тически стремится к определенному пределу. Н . Н . Зорев [55] на примере многих материалов показал, чго когда деформация сдвига достигает е =1 , возможности упрочнения сталей, а также многих других материалов исчерпываются.
112
Во время последних сдвиговых деформаций в зоне стружкообразования, т. е. по условной плоскости сдвига, обрабатываемый материал находится в пределах насыщения упрочнения, т. е. приб лижается по свойствам к идеально пластичному телу В резуль тате этого значительное изменение относительной деформации с. при изменении режимов резания и формы режущей части инстру мента мало влияет на величину тф.
Остается рассмотреть влияние скорости деформации на вели чину тф. Изучение влияния скорости деформации на напряжения сдвига для различных материалов, а также данные теории упроч нения и разупрочнения материалов [46, 77, 81, 96] приводят к заключению: при гомологических температурах (безразмерное от ношение температуры опыта к температуре плавления в градусах Кельвина) поведение металлических материалов в отношении воз действия скорости деформации одинаково. Все металлы чувстви тельны к скорости деформации при температурах рекристаллиза ции и близких к температурам плавления и нечувствительны при
температурах значительно меньших температур |
рекристаллиза |
|
ции Ѳрекр=0,4Ѳпл (Ѳпл — температура плавления). |
||
Если при резании материалов температура в |
области услов |
|
ной плоскости сдвига |
Ѳе колеблется в пределах |
Ѳ„-<0,5ѲреКр = |
= 0,2ѲІІЛ, то очевидно, |
что напряжение сдвига тф мало будет из |
|
меняться при изменении скорости деформации, и в этих условиях |
||
изменение режимов резания и формы режущей части инструмента мало повлияет на величину тф.
При точении и фрезеровании сталей температура в зоне услов ной плоскости сдвига значительно меньше температуры рекрис таллизации. Следовательно, тф мало чувствительно к изменению скорости деформации. При обработке легкоплавких материалов (олово, свинец, алюминий и др.) температура в зоне условной плоскости сдвига находится в области температуры рекристалли зации. Поэтому у этих материалов обнаружено заметное влияние скорости резания на величину тф. Аналогично объясняется влия ние скорости резания на тф при резании с предварительным подо гревом. Если легкоплавкие материалы обрабатывать в условиях глубокого охлаждения, то эти материалы, так же как и стали, в обычных условиях будут нечувствительны к скорости деформации, и тф не будет изменяться в зависимости от скорости резания.
При резании сталей и других тугоплавких материалов созда-
8. А. И. Бетанели |
113 |