Файл: Бетанели, А. И. Прочность и надежность режущего инструмента.pdf

§ 5,8. ОСНОВЫ РАСЧЕТА ПЛАСТИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ РЕЖ УЩ ЕЙ ЧАСТИ ИНСТРУМЕНТА

Уравнение (2.12), выражающее условие пластического дефор­ мирования режущей кромки, может быть решено, если известны нормальные п касательные напряжения, действующие в рассмат­

ал-г = 2тф ^0,5 + -^ - — у^ — тф sin2y.

При малом изменении переднего угла (у—0-е 10°)

аЛ--л:Лтф. (5.57)

В случае максимального трения, касательное напряжение от трения задней поверхности равно сопротивлению сдвигу в кон­ тактном слое обрабатываемого материала

Подставив выражения (5.56), (5.57), (5.58) в формулу (2.12), по­ лучим:

(5,59)

УПт2ф+ /Иг® •Tfe+ Зт2., ’

где П = В 2+ З С 2Л2 и УИ=6СЛ.

Коэффициент запаса пластической прочности можно выразить и через твердость инструментального и обрабатываемого материа­

где Н „ — твердость инструментального материала в контактных слоях задней поверхности;

Нф — твердость обрабатываемого материала в зоне условной плоскости сдвига;

Нк — твердость обрабатываемого материала в контактных слоях с задней поверхностью.

Для определения коэффициентов в формуле (5.60) были прове­ дены многочисленные опыты, результаты которых приведены в ра­ боте [81]. Было установлено, что в случае малых скоростей реза­ ния и максимального трения на контакте режущая кромка (при 7=0-7-10°) не подвергается срезу, когда соблюдается условие:

242

При больших скоростях резания, когда температура в контакт­ ных слоях значительно выше, чем в зоне сдвига (Я ф^ # л), вели­ чиной H h пренебрегаем, и коэффициент запаса пластической проч­ ности пт определяется отношением:

Согласно выражению (5.63), режущая кромка инструмента фор­ моустойчива и не подвергается срезу, когда твердость инструмента

дельной температуре резания для заданных конкретных условий обработки можно определить и предельно допустимые режимы резания: скорость резания, толщину и ширину среза.

На рис. 5.90 дана температурная зависимость коэффициента запаса пластической прочности при обработке стали 40 резцами из У8, Р18, Т15К6 и ЦМ332. Эти кривые построены по темпера­ турным зависимостям твердости инструментальных материалов и напряжений сдвига обрабатываемых материалов (см. рис. 3.5 и 4.3).

Величина xh принимается равной тф при соответствующей тем­ пературе и скорости деформации и, в первом приближении, мо­ жет определяться по температурной зависимости т'ф, приведенной на рис. 3.5.

Из рис. 5.90 следует, что при обработке среднеуглеродистой стали предельной температурой на задней поверхности для резца

243

из стали У8 является 670°К, из стали Р18 — 940°К, из сплава Т15К6 — 1400°К, из материала ЦМ332 — 1650ЭК-

Рис. 5.90Температурная зави­ симость коэффициента запаса прочности пт при обработке стали 40 резцами из разных ин­ струментальных материалов:

1—У8; 2—Р18; 3—TI5KG; 4—ЦМ322.

Учитывая, что температура на задней поверхности меньше, чем средняя температура резания, предельные температуры реза­ ния (измеренные естественной термопарой) соответственно будут выше на 80— 100°К. Имея кривые зависимостей температуры от скорости резания, можно построить кривые n t —[(v) (рис. 5.91).

Из рис. 5.91 следует, что предельно допустимые скорости реза­ ния для разных инструментальных материалов различны. Для ста­

Рис. 5.91. Зависимость коэффициента’’запаса прочности пт от скорости ргзания при обработке стали 40 резцами из различных материалов:

1—У8; 2 —Р18; 3—Т15К6; 4—Ц.М332.

244

рамического материала ЦМ332 — 8,39 -f- 9,16 м/сек (500 —

.550 м/мин). Эти результаты согласуются с данными практики. Полученные кривые наглядно показывают, что коэффициент за­ паса пластической прочности инструментального материала яв­ ляется чувствительным параметром, существенно зависящим от ■ скорости резания. Аналогично, на рис. 5.92 представлены кри­ вые сплава Т15К6 при обработке различных материалов.

Эти кривые показывают, что свойства обрабатываемого ма­ териала решающим образом влияют на коэффициент запаса пластической прочности инструмента и на предельную скорость резания. Так, резцом из сплава Т15К6 можно срезать стружку

с заготовки из стали 40 со скоростью до 6,66 м/сек (400 м/мин);, для нержавеющей стали Х18Н9Т и шарикоподшипниковой ста­ ли ШХ15 эти скорости ниже; что же касается жаропрочных ■ сплавов, то предельные скорости для них меньше «а целый по­ рядок (0,5 — 0,666 м/сек) (30—40 м/мин). Аналогичная картина наблюдается при обработке этих материалов инструментом из быстрорежущей стали. Разница ,в том, что предельные скорости резания имеют меньшие значения.

Для жаропрочных сплавов предельными скоростями являют­ ся 0,083 -г 0,117 м/сек (5 — 7 м/мин), что согласуется сданны ­ ми заводов качественной металлургии по зачистке слитков и

проката методом резания при помощи быстрорежущего инстру­ мента.

245

Очевидно, что если при предельной температуре резания, равной температуре плавления обрабатываемого материала, коэффициент запаса пластической прочности то пласти­ ческое разрушение режущей кромки не будет наступать при сколь угодно высоких скоростях резания. Исходя из этого сле­ дует, что резцсм из инструментальной стали можно обрабаты­

вать практически с неограниченной скоростью резания свинец, олово, кадмий и др. мягкие легкоплавкие металлы.

Быстрорежущая сталь дает возможность обрабатывать прак­ тически с неограниченной скоростью резания алюминий, так как твердость быстрорежущей стали при температуре плавления алю­ миния больше, чем твердость алюминия в зоне условной плос­ кости сдвига. Однако будет ограничена в скорости резания воз­

ден, вольфрам и другие тугоплавкие металлы. Последнее связано с тем, что твердость твердых сплавов при температурах, близ­ ких к температурам плавления указанных материалов, имеет зна­ чение меньшее, чем твердость этих материалов в зоне плоскости сдвига.

Важно определить изменение коэффициента пластической проч­ ности при предварительном подогреве срезаемого слоя. Предвари­ тельным подогревом уменьшаются сдвигающие напряжения по ус­ ловной плоскости сдвига (рис. 3.5) и понижаются контактные нап­ ряжения, нагружающие режущую часть инструмента. Поэтому,, при прочих равных условиях, если температура резания на зад­ ней поверхности остается неизменной, коэффициент запаса по плас­ тической прочности должен возрастать. Это следует из выражения

(5.62).

На рис. 5.93 представлены кривые изменения коэффициента запаса пластической прочности в зависимости от температуры ре­ зания при различных температурах предварительного подогрева срезаемого слоя высокомарганцовистой стали Г13Л при резании, сплавом Т15К6.

Из представленных на рис. 5.93 кривых следует, что с увели­ чением температуры предварительного подогрева для каждой за-

246