Влияние различных факторов на силу резания в условиях свободного резания

Сила резания возрастает пропорционально ширине среза, но отстает от увеличения толщины среза. Это отставание можно объяснить следующим: с увеличением толщины среза нагрузка на единицу длины режущего лезвия возрастает. В связи с этим увеличивается температура резания, что приводит к уменьшению сил трения, усадки стружки и снижению сопротивления обрабатываемого материала пластическому деформированию. Пластические деформации и напряжения распределяются по толщине стружки неравномерно. Они значительно больше в слоях, прилегающих к передней поверхности лезвия инструмента. Поэтому увеличение толщины среза приводит к относительному уменьшению слоя с максимальными деформациями. Кроме того, сила трения по задней поверхности лезвия как одна из слагаемых при расчете сил резания с изменением толщины среза остается неизменной или изменяется очень мало. Таким образом, при сохранении площади поперечного сечения среза постоянной, силы резания уменьшаются по мере уменьшения ширины среза.

При снятии стружки материал не только срезается, но и претерпевает сильную пластическую деформацию. Большое влияние на силы резания оказывают силы трения стружки и обрабатываемого материала соответственно о переднюю и заднюю поверхности лезвия инструмента. Однако необходимо учитывать, что в процессе обработки материал в зоне резания сильно разогревается. Значит, его свойства могут отличаться от свойств, которые характерны для него при статических испытаниях. Поэтому нет точной и однозначной зависимости между силой резания и временным сопротивлением обрабатываемого материала, а также его твердостью и другими механическими характеристиками. Установлено, что силы резания растут при увеличении временного сопротивления, твердости, пластичности и вязкости обрабатываемого материала.

Влияние свойств инструментального материала на силу резания может быть вызвано только различием в силах трения (коэффициентах трения) между обрабатываемым и инструментальным материалами. Внутри групп быстрорежущих сталей и вольфрамокобальтовых твердых сплавов коэффициенты трения и укорочения стружки не отличаются, а следовательно, сила резания не изменяется. При обработке инструментами, оснащенными вольфрамотитановыми твердыми сплавами, сила резания уменьшается с увеличением содержания карбидов титана.

В настоящее время известно, как изменяется сила резания в широком диапазоне скоростей. В тех областях скоростей резания, где уменьшается коэффициент укорочения стружки, снижается сила резания, и наоборот. Возрастание коэффициент укорочения стружки свидетельствует об уменьшении угла сдвига и соответственно об увеличении поверхности, по которой происходит сдвиг. При этом повышается степень деформации материала, т. е. происходит его упрочнение, а значит, возрастают напряжения, при которых происходит сдвиг. Увеличение напряжения и площади сдвига приводит к росту силы резания. Кроме того, сила резания и коэффициент укорочения стружки зависят от коэффициента трения при деформировании срезаемого слоя.

Сложный характер зависимости силы резания от скорости резания объясняется появлением нароста на передней поверхности лезвия инструмента. Минимальные значения силы соответствуют максимально возможному наросту. При малой скорости резания, когда нарост не образуется, сила резания велика. В диапазоне скоростей, где имеется максимальное наростообразование, сила резания и укорочение стружки уменьшаются, так как с увеличением размеров нароста возрастает действительный передний угол инструмента. По мере дальнейшего повышения скорости резания высота нароста, следовательно, и действительный передний угол уменьшаются. Одновременно с этим возрастают коэффициент укорочения стружки и силы резания.

На очень высоких скоростях резания значительно повышается температура резания, в результате чего уменьшается коэффициент трения, следовательно, и сила резания.

При увеличении переднего угла облегчается врезание инструмента в обрабатываемый материал, улучшается сход стружки, уменьшается деформация обрабатываемого материала и снижается коэффициент укорочения стружки, а следовательно, уменьшается сила резания. Влияние заднего угла на силу резания определяется способностью обрабатываемого материала упруго восстанавливаться. С уменьшением заднего угла увеличивается контакт задней поверхности инструмента с обрабатываемой деталью, что приводит к росту сил трения и резания. Этому способствует то обстоятельство, что после прохождения режущего лезвия материал упруго восстанавливается, образуя дополнительную площадку контакта. Чем больше задний угол, тем меньше длина контакта, следовательно, и сила резания.

Дата добавления: 2014-01-15