Как определить главную составляющую силы резания, какова формула, ее структура и коэффициенты, учитывающие влияние на нее различных факторов?

Расчеты при проектировании или выборе элементов системы ЗИПС основаны на аналитических выражениях составляющих силы резания, свя­занных с влияющими на них факторами. Единая структура эмпирических формул для всех составляющих силы резания может быть представлена в следующем виде:

P_i = C_pi·t^Xp · S^Yp ·ν^Zp ·K_p (4.5)

где P_i - любая из составляющих силы резания (Р_х, P_y, Р_z); С_рi - постоянная величина, учитывающая совокупность условий обработки; х, у, z — показа­тели степеней для глубины резания t, подачи s и скорости резания V. Они определяются опытным путем для различных условий отдельно для каж­дой их составляющих силы резания (Р_х, P_y, Р_z). Для всех составляющих си­лы резания справедливо соотношение между показателями степеней

X_p˃Y_p˃Z (4.6)

Это свидетельствует о том, что на формирование силы резания наи­большее влияние оказывает глубина резания и подача и в меньшей мере - скорость резания.

В формуле (4.5) также использован обобщенный поправочный сило­вой коэффициент К_р:

К_р = K_M·K_φ·K_γ·K_r·K_w·K_δ (4.7)

Входящие в формулу (4.7) коэффициенты учитывают следующие характе­ристики: К_м — прочность и твердость обрабатываемого материала; K_φ - величину главного угла в плане; K_γ - величину переднего угла в плане; K_r — величину радиуса переходного пешка при першит; K_w - влияние СОЖ; K_δ- степень изношенности задней поверхности.

Тогда выражение для главной составляющей силы резания с учетом (4.1) и (4,3) будет иметь вид

P_z = C_pz·t^Xp · S^Yp ·ν^Zp ·K_p · K_M·K_φ·K_γ·K_r·K_w·K_δ

Рассмотрим влияние различных групп факторов на силы резания.

Механические характеристики обрабатываемого материала и элементы режима резания ш ш

существенно влияют на величины составляющих силы резания. Чем выше твердость и прочность обрабатываемого материала, тем больше их абсолютные значения, но при этом их соотношение остаются неизменными.

Если обрабатываемый материал не склонен к наростообразованию, то с увеличением скорости резания кривые имеют падающий характер (рис. 4.7), а если склонен, то в зоне существования нароста, где происходит увеличение переднего угла и заострение инструмента, кривая, коэффициента укорочения испытывает провал (рис. 4.8)

Подобные изменения происходят и с кривой для главной состав­ляющей силы резания. Аналогично ведут себя составляющие P_x и P_y.

Уменьшение подачи 5 приводит к смещению границы исчезновения нароста в сторону более высоких значений скоростей, что вызывает на кривой P_z, такое же смещение зоны провала.

Глубина резания t и подача s влияют на составляющие силы резания в соответствии с соотношением (4.6), поэтому при постоянной площади срезаемого слоя f увеличение угла φ приведет к их уменьшению.

Геометрические параметры также существенно влияют на силы резания.

Так,любоеувеличение переднего угла γ (рис. 4 9), т.е заострение лезвия инструмента, приводит к облегчению процесса стружкообразования, а следовательно, к уменьшению всех составляющих силы резания. Если материал склонен к наростообразованию, то эти зависимости приобре­тают более сложный характер.

Задняя поверхность лезвия также вовлечена в деформационные процессы при этом она в основном взаимодействует с волной упругого восстановления материала на обработанной поверхности. Вели величина заднего угла а > 8... 10°, то его влияние на составляющие силы резания отсутствует; если а < 8°, то последующее уменьшение заднего угла приводит к незначительному росту составляющих и

Главный угол в плане φ определяетотношение b/а или t/s. Неравенство (4.6) показывает, что при f=const с увеличением угла φ проксходит уменьшение t/s и, соответственно, силы P_z (рис. 4.10). Отмеченные характер окружной силы проявляется в том случае, когда радиус при вершине r_в= 0. Однако если лезвие имеет переходную кромку или радиус при вершинедостаточно большой, то абсолютные значения силы несколько выше, а их характер - сложнее. Сила P_z уменьшается до значений φ = 50...60°, проходит через минимум и начинает возрастать. Здесь сказы­вается влияние усложнения процессов деформирования материала при об­текании им вершины. В дальнейшем это явление преобладает и окружная сила растет с увеличением угла φ.

Несколько иначе ведут себя составляющие Р_х и Р_у, что объясняется их геометрической взаимосвязью при изменении угла в плане и перерас­пределением между ними сопротивления срезаемому слою (рис. 4.11).

Материал инструмента влияет на силы резания через механизм контактного взаимо­действия. Уменьшение коэффициента трения между инструментом и обрабатываемым мате­риалом приводит к снижению сил. Например, повышение содержания карбида титана в ин­струментальном материале приводит к сниже­нию коэффициента трения. Поэтому сила Р. при точении резцами, оснащенными пластин­ками из двухкарбидных сплавов, на 5... 10 % меньше, чем у резцов, оснащенных пластин­ками из однокарбидных сплавов.

Степень затупления резца проявляется в основном через изменение геометрии лезвия. При изнашивании инструмента по задней поверхности все составляющие увеличиваются непрерывно, но более интенсивно растут Р_х и Р_у,.

Использование смазочно-охлаждающих жидкостей улучшает усло­вия стружкообразования, что ведет к снижению силы резания. Эффектив­ность СОЖ по уменьшению составляющих силы резания зависит от их спо­собности снижать средний коэффициент трения и ее грузоподъемности, под которой понимают способность жидкости разделять трущиеся поверхности граничным слоем смазки при определенном нормальном давлении.

Таким образом, на силу резания и ее составляющие действует слож­ный комплекс факторов, главными из которых являются природа и меха­нические свойства обрабатываемого материала, геометрические параметры лезвия, элементы режимов резания и вид применяемой смазочно-охлаждающей жидкости.