Исследование влияния сож iia процесс взаимодействия инструмента ii заготовки при обработке металлов резанием

    Соотношение между параметрами, определяющими  постоянство процесса резания, и  параметрами, характеризующими дискретность, зависит от ряда факторов: материалов заготовки и режущего инструмента, снимаемого припуска, режимов резания, используемой СОЖ, применяемого оборудования, технологической оснастки и т.п. Так, например, толщина снимаемого припуска при продольном точении характеризуется изменением соотношений между постоянной Е_пн дискретной составляющей E_d (рис. 2.1., а), где Е_{п и} E_d являются некоторой интегральной величиной таких параметров, как сила резания, состав СОЖ, затрачиваемая мощность, количество движения, тепловыделение.

    Наиболее  благоприятная зона глубины резания (рис. 2.1., а) находится в интервале Af— /|_э что соответствует оптимальному соотношению между Е_{п и} E_d (точка а). Сказанное подтверждается достаточно большим количеством работ, например [58], по изменению силы резания в зависимости от толщины снимаемого слоя (рис. 2.1., б). Несмотря на разные условия обработки, в частности, величины переднего угла резания

/ , при  толщине срезаемого слоя /—>0 для  всех случаев имеет место постоянство силы Р₁₉ значение которой соответствует силе трения в зоне контакта инструмент-деталь.

 
 

Рис. 2.1. Влияние глубины резания на интегральный параметр процесса

 

резания: а) изменение  соотношения между постоянной Е_{п и} дискретной

составляющей  E_d; б) влияние толщины снимаемого слоя на силу

резания.

     Аналогичные зависимости можно привести и  для других параметров, характеризующих процесс резания [60,61], например:

Урез  =f{En>£d)

     Важным  вопросом при изучении влияния СОЖ  на процесс резания являются физико-механические явления, протекающие в поверхностной зоне контакта инструмент-деталь. Можно предположить, что при резании на воздухе (без СОЖ) для случая установившегося процесса контакта двух тел (инструмент-обрабатываемая поверхность) создается третье тело, которое по своим физико-механическим свойствам принципиально отличается от обрабатываемой заготовки и инструмента. Такое тело возникает в тонком поверхностном слое заготовки в результате силового, теплового и деформирующего воздействия режущей кромки на обрабатываемую поверхность. При этом, видимо, происходит квазиквантовое изменение микрообъема обрабатываемого металла (рис. 2.2.).

Рис. 2.2. Схема воздействия инструмента на обрабатываемую поверхность

 

через "третье тело¹

м

     Высказанное положение о возникновении в  зоне контакта (режущая кромка - обрабатываемая поверхность) микрообъема третьего тела находит подтверждение в ряде экспериментальных работ [59-61]. Установлено, что по мере увеличения скорости резания коэффициент трения изменяется так же, как и коэффициент усадки стружки: вначале уменьшается, затем возрастает и, достигнув при некотором значении ^максимума, опять уменьшается (рис. 2.3., а). Интересным при этом является то, что коэффициент трения практически не зависит от подачи S , но каждой подаче соответствует определенное значение V^, когда коэффициент трения принимает максимальное значение (рис. 2.3., б) [60,62].

    Таким образом, при малых скоростях (зона 1, рис. 2.3., а) процесс резания в большей степени дискретен, то есть протекает с частым скалыванием стружки. По мере возрастания V^ и, соответственно, увеличения срезаемого объема металла в единицу времени, происходит увеличение коэффициента трения (зона 2, рис. 2.3., а).

    Такие условия характерны для зоны 3, когда  объем снимаемого металла и параметры, сопровождающие процесс резания, достаточны для образования микрообъема материала, состояние которого близко к квази- расплавленному состоянию, или состоянию, характерному для двойнико- вания кристаллов. Этим объясняется снижение коэффициента трения и его постоянство при дальнейшем увеличении , поскольку доля дискретных факторов, влияющих на процесс резания, уменьшается. Сказанное подтверждает целесообразность применения высоких режимов резания. При этом стабильность и устойчивость процесса резания при прочих равных условиях возрастают. 

    Состав  СОЖ, физико-химические процессы, протекающие  в зоне контакта инструмент-заготовка, в значительной степени определяют характер механических колебаний в данной системе, которые также влияют на выходные технологические параметры процесса резания. Вопросам колебаний в технологических системах при резании посвящено достаточное количество работ [61,63, 64].

    

 
    

I I ! I

    

120 v m/muh

    

Рис. 2.3. Влияние скорости резания и подачи на коэффициент трения между инструментом и заготовкой

    Большинство исследователей отмечает, что для  установившегося процесса резания  возможность возникновения автоколебаний  в системе инструмент-деталь является исключением. Это объясняется тем, что накопленный опыт по назначению режимов резания позволяет выбрать те параметры, которые в наибольшей степени влияют на геометрические па 
раметры обработанной поверхности, стойкости инструмента, стабильность технологического процесса.

    2.2. Расчет стойкости  режущего инструмента,  исходя из трнбологическнх  условии контакта системы инструмент-деталь

    В связи с тем, что процесс резания  имеет сложную физико- механическую природу, целесообразно выбор оптимального режима резания производить с учетом процессов, происходящих на передней поверхности инструмента и прирезцовой стороне стружки, базируясь на достижениях современной трибологии.

    Параметры, характеризующие трибологические  процессы в зоне контакта инструмент-заготовка, можно записать в виде:

(4)

где ^1-5 - шероховатость контактирующих поверхностей (резец- стружка); их микротвердость, геометрические, температурные, частотные характеристики.

    Каждый  параметр, входящий в выражение (4), в  свою очередь, есть функция определенных переменных. Так шероховатость контактирующих поверхностей зависит от их микронеровности R_Zi, микротвердости HV_ri температуры 0j; геометрические параметры резца - от переднего, заднего угла, а стружки - от радиуса закругления и т.п.

    Данную  зависимость в частных производных  можно представить в

виде:

.. дА . дА , дА . дА , дА .

dA =— dc, + de_y +—dc_% + de_A +—de_s. (5)

ds_l ds₂ ds_y ds₄ де_ь

    В свою очередь: 

а

 

(7)

где а - толщина смазывающего слоя;

        соответственно  шероховатость передней поверхности  режущего инструмента и срезаемой  стружки.

    Условию граничной смазки соответствует  значение .В этих

случаях вязкость жидкости практически не влияет на условия трения, так как толщина смазки (X составляет доли от шероховатости контактирующей поверхности, т.е. процесс близок к сухому трению.

    Чтобы обеспечить требуемые свойства режущего инструмента, в том числе и  сменных многогранных пластин, необходимо установить взаимосвязь таких факторов, как исходная шероховатость поверхности, условия работы инструмента и  его характеристики. Учитывать заданную

стойкость инструмента Г, исходную шероховатость  поверхности допустимый износ h инструмента между переточками позволяет аналитический подход.

    Влияние двух последних факторов мы учитывапи  с помощью коэффициента ^Khfiz)-

    

(6)

    

s, =f{R_:iMV_itQ,um.d).

В качестве критерия для оценки условий резания рассмотрим пара-

    

метр £\:

    На  рис. 2.4. показаны кривые стойкости инструмента  для случаев: резания без СОЖ (кривая 1), резания с СОЖ (кривая 2), резания  инструментом с плазменным покрытием плюс СОЖ (кривая 3). 

    Из  экспериментально полученной зависимости (рис. 2.4., кривая 1) следует, что стойкость  инструмента может быть записано в следующем виде:

Т_и=Т1+Г_гт, (8)

где 7f - длительность периода приработки;

    7з  - длительность периода установившегося  износа;

771 - коэффициент, учитывающий особенности эксплуатации инструмента.

  Согласно  рис. 2.4., в период приработки (участок  OA) имеет вид Sw(ftА^или:

KT^arcSln^^  ₍₉₎

где К - коэффициент, учитывающий размерность параметров, входящих в формулу (9).

    С учетом того, что ASВС для участка ОВ

Sin [K(Ti+0,5 T_z)] -i (Ю)

или

HlTftQST^)- avcSini- JT/z . (U)

    Из  последнего выражения получим:

KTi = Ti/Z~Q5T_z (12)

    Из  уравнений (11) и (12) имеем:

CLrcSLntl_t = Л/2 ~0,5КТ_г . ... (13)

    После соответствующих преобразований уравнений (12) и (13) находим:

W, -7; fc^u . (14,

где J(l_iharcSCnii_i , рад; T_f и T_z - время в мин.

Из уравнений (8) и (14) получаем:

^ТиТ,[-~ЛШГ^{т{1 г (15)}

 
 

Рмс. 2.4. Влияние СОЖ и покрытия на стойкость  инструмента: 1 - резание инструментом, который не имеет покрытия без  СОЖ, 2 - резание инструментом, который не имеет покрытия с СОЖ, 3 - резание инструментом с плазменным покрытием с СОЖ

    2.2.1. Зависимость стойкости инструмента Т_н от исходной шероховатости R_Z| и величины допускаемого износа

    Уравнение в аналитическом виде устанавливает  связь между заданным периодом стойкости режущего инструмента Т, его допустимым износом между переточками и шероховатостью передней поверхности, так как

4rXh,R_z) ■

    Из  уравнения (15) определяем: