Modeling the interrelation of the cutting force with the cutting depth and the volumes of the metal being removed by single grains in flat grinding

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 25 № 4 2023 8 ТЕХНОЛОГИЯ Известно, что в ступенчатом цикле плоского шлифования программная подача на глубину изменяется в десятки раз (например, от 0,05 мм/ход на первой ступени цикла до 0,001 мм/ мин – на последней). При этом количество режущих зерен и глубина резания тоже должны существенно уменьшаться. Однако в рассмотренных силовых моделях этот факт никак не влияет на глубину резания зернами круга. Учитывая, что количество режущих зерен на рабочей поверхности круга избыточно [29], часть зерен проходит в зоне контакта впустую без съема металла, а с уменьшением подачи на глубину в десятки раз количество избыточных зерен увеличивается. На настоящий момент отсутствуют методики расчета количества избыточных зерен и глубины резания при снижении подачи на глубину в десятки раз. Кроме того, не учитывается, что объем слоя снимаемого металла с заготовки имеет конечное значение, а расчет объема снимаемого металла при микрорезании в моделях не осуществляется, т. е. суммирование снятого металла не производится и непонятно, когда закончится процесс снятия заданного объема металла. Большим упущением в рассмотренных выше моделях также является то, что сила резания в моделях не изменяется в зависимости от твердости круга. Таким образом, до сих пор отсутствует научный подход, устанавливающий взаимосвязь сил резания и глубин среза металла единичными зернами со снимаемым припуском и силой резания, возникающей при шлифовании кругом в целом. В результате отсутствует аналитическая модель расчета взаимосвязи силы резания с глубиной резания на операциях плоского шлифования, представленная в инженерном виде. Сложность получения адекватной модели силы резания заключается в необходимости установления взаимосвязи параметров макрорежимов резания (подач, скорости резания), регулируемых на пульте управления станком, с параметрами микрорежимов резания абразивными зернами, связанными с пластической деформацией металла в зоне сдвига, физико-механическими свойствами обрабатываемого металла, передним и задним углом режущей кромки зерен, затуплением режущей кромки по задней поверхности зерен, скоростью резания, параметрами зоны контакта режущего инструмента с заготовкой и др. В частности, для операции плоского шлифования необходимо связать объем снятого металла с заготовки и параметры трех подач станка (на глубину, поперечную, продольную) с параметрами микрорезания: углом сдвига металла в зоне пластической деформации, длиной и площадью контакта круга с заготовкой, переменной глубиной среза металла единичными зернами круга, стохастическим характером съема металла избыточным количеством зерен круга, геометрией режущей кромки абразивных зерен, площадкой затупления на задней поверхности, прочностью обрабатываемого металла, а также с суммарным микрообъемом металла, снимаемого всеми зернами. Таким образом, целью данной работы является установление взаимосвязи между силой резания, глубиной резания и объемом снимаемого металла единичными зернами при плоском шлифовании. Рассмотрены основные этапы разработки модели расчета силы резания, возникающей в процессе плоского шлифования, на основе равенства объема металла, снимаемого совокупностью единичных зерен, и такого же объема металла, снимаемого шлифовальным кругом (равенство объемов снимаемого металла). Методика исследования В качестве базы для разработки модели силы резания при плоском шлифовании примем модель силы резания, возникающей при резании единичным абразивным зерном. Съем металла единичным зерном происходит при энергетических затратах, чаще всего выражаемых в виде работы или мощности. Взаимосвязь между работой и мощностью при пластической деформации металла установлена в работе [1]: A d ω = σε ω ∫∫∫ ; (1) dA N d dt ω = = σε ω ∫∫∫  , (2) где А – работа, затрачиваемая на деформацию объема ω металла, Н ‧ м (Дж); N – мощность, необходимая для деформации объема ω металла, Н ‧ м/с (Вт); σ – интенсивность напряжений в движущемся объеме деформируемого металла, Н/м2; ε  – интенсивность скорости деформаций, с–1; ε – интенсивность степени деформации;

RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1