Obrabotka Metallov 2011 No. 3

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (52) 2011 24 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ характеристики слоев материалов обрабатываемой заготовки и режущей части инструмента, прилегаю- щих к его передней поверхности, зависят от темпе- ратуры Θ п . Напряженное состояние режущей части инструмента считается плосконапряженным (рис. 1). Значение коэффициента трения μ на передней по- верхности режущей части инструмента постоянно в течение времени Т . Распределение нормальных и ка- сательных контактных нагрузок на передней поверх- ности режущего инструмента при высокоскоростном ортогональном точении оценивается следующими зависимостями [4] (рис. 1): 3 1 1 max п п ( ) 1 ; q q l ⎛ ⎞ψ ψ = −⎜ ⎟ ⎝ ⎠ max п 2 (1,385 ) q Φ = τ − γ . (1) п 1 1 1 1 п п при 0 ; 2 ( ) 2 1 при . 2 l l l l Φ Φ ⎧ τ ≤ ψ ≤ ⎪ ⎪ τ ψ = ⎨ ⎛ ⎞ψ ⎪ τ − ≤ ψ ≤ ⎜ ⎟ ⎪ ⎝ ⎠ ⎩ (2) Здесь q max п – максимальные нормальные давле- ния на передней поверхности режущей части ин- струмента; l п – длина контакта стружки с передней поверхностью режущего инструмента; τ Ф – напряже- ние сдвига по условной плоскости сдвига обрабаты- ваемого материала [6]: 5 0,6 Ф в20 0,74 6 ⋅δ τ = ⋅ σ ⋅ , где σ в20 , δ 5 – предел прочности и относительное уд- линение при растяжении материала обрабатываемой заготовки при температуре 20 ° С. Рис. 1. Длина контакта стружки с передней поверхно- стью режущего инструмента определяется выраже- нием [6] tg sec п 2 ( (1 ) ) l a = ξ − γ + γ ; sin cos / a s = ⋅ ϕ γ , где a – толщина срезаемого слоя; s – подача; γ, φ – пе- редний угол и главный угол в плане режущей части инструмента соответственно; ξ – коэффициент усад- ки стружки; v – скорость резания. Возможность использования зависимостей (1) – (2) для условий высокоскоростного точения подтвержда- ется результатами, представленными в работе [7]. Разобьем участок передней поверхности режу- щей части инструмента l п на элементарные участки l j ( j = 1, … , J ). Критерием разбиения является постоян- ство температуры Θ п на участке l j . Примем, что объем материала режущей части ин- струмента dQ j , удаляемый с элементарной площадки скользящего контакта его передней поверхности с ма- териалом обрабатываемой заготовки l j , за элементар- ный отрезок времени dτ , вследствие образования и по- следующего разрушения адгезионных металлических связей (АМС), может быть оценен выражением [8] 1 2 d j j j j v Q p p l d = δ τ ξ , (3) где v – скорость резания; δ – толщина зоны разру- шения АМС в инструменте, принимаемая равной толщине полос скольжения в металлах и инструмен- тальных материалах; p 1 j – вероятность образования АМС на рассматриваемой площадке контакта ин- струмента и обрабатываемой заготовки; p 2 j – вероят- ность смещения зоны разрушения АМС в материал инструмента. Величины p 1 j и p 2 j оцениваются следующими выражениями [8]: 1 1 п (1 / ) j K j j p q q − = + ; 2 2 1 2 sм sи (1 ) . j p − = + σ σ j j (4) Здесь q п j – нормальное давление на площадке l j передней поверхности режущего инструмента; q Kj – среднее нормальное давление, необходимое для пол- ного пластического смятия микронеровностей ма- териала обрабатываемой заготовки на этой же пло- щадке; σ sм j , σ sи j – напряжения текучести материала обрабатываемой заготовки и режущей части инстру- мента вблизи площадки l j при температуре Θ п j . Значение величины q K j определяется выражени- ем [8] ви 2,5 (1 ) K j q − = σ − μ j ; 1 2(1,385 ) μ = − γ , (5) где σ – ви j – предел прочности на сжатие материала ре- жущей части инструмента при температуре Θ п j . Нормальные давления q п , действующие на пе- редней площадке режущей части инструмента, рас- считываются методом конечных элементов с учетом термических напряжений, возникающих вследствие нагрева до температуры Θ п слоев материала инстру- мента, прилегающих к этой поверхности.