close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

код для вставкиСкачать
УДК 621.923
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СИЛОВОЙ НАПРЯЖЕННОСТИ
МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ПРОЦЕССУ
РАЗРЕЗКИ МАТЕРИАЛОВ
Новиков Ф.В., докт. техн. наук
(Харьковский национальный экономический университет)
Лущан М.В. (ООО ”ПКФ ”Промтехнология”, г. Днепропетровск)
Введение и постановка задачи. Процесс разрезки материалов занимает
особое место в технологическом цикле изготовления деталей [1,2]. При разрезке
труднообрабатываемых материалов (жаропрочных сплавов, нержавеющих сталей
и т.д.) все шире применяются биметаллические и твердосплавные ленточные
пилы. Они позволяют повысить производительность и качество обработки,
P
обеспечить
высокие
техникоэкономические показатели процесса
O
A
B
разрезки. В настоящее время накоплен
y
достаточно большой практический
r
опыт их эффективного использования

на предприятиях Украины. Вместе с
C
d
тем, с повышением требований к
r
качеству реза и стойкости инструмента
при разрезке труднообрабатываемых
материалов постоянно возникают
задачи
по
совершенствованию
x
процесса
и
расширению
его
а
технологических возможностей. Для
P
решения
данных
задач
важно
A
B
O
располагать глубокими знаниями о
y
физической сущности процесса и
d
условиях снижения его силовой

напряженности. Цель работы −
dl
теоретический анализ параметров
силовой напряженности процесса
резания и определение условий их
x
уменьшения.
б
Материалы
и
результаты
Рис. 1. Расчетная схема
исследований.
В основу работы
напряжений от действия
положим фундаментальное решение
сосредоточенной силы Р .
о распределении напряжений в
полуплоскости от действия на ее границе сосредоточенной силы Р
(приходящейся на единицу ширины, рис. 1) [3]:
2  P  cos 
,
(1)
   0 ,  r  0 ,
 r
где  r − нормальная компонента напряжений в радиальном направлении;   −
нормальная компонента напряжений в окружном направлении;  r −
касательная компонента напряжений;  − угол; r − радиус-вектор.
Приведенные зависимости удовлетворяют условиям равновесия (рис. 2) [3]:
 r 1  r  r   
(2)
 

 0,
r r 
r
1   r 2   r
(3)



 0,
r 
r
r
уравнению совместности:
r  
2   2
2 
 2 1 
1



1


1












0
2
2
2
2
2
2
 r
  r
r

r
r

r
r


r



 

и граничным условиям на границе АВ (   = r =0).
(4)
При   0 и r  0 напряжение  r   , т.е. из решения необходимо
исключить точку приложения силы P . Из решения (1) вытекает, что любой
элемент С, расположенный на расстоянии r от точки приложения силы P ,
подвергается простому сжатию в радиальном направлении. С увеличением  и r
x напряжение  r уменьшается. Принимая
r  d  cos (где d - диаметр окружности

с центром на оси ОХ и касательной к оси
(r)3
ОY в точке О, рис. 1,а), напряжение  r
d
(r)3
()4
описывается
(r)4
2 P
4
3
r  
.
(5)

d
P
(r)2
2
1
Следовательно, напряжение  r во
(r)1
всех точках окружности одинаково за
()2
(r)1
исключением точки приложения силы,
r=OP
где  r   . Чем больше диаметр
Рис. 2. Расчетная схема
окружности d , тем меньше напряжение
напряженного состояния тела.
 r . Очевидно, внутри окружности
напряжение больше, чем снаружи.
Используя данное решение, установим параметры силовой напряженности
процесса резания для нулевого переднего угла режущего инструмента (рис. 3).
Учитывая то, что образование стружки происходит в результате периодических
сдвигов элементов обрабатываемого материала вдоль условной плоскости сдвига
ОА (расположенной под условным углом сдвига материала  ), определим
касательное напряжение  в плоскости сдвига ОА:
Р  cos   
,
(6)

вr
где P − равнодействующая силы резания, Н;  − условный угол трения
обрабатываемого материала с передней поверхностью инструмента; tg  f −
коэффициент трения обрабатываемого и инструментального материалов; в −
ширина среза, м; r − текущее значение длины условной плоскости сдвига
материала ОА, в пределах которой касательное напряжение  одинаково.
2
3
А
А
Pz
О
Py
P
О
В
1
а
2
3
А
Pz
О
D
P
Py
О
В
1
б
Рис. 3. Расчетные схемы условного угла сдвига материала  при резании: 1 −
обрабатываемый материал; 2 − образующаяся стружка; 3 − режущий инструмент.
В расчетной схеме, показанной на рис. 3,а, рассмотрим прямоугольный
треугольник ОАВ , в котором ОА  r , а угол ОАВ равен 900. Тогда
справедлива зависимость
r
,
(7)
d
cos    
где d − длина отрезка ОВ .
Проведем через три точки О, А и В окружность, т.е. окружность,
описывающую прямоугольный треугольник ОАВ . Как известно, данная
окружность подчиняется следующим свойствам [3]: а) все вписанные в
окружность углы, опирающиеся на одну и ту же дугу, равны между собой; б)
вписанный угол определяется половиной дуги, на которую он опирается. Из
сказанного вытекает, что поскольку угол ОАВ равен 900, то длина отрезка ОВ
равна диаметру окружности d , проведенной через точки О, А и В. Исходя из
этого зависимость (2.32) может быть выражена через диаметр окружности d :
Р
.
(8)

вd
Физический смысл полученного решения состоит в том, что касательное
напряжение  в каждой точке круга диаметром d одинаково и зависит от
значений P и d . Как видно, касательное напряжение  тем больше, чем
больше сила резания P и меньше диаметр окружности d .
Из условия    сдв для заданного значения P можно определить
предельное значение диаметра окружности d , при котором произойдет
разрушение обрабатываемого материала.
Применим данное решение для определения положения условной
плоскости сдвига материала ОА (рис. 3,б) и соответственно условного угла
сдвига материала  при резании инструментом с передним углом, равным
нулю. Для этого проведем окружность диаметром d с центром в точке О ,
расположенной на линии действия силы резания P . Окружность должна
касаться границы обрабатываемого материала, определяемой положением
линии mn .
Предположим, что выполняется условие:
Р
.
(9)
   сдв 
вd
Это означает, что в каждой точке круга диаметром d касательное
напряжение  равно пределу прочности на сдвиг обрабатываемого материала
 сдв . Следовательно, внутри круга диаметром d возможно разрушение
обрабатываемого материала. Вполне очевидно, что разрушение материала
произойдет вдоль плоскости ОА, т.е. условной плоскостью сдвига будет
плоскость ОА, расположенная под углом  к направлению движения
инструмента (или обрабатываемой детали).
Условный угол сдвига материала  можно определить, рассматривая
равнобедренный треугольник ОАО , в котором стороны АО и ОО равны
радиусу окружности r  d / 2 . Из этого следует, что угол ОАО равен углу
2
3
А
d
P
О
О
АОО , т.е. угол ОАО равен
   . Угол АОО равен
900  , поскольку линия ОА
перпендикулярна линии mn и угол
ОDO равен 900. Как известно,
сумма углов треугольника равна
1800, тогда
900   2      1800 , (10)




откуда
  450 

2
.
(11)
Определим
диаметр
окружности d исходя из условия:
1
d
(12)
AD  DO  ,
2
где AD  a − толщина среза;
Рис. 4. Расчетная схема угла  при DO  OO  sin  d / 2  sin .
резании для случая  =0:
После
преобразования
1 − обрабатываемый материал;
зависимости (12), имеем
2 − стружка; 3 − инструмент.
2a
. (13)
d
1  sin 
Как видно, диаметр окружности d тем больше, чем больше толщина
среза
a и условный угол трения образующейся стружки с передней
поверхностью инструмента  . Наименьший диаметр окружности d
достигается при  =0, т.е. при отсутствии трения образующейся стружки с
передней поверхностью инструмента. В этом случае d  2a или a  d / 2 (рис.
4). Условный угол сдвига материала  , определяемый зависимостью (11),
равен 450.
Располагая аналитической зависимостью для определения диаметра
окружности d , на основе зависимости (9) можно рассчитать силу резания Р :
2а  в  сдв
Р  в  d  сдв 
.
(14)
1  sin 
Таким образом показано, что использование окружности одинаковых
напряжений позволяет наглядно проанализировать условия формирования
условного угла сдвига материала  и параметров силовой напряженности
процесса резания. Сравнивая зависимости (5) и (8) видно, что они отличаются
лишь множителем 2 /  . Следовательно, все выводы, сделанные на основе
анализа зависимости (5), остаются справедливыми и применительно к
зависимости (8).
Из зависимости (14) следует, что уменьшить силу резания Р можно
уменьшением параметров а , в ,  сдв и  . Основным параметром в данном случае
является толщина среза а , которую можно изменять в широких пределах.
Условный угол трения обрабатываемого материала с передней поверхностью
инструмента  может изменяться в пределах 0…450, что позволяет изменять
выражение 1  sin  в пределах 0,3…1,0. Естественно, этого не достаточно для
того, чтобы существенно уменьшить силу резания Р . Из этого следует, что при
резании труднообрабатываемых материалов сложно уменьшить силу резания Р и
таким образом снизить износ инструмента. Поэтому основным путем повышения
эффективности механической обработки (в том числе процесса разрезки
материалов) следует рассматривать увеличение прочности и износостойкости
режущей части инструмента путем применения более прочных инструментальных
материалов (например, твердых сплавов) с нанесенными на них износостойкими
покрытиями, позволяющими повысить ресурс работы режущего инструмента [4].
Выводы. Таким образом, в работе на основе теоретических исследований
параметров силовой напряженности механической обработки показано, что
основным направлением совершенствования процесса разрезки материалов
является применение режущих инструментов, обладающих повышенной
прочностью, твердостью и износостойкостью. Добиться такой же эффективности
обработки за счет оптимизации режимов резания значительно сложнее. Поэтому в
дальнейшем важно определить условия повышения прочности режущей части
ленточных пил.
Список литературы
1. Маталин А.А. Технология машиностроения: учебник / А.А. Маталин. –
Л.: Машиностроение, 1985. – 496 с.
2. Системи технологій. Навчальний посібник / В.Г. Шкурупій, Ф.В. Новіков,
Ю.В. Шкурупій. − Харків: Вид. ХНЕУ, 2008. − 280 с.
3. Тимошенко С.П. Теория упругости / С.П. Тимошенко, Дж. Гудьер. − М.:
Ред. физ.-мат. лит. Изд. ”Наука”, 1975. − 576 с.
4. Лущан М.В. ООО ”ПКФ ”Промтехнология” М.В. Лущан // Труды 16-й
Международной научно-технической конференции. Физические и
компьютерные технологии. – Харьков: ХНПК “ФЭД”, 2010. − С. 186-206.
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа