Контакт «инструмент-деталь» при лезвийной обработке

Модель контакта инструмент-деталь описывается в работе. В настоящее время обработка металлов резанием и станочный парк составляют основу промышленности; резание металлов является важнейшим этапом изготовления промышленной продукции.

Все операции резания металлов подобны процессу, в котором клинообразный инструмент 4 с прямой режущей кромкой (составляющей некоторый угол 6 с плоскости чертежа) движется относительно обрабатываемой детали, снимая слой металла в виде стружки 2.

Если режущая кромка перпендикулярна плоскости чертежа, то механизм резания называется прямым, в противном случае используется термин «косое резание». Поверхность, вдоль которой сходит стружка, называется передней поверхностью резца.

В пересечении передней и задней поверхности резца образуется режущая кромка. Глубина снимаемого с обрабатываемой детали слоя соответствует толщине недеформированной стружки и она может меняться по величине в практических  операциях резания. Определены три угла, из которых самым важным является передний угола.

Это угол между передней поверхностью резца и вертикалью при прямом резании.

Угол заострения – это внутренний угол между передней и главной задней поверхностями резца, а задний угол образован задней поверхностью резца и плоскостью резания. Сумма переднего угла, угла заострения и заднего угла равна 90º.

Операции резания металлов можно классифицировать одним или несколькими способами. Классификация может производиться по виду движения резца (вращательное или возвратно-поступательное, непрерывное или прерывистое и т.д.), по движущемуся элементу (резец, обрабатываемая деталь или то и другое вместе), по типу применяемого инструмента (однолезвийные или многолезвийные резцы).

Главная режущая кромка предназначена в основном для съема стружки и обычно воспринимает основную нагрузку при резании. Вспомогательная режущая кромка обеспечивает окончательную доводку поверхности обрабатываемой детали.

Углы, образуемые этими кромками со стержнем резца, называются углами главной и вспомогательной режущей кромок. Радиус вершины резца в значительной мере определяет
частоту обрабатываемой поверхности.

Подача – это расстояние на которое перемещается резец в осевом направлении за один оборот обрабатываемой детали. Многолезвийные резцы (такие, как сверла и фрезы) можно рассматривать как совокупность двух или нескольких однолезвийных резцов, объединенных в
один инструмент.

В первоначальных представлениях о механизме образования стружки в процессе резания металлов предполагалось, что перед клиновидным резцом распространяется трещина, способствующая отделению стружки от обрабатываемой детали.

Современные теории опровергли это представление и теперь общепризнанно, что в процессе резания могут быть выделены две различные области:

А. Первичная зона деформации в основании стружки, где устанавливается непрерывный процесс сдвига. Эту область можно рассматривать как область максимального внутреннего трения. Это область 1 физической нелинейности.

Б. Вторичная зона деформации 11, возникающая между резцом и стружкой, характеризируется геометрической нелинейностью. В этой области возникает трение на поверхности раздела вдоль плоскости BD.

Если рассмотреть плоскость BD более подробно, то она будет состоять из области «сцепления» BC и примыкающей к ней области CD, в которой имеет место явное скольжение. Относительно высокие нормальные давления, действующие в области сцепления, вызывают снижение коэффициента трения скольжения. Здесь высокий уровень нормального нагружения способствует увеличению фактической площади контакта, по которой будет возникать местное сваривание между основными неровностями поверхностей в соответствии с теорией сваривания – среза-
пропахивания.

В процессе резания металлов обычно наблюдаются заметные колебания среднего коэффициента трения между стружкой и резцом, которые зависят от таких факторов, как скорость резания, скорость подачи, передний угол резца и т.д.

В процессе резания металла вблизи вершины резца развиваются высокие температуры, оказывающие важное влияние на интенсивность износа резца и трение на поверхность раздела стружка-резец. Рассмотрим вкратце механизм выделения тепла в основном процессе механической обработки, показанном на предыдущих рисунках, и результирующее распределение температуры в стружке и обрабатываемой детали подробно рассмотрен в работе.

Так как максимальное повышение температуры ΔТмакс наблюдается в точке G, где материал выходит из вторичной зоны деформации. Повышение температуры внутри первичной зоны деформации за счет сдвига АВ, а ΔТm – соответствующее повышение температуры внутри
вторичной зоны деформации BD за счет трения стружки по резцу.