О механизме стружкообразования при косоугольном резании металлов
Дан анализ соотношений для расчета угла резания при косоугольном свободном резании металлов, предложенных ранее рядом исследователей. Показано целесообразным с точки зрения стружкообразования представлять этот процесс резания как ортогональное свободное резание инструментом с передним углом, являющи...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Сверхтвердые материалы |
|---|---|
| Datum: | 2014 |
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2014
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/126133 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | О механизме стружкообразования при косоугольном резании металлов / А.А. Виноградов // Сверхтвердые материалы. — 2014. — № 6. — С. 90-99. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-126133 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Виноградов, А.А. 2017-11-15T18:06:40Z 2017-11-15T18:06:40Z 2014 О механизме стружкообразования при косоугольном резании металлов / А.А. Виноградов // Сверхтвердые материалы. — 2014. — № 6. — С. 90-99. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 0203-3119 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/126133 621.014 Дан анализ соотношений для расчета угла резания при косоугольном свободном резании металлов, предложенных ранее рядом исследователей. Показано целесообразным с точки зрения стружкообразования представлять этот процесс резания как ортогональное свободное резание инструментом с передним углом, являющимся функцией переднего угла заточки и угла наклона режущей кромки. Соответствующая схема стружкообразования позволяет рассчитывать силы, действующие вдоль режущей кромки и нормально к ней. Представлены результаты сравнения расчетных значений сил резания с экспериментальными, показана их хорошая сходимость. Проведено аналіз співвідношень для розрахунку кута різання при косокутному вільному різанні металів, які було запропоновано раніше низкою дослідників. Показано, що доцільно з точки зору утворення стружки подавати цей процес різання як ортогональне вільне різання інструментом з переднім кутом, який є функцією переднього кута загострення та кута нахилу кромки різання. Відповідна схема утворення стружки дозволяє розраховувати сили, які діють вздовж кромки різання та перпендикулярно до неї. Наведені результати порівняння розрахункових значень сил різання з експериментальними, показана їх добра збіжність. The relations (formulas) to calculate the cutting angle at the oblique-angled free cutting of metals, which were proposed before by some researchers, have been analyzed. From the point of chip formation this process was shown reasonable to be considered as orthogonal free cutting with the instrument with front angle being the function of the front sharpening angle and cutting edge angle. The corresponding scheme of the chip formation allows to calculate the forces acting along the cutting edge and perpendicular to it. Good convergence of the calculated forces and ones measured in the experiment have been shown. ru Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України Сверхтвердые материалы Исследование процессов обработки О механизме стружкообразования при косоугольном резании металлов On the chip formation mechanism in the skew cutting of metals Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
О механизме стружкообразования при косоугольном резании металлов |
| spellingShingle |
О механизме стружкообразования при косоугольном резании металлов Виноградов, А.А. Исследование процессов обработки |
| title_short |
О механизме стружкообразования при косоугольном резании металлов |
| title_full |
О механизме стружкообразования при косоугольном резании металлов |
| title_fullStr |
О механизме стружкообразования при косоугольном резании металлов |
| title_full_unstemmed |
О механизме стружкообразования при косоугольном резании металлов |
| title_sort |
о механизме стружкообразования при косоугольном резании металлов |
| author |
Виноградов, А.А. |
| author_facet |
Виноградов, А.А. |
| topic |
Исследование процессов обработки |
| topic_facet |
Исследование процессов обработки |
| publishDate |
2014 |
| language |
Russian |
| container_title |
Сверхтвердые материалы |
| publisher |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
On the chip formation mechanism in the skew cutting of metals |
| description |
Дан анализ соотношений для расчета угла резания при косоугольном свободном резании металлов, предложенных ранее рядом исследователей. Показано целесообразным с точки зрения стружкообразования представлять этот процесс резания как ортогональное свободное резание инструментом с передним углом, являющимся функцией переднего угла заточки и угла наклона режущей кромки. Соответствующая схема стружкообразования позволяет рассчитывать силы, действующие вдоль режущей кромки и нормально к ней. Представлены результаты сравнения расчетных значений сил резания с экспериментальными, показана их хорошая сходимость.
Проведено аналіз співвідношень для розрахунку кута різання при косокутному вільному різанні металів, які було запропоновано раніше низкою дослідників. Показано, що доцільно з точки зору утворення стружки подавати цей процес різання як ортогональне вільне різання інструментом з переднім кутом, який є функцією переднього кута загострення та кута нахилу кромки різання. Відповідна схема утворення стружки дозволяє розраховувати сили, які діють вздовж кромки різання та перпендикулярно до неї. Наведені результати порівняння розрахункових значень сил різання з експериментальними, показана їх добра збіжність.
The relations (formulas) to calculate the cutting angle at the oblique-angled free cutting of metals, which were proposed before by some researchers, have been analyzed. From the point of chip formation this process was shown reasonable to be considered as orthogonal free cutting with the instrument with front angle being the function of the front sharpening angle and cutting edge angle. The corresponding scheme of the chip formation allows to calculate the forces acting along the cutting edge and perpendicular to it. Good convergence of the calculated forces and ones measured in the experiment have been shown.
|
| issn |
0203-3119 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/126133 |
| citation_txt |
О механизме стружкообразования при косоугольном резании металлов / А.А. Виноградов // Сверхтвердые материалы. — 2014. — № 6. — С. 90-99. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT vinogradovaa omehanizmestružkoobrazovaniâprikosougolʹnomrezaniimetallov AT vinogradovaa onthechipformationmechanismintheskewcuttingofmetals |
| first_indexed |
2025-11-25T22:46:35Z |
| last_indexed |
2025-11-25T22:46:35Z |
| _version_ |
1850573229010190336 |
| fulltext |
www.ism.kiev.ua/stm 90
УДК 621.014
А. А. Виноградов (г. Киев)
almavin@meta.ua
О механизме стружкообразования
при косоугольном резании металлов
Дан анализ соотношений для расчета угла резания при косо-
угольном свободном резании металлов, предложенных ранее рядом исследовате-
лей. Показано целесообразным с точки зрения стружкообразования представ-
лять этот процесс резания как ортогональное свободное резание инструментом
с передним углом, являющимся функцией переднего угла заточки и угла наклона
режущей кромки. Соответствующая схема стружкообразования позволяет
рассчитывать силы, действующие вдоль режущей кромки и нормально к ней.
Представлены результаты сравнения расчетных значений сил резания с экспе-
риментальными, показана их хорошая сходимость.
Ключевые слова: инструмент, стружкообразование, косоуголь-
ное свободное резание, ортогональное свободное резание.
В практике обработки металлов лезвийным инструментом
широко распространено косоугольное резание. По сравнению с ортогональ-
ным резанием оно характеризуется тем, что в процессе стружкообразования
режущая кромка лезвия инструмента по отношению к вектору скорости име-
ет определенный угол – нормаль к режущей кромке относительно вектора
скорости резания отклонена на угол λ. Косоугольное резание используется
при различных видах обработки: точении, фрезеровании, сверлении и т. д. В
ряде случаев обработки, например точении и фрезеровании, применяются
инструменты, обеспечивающие процесс резания при весьма больших (λ ≥ 45°)
углах наклона режущей кромки.
Известные исследования механики процесса косоугольного резания по-
священы в основном разработке методов оценки геометрических параметров
режущего лезвия и действующих на него сил в процессе стружкообразова-
ния. Наиболее известными являются работы Н. Н. Зорева [2, 3], В. Ф Боброва
[4], А. М. Розенберга [3], Мерчента [5], Стеблера [6], Шоу, Кука и Смита [7].
Однако, как отмечено в [1], указанными исследователями не решен важный
для практики вопрос измерения действительного угла резания. Предложен-
ные для его измерения различные соотношения (формулы) выведены геомет-
рически и не проверялись экспериментально. Автором проведены соответст-
вующие эксперименты с целью проверить достоверность схемы сил, дейст-
вующих на резце при косоугольном резании, предложенной А. М. Розенбер-
гом и соотношения для определения угла резания. Сделан вывод, что из
предложенных ранее соотношений для определения действительного угла
резания, наиболее верным является соотношения Н. Н. Зорева [2].
На рис. 1 представлена схема измерения действительного угла резания δд.
Плоскость FMhD является частью поверхности резания, включающую режу-
щую кромку FD резца, а плоскость FelD – передней его поверхности. Угол
© А. А. ВИНОГРАДОВ, 2014
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2014, № 6 91
nOK является углом резания δn в нормальной к режущей кромке плоскости, а
угол BOA – углом резания δv в плоскости нормальной к поверхности резания,
проходящей в направлении вектора скорости резания v.
D
F
O
h
Bn
e
C
vc
M
K
v
λ
δn
δЗ
ρ ι
Aδд
Рис. 1. Схема определения угла δ резания при косоугольном резании.
Мерчентом [4] предложено считать, что tg δд = tg δv, т. е.
tg δд = tg δn cos λ, (1)
где λ – угол KОА между нормалью к режущей кромке FD и вектором скоро-
сти резания v.
Стеблером и Зоревым предложено измерять угол δд между вектором ско-
рости резания v и вектором OC движения (схода) стружки, т. е. в плоскости
COA (на рис. 1 обозначен как δЗ). При этом
δд = arcos(cos λ cos ρ cos δn + sin λ sin ρ), (2)
где ρ – nOC – угол схода стружки. При ρ = λ
δд = arcos(cos2 λ cos δn + sin2 λ), (3)
Соотношение (3), как указано в [2], отражает условие стружкообразования
при малых скоростях резания, когда угол ρ примерно равен углу λ. При этом
различия в оценке угла резания по (1) и (3), например при работе резцом с
γn = 30°, с изменением угла λ от 0 до 50° следующее:
λ, град 0 15 30 40 50
δд (1) 60 59,1 56,3 53 48,0
δд (3) 60 57,8 51,3 45 37,5
То есть даже при ρ = λ различие в оценке δд по (1) и (3) является сущест-
венным – от 1,3° при λ = 15° до 10,5° при λ = 50°. Вероятно при ρ ≠ λ разли-
чия будут весьма большими. Поэтому предложение оценивать угол δд по (2)
не является обоснованным. Это подтверждается и результатами расчета угла
ρ схода стружки, полученному из соотношения (2) следующим образом. Обо-
значим cos δд = a, cos λ cos δn = b, sin λ = c. При этом соотношение (2) прини-
мает вид
www.ism.kiev.ua/stm 92
a = b cos ρ+ c sin ρ,
подставив ρ−=ρ 2sin1cos , получим
a = b ρ− 2sin1 + c sin ρ. (4)
Выражение (4) после соответствующих несложных преобразований при-
водит к квадратному уравнению
(с2 + b2)sin2ρ – 2ac sin ρ + (a2 – b2) = 0. (5)
Результатом решения этого уравнения [7] является зависимость
sin ρ = 22
222
bc
bacbac
+
+−± . (6)
Заменив символы a, b и c их значениями и произведя необходимые преоб-
разования, зависимость (6) представим в виде
n
nn
δλ+λ
δλ+δ−λδλ±λδ
=ρ 222
22
д
22
д
coscossin
coscoscossincoscossincos
sin . (7)
Например, при работе резцом с γn = 30° при наклоне режущей кромки под
углом λ = 30°, δn = 90° – γn = 60°, а δд = δv = arctg (tg δn cos λ) = 56,3°, т. е. как и
в предыдущем примере при ρ = λ; рассчитанный угол режущего клина по (3)
равен δд = 51,3°. При этом рассчитанный по (7) угол схода стружки при δд =
56,3°
°=
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
°°+°
°°+°−°°°±°°=ρ 1,16
60cos30cos30sin
60cos30cos3,56cos30sin60cos30cos30sin3,56cosarcsin 222
2222
,
а при δд = 51,3°
°=
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
°°+°
°°+°−°°°±°°=ρ 48,27
60cos30cos30sin
60cos30cos3,51cos30sin60cos30cos30sin3,51cosarcsin 222
2222
.
То есть различие в оценке угла ρ схода стружки при одинаковых условиях
резания весьма значительное, в то время как при малых скоростях резания
угол схода стружки ρ равен углу λ наклона режущей кромки резца, что отме-
чено всеми указанными выше исследователями.
В практике обработки металлов резанием при оценке характеристик
стружкообразования используется не угол резания δ, а передний угол режу-
щего клина. При изменении угла λ его режущей кромки важно знать, как
изменяется при этом его задний угол α, определяющий зазор между его зад-
ней поверхностью и поверхностью резания, так как от него зависит площадь
контакта между этими поверхностями, а следовательно, и сила трения Fз,
нормальная сила Nз, и интенсивность изнашивания инструмента со стороны
его задней поверхности. Задний угол αv, измеряемый в направлении скорости
резания в плоскости нормальной плоскости резания, изменяется согласно
соотношения
tg αv = tg αn cos λ, (8)
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2014, № 6 93
где αn – задний угол инструмента в плоскости, нормальной к режущей кром-
ке. Так, при αn = 10° и λ, изменяющимся от 0 до 50°, его величина будет сле-
дующей:
λ, град 0 15 30 40 50
αn, град 10 9,6 8,7 7,7 6,5
Следовательно, силы Fз и Nз, действующие со стороны задней поверхно-
сти инструмента, при увеличении угла λ будут увеличиваться.
Передний угол в направлении скорости резания при изменении угла λ из-
меняется согласно соотношения
λ
γ=γ
cos
tgtg n
v , (9)
а угол резания δv = δд = (90° – γv) соответствует при этом рассчитанному по
соотношению (1). Так, при γn = 30°, т. е. как в предыдущем примере, при из-
менении угла λ углы γv и δv имеют следующие значения:
λ, град 0 15 30 40 50
γv, град (9) 30 30,9 33,7 37,0 42,0
δv = (90° – γv), град 60 59,1 56,3 53,0 48,0
То есть передний угол γv с увеличением угла λ увеличивается, а угол реза-
ния δv уменьшается и соответственно уменьшается задний угол αv. Такое
изменение углов режущего клина в процессе стружкообразования по сравне-
нию с геометрическими параметрами заточки определенным образом влияет
на характеристики стружкообразования и должно учитываться в оценке
прочности режущего клина.
Ниже на основании данных измерения сил при стружкообразовании в
процессе косоугольного резания, заимствованных из [1], представлены ре-
зультаты влияния на них угла γv и действительного переднего угла γд, обу-
словленных изменением угла λ наклона режущей кромки инструмента. Гео-
метрическая модель стружкообразования этого вида обработки резанием
представлена на рис. 2 без учета сил, действующих на задней поверхности
инструмента, так как они не связаны с процессом стружкообразования. С
образца обрабатываемого металла шириной t (см. рис. 2, а) срезается слой
металла толщиной а резцом (см. рис. 2, б), имеющим следующие геометриче-
ские параметры: γn и αn – передний и задний углы заточки соответственно.
Слой металла толщиной а превращается в стружку толщиной а1 в результате
движения резца относительно неподвижного образца со скоростью v. Отно-
шение а1/а2 является усадкой Kа стружки по толщине. Режущая кромка дли-
ной l резца расположена по отношению направления вектора скорости v ре-
зания под углом λ. Измеряемыми составляющими силы стружкообразования
R являются Rz и Rx (см. рис. 2, а) и Ry (см. рис. 2, б), действующими соответ-
ственно в плоскости резания и нормально к ней. Равнодействующая сила R
главной силы Rz и боковой силы Rx, действующих в плоскости резания, одно-
временно является и равнодействующей сил Rt и Rn, действующих соответст-
венно вдоль режущей кромки и нормально к ней. На рис. 2, б показана схема
сил, действующих непосредственно при стружкообразовании в плоскости
нормальной к поверхности резания и в направлении вектора скорости v.
www.ism.kiev.ua/stm 94
Rι R
n
t
v
a
в
c
б
R
x
R
z
R λ
θ
Φ
ω
ρ
R
v
R
v
Rτ
N
v
F
v
F
l
F
n
v
l v
n
1
2
3
λ
a
1
a
v
F
v
a
γ
l
Рис. 2. Геометрическая модель стружкообразования при косоугольном свободном резании
(а), схема сил, действующих непосредственно при стружкообразовании в плоскости нор-
мальной к поверхности резания и в направлении вектора скорости v (б), вид на переднюю
поверхность инструмента (в): 1 – образец обрабатываемого металла; 2 – резец; 3 –
стружка.
Равнодействующая сила Rv сил Rz и Ry – главной и радиальной состав-
ляющих сил расположена под углом ω (угол действия), а сила Rτ, действую-
щая в плоскости, отделяющей стружку от срезаемого слоя металла (условной
плоскости сдвига), расположена по отношению к вектору силы Rz под углом
Φ. Сила стружкообразования Rv одновременно является равнодействующей
сил Fv и Nv – соответственно силы трения и нормальной силы, действующих
на передней поверхности инструмента в зоне контакта его со стружкой дли-
ной С. Инструмент в рассматриваемой плоскости имеет следующие геомет-
рические параметры: передний γv и задний αv углы. На рис. 2, в представлен
вид на переднюю поверхность инструмента и показано действие составляю-
щих силы трения Fv вдоль режущей кромки (Fl) и нормально к ней (Fn).
Исследование процесса косоугольного резания осуществляли при обра-
ботке образца шириной t = 3 мм из стали 20Х при толщине срезаемого слоя
а = 0,2 мм (см. рис. 2) на специально оборудованном универсально-
фрезерном станке резцом из быстрорежущей стали Р18 при скорости резания
200 мм/мин, исключающей образование нароста на передней поверхности
инструмента. Из [1] использовали результаты измерения усадки стружки Ka и
сил резания при строгании резцом с передним углом γn = 30° и задним углом
αn = 10° при углах наклона режущей кромки λ от 0 до 50°. Эксперименталь-
ные данные измерения составляющих сил Rz и Ry силы стружкообразования
R, усадки стружки Ka, а также рассчитанные значения углов Φ условной
плоскости сдвига, углов ω действия результирующей силы R стружкообразо-
вания, изменяющихся с изменением переднего угла γv как функции угла λ
наклона режущей кромки резца, и напряжений τΦ в условной плоскости сдви-
га приведены в табл. 1.
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2014, № 6 95
Таблица 1. Экспериментальные данные измерения составляющих
силы стружкообразования, усадки стружки и рассчитанные значения
параметров резания
λ, град 0 15 30 40 50
γv, град 30 31,6 34,9 38,4 43,9
Ka, 1,86 1,78 1,66 1,58 1,5
Rz, Н 1086 1040 910 840 720
Ry, Н 240 220 130 85 40
τΦ, МПа 704 706 650 630 566
Φ, град 32,4 34,1 37,0 39,26 41,78
ω, град 12,46 10,9 8,13 5,8 3,2
Передний угол γv в табл. 1 определен по формуле (9), угол Φ наклона ус-
ловной плоскости сдвига рассчитан по известной зависимости
Φ = arctg ⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
γ−
γ
vf
v
K sin
cos ,
а напряжение в условной плоскости сдвига по соотношению [7]
τΦ =
at
RR yz Φ−ΦΦ 2sinsincos
.
На основании модели стружкообразования (см. рис. 2), данных измерения
усадки стружки Ka, сил резания Rz, Ry (см. табл. 1) и сил Rx (табл. 2) рассчи-
тывали силы Rl, Rn, действующие в плоскости резания:
Rl =
Θcos
zR sin(λ – Θ); Rn =
Θcos
zR cos(λ – Θ), (10)
где Θ = arctg
z
x
R
R , а также силы трения, действующие в зоне контакта стружки
с инструментом (Fv, Fl, Fn):
Fv = Rv cos[90° – (ω – γv)], Fl = Fv sin λ, Fn = Fv cos λ (11)
и сила Rv =
ωcos
zR . Результаты расчета этих сил и данные измерения сил Rz
приведены в табл. 2.
Таблица 2. Зависимость сил, действующих в плоскости резания
и сил трения на передней поверхности инструмента, от угла λ
наклона его режущей кромки при свободном косоугольном резании
стали 20Х при v = 200 мм/мин и сечении срезаемого слоя 0,2×3,0 мм
резцом с передним углом γn = 30°
λ, град 0 15 30 40 50
Rx, H 0 91,0 187,0 214,0 237,0
Rl, Н 0 181,0 293,0 376,0 390,0
www.ism.kiev.ua/stm 96
Таблица 2. (Продолжение)
Rn, H 1086,0 1024,1 881,4 781,0 629,5
Fv, H 746,5 715,5 627,0 588,6 528,2
Fl, H 0 185,2 313,5 378,3 404,6
Fn, H 746,5 691,1 543,0 450,9 339,5
Схема сил, действующих в процессе стружкообразования при свободном
косоугольном резании, представленная на рис. 2, отличается от схемы, пред-
ставленной в [1], тем, что основные действующие силы отражены на плоско-
сти, проходящей через направление вектора скорости резания, а не на плос-
кости нормальной к режущей кромке инструмента как показано на схеме в
[1]. Она достаточно точно отражает действия сил при стружкообразовании,
что подтверждается сравнением рассчитанных значений, например сил Rl и
Rn, с опытными:
λ, град 0 15 30 40 50
Эксперимент 0 200,0 300,0 365,0 395,0 Rl, Н
Расчет 0 181,0 293,0 376,0 390,0
Эксперимент 1086,0 1040,0 900,0 800,0 650,0 Rn, H
Расчет 1086,0 1024,0 881,4 781,0 629,5
Угол ρ направления схода стружки оценивается соотношением сил трения
на передней поверхности инструмента (см. рис. 2, в): ρ = arctg (Fl/Fn). Резуль-
таты расчета его по данным табл. 2 соответствуют оценкам всех указанных
выше исследователей свободного косоугольного резания – при низких скоро-
стях резания без смазки зоны стружкообразования ρ = λ.
В случае резания со смазкой зоны стружкообразования или при высоких
скоростях резания за пределами наростообразования без смазки увеличение
угла ρ относительно угла λ наклона режущей кромки обусловлено, очевидно,
более интенсивным уменьшением силы Fn по сравнению с уменьшением
силы Fl, действующей вдоль режущей кромки инструмента. Степень увели-
чений угла ρ можно оценить по усадке стружки, которая непосредственно
зависит от сил трения на передней поверхности инструмента, уменьшаясь с
уменьшением последних. Так, по данным экспериментов, представленных в
[1], угол ρ при резании с использованием в качестве смазки четыреххлори-
стого углерода (CCl4) увеличивается с увеличением угла λ примерно в одина-
ковой степени при значении передних углов инструмента γn = 10°–45°. При
этом степень увеличения его постепенно уменьшается с увеличением угла λ:
при λ = 15° в 1,5 раза, а при λ = 50° в 1,3 раза. Усадка Kа стружки при этом
соответственно уменьшается в ~ 1,7 и ~ 1,35 раза. Направление схода струж-
ки с уменьшением ее усадки смещается в сторону увеличения переднего угла
инструмента. Действительные углы инструмента – передний γд и задний αд,
измеряемые в плоскости нормальной поверхности резания и проходящей
через направление схода стружки, следует рассчитывать как
tgγд =
ρ
γ
cos
tg n , tgαд =
ρ
α
cos
tg n . (12)
Как следует из обзора работ [8], посвященных изучению косоугольного
резания металлов, не проводили исследований с измерением отдельно каж-
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2014, № 6 97
дой составляющей силы стружкообразования и направления схода стружки,
как представлено в [1]. В обзоре указано на противоречивость в оценке и
действительного угла δд резания. Отметим, что и авторы обзора относительно
оценки действительного (рабочего) переднего угла γр инструмента ошибочно
принимают в соотношении (2) Н. Н. Зорева: cos δд = sin γр sin δд ≠ sin γр ≠
sin λ sin ν + cos λ cos ν sin γn (в [8] ν = ρ – угол схода стружки). Ошибочность в
том, что угол δ в (2) определяется в плоскости не перпендикулярной плоско-
сти резания, проходящей через направление схода стружки, а в плоскости,
проходящей через направление вектора скорости резания (см. рис. 1), что, как
показано выше, приводит к ошибке определения и действительных заднего и
переднего углов инструмента. Ниже представлен ряд замечаний и по некото-
рым другим работам, посвященным исследованию косоугольного резания в
рамках рассматриваемых вопросов.
Так, в [3] для определения действительного (рабочего) переднего угла ин-
струмента с наклонной режущей кромкой предложено соотношение
λ+λη−ηγ−=γ 2222
р sincossincoscos1sin , (13)
где η – угол схода стружки; γ – передний угол инструмента в плоскости нор-
мальной к режущей кромке. Покажем, что это соотношение лишь по струк-
туре отличается от соотношения (2) Н. Н. Зорева, но одно и то же по содер-
жанию. Для простоты преобразования примем угол схода стружки η = λ, при
этом заменим символ η символом ρ, а sin γp на cos δp. Соотношение (13) при-
нимает следующий вид:
λ+γλ=λ+γ−λ=λ+λλγ−λ=δ 222222222
р sinsincossincos1cossincoscoscoscoscos ,
т. е. такое же, как и (3), полученное из (2) при ρ = λ.
В [3] представлены результаты исследований при обработке металлов раз-
личного вида инструментами с наклонной режущей кромкой, в том числе их
стойкости и силы резания. Оценка выводов автора по результатам этих ис-
следований не является целью данной статьи. Отметим лишь, что относи-
тельно оценки зависимости изнашивания инструмента по задней поверхности
его режущего клина, автор констатирует факт повышения изнашивания при
увеличении угла λ наклона режущей кромки, но не дает объяснения причин
этого явления, вероятно, из-за его парадоксальности. Замечено, что это про-
исходит при уменьшении температуры резания, что противоречит происхо-
дящему при обычном резании. Причиной уменьшения стойкости инструмен-
та, исходя из анализа изменения рабочих углов режущего клина с изменени-
ем угла λ его режущей кромки, представленного выше, является то, что при
увеличении угла λ уменьшается задний угол αр, следовательно увеличивается
площадь трения задней поверхности инструмента о поверхность резания. А в
[9] факт уменьшения стойкости инструмента в этом случае при точении не-
ржавеющей стали предположительно объясняли повышением температуры
резания якобы из-за возрастания скорости движения стружки по передней
поверхности режущего клина вследствие уменьшения ее усадки, но не под-
твердили этот вывод результатами измерения температуры. В этой же работе
вопреки результатам исследований других авторов на основании расчетов
также неубедительно утверждается, что угол η отклонения схода стружки
значительно меньше угла λ наклона режущей кромки. Результаты этого пара-
доксального случая не подтверждены измерением угла η.
www.ism.kiev.ua/stm 98
В [10] представлен аналитический способ оценки некоторых элементов
механики стружкообразования при косоугольном свободном резании при
известных основных характеристиках (τφ, K и др.), определяемых из экспери-
мента. Оценку элементов механики стружкообразования осуществляли в
плоскости нормальной к режущей кромке и плоскости резания, т. е. также как
и в [1, 2 и др.]. Предложенную схему расчета авторы экспериментально не
проверяли. Показанный вид стружек в поперечном их сечении не связан с
разработкой схемы расчета. Отметим, что искажение формы сечения, на что
указывают авторы, нельзя связывать собственно с косоугольным резанием,
тем более свободным. Такая форма стружек присуща срезанию корки с литых
заготовок и резанию металла с явно выраженной дендритной структурой.
Предложенная схема расчета является чисто теоретической. Но и она не
предполагает возможности создания условий, когда угол схода стружки мо-
жет быть меньше угла λ наклона режущей кромки, как это утверждается в [9].
Стружке противоестественно отклоняться в сторону наибольшего сопротив-
ления, поэтому угол ρ схода стружки может быть равным углу λ наклона
режущей кромки или больше, т. е. tg(Fl/Fn) ≥ tg λ.
ВЫВОДЫ
Косоугольное резание приводит к снижению сил резания и позволяет
управлять сходом стружки из зоны ее образования.
Расчет угла резания δ инструмента при косоугольном резании при оценке
стружкообразования не целесообразен, так как при этом он не используется.
Характеристики процесса стружкообразования при косоугольном резании
целесообразно оценивать так же, как и при ортогональном резании, но инст-
рументом с передним углом, являющимся функцией переднего угла заточки
γn и угла λ наклона режущей кромки – tg γv = tg γn/cos λ.
Угол ρ направления схода стружки становится больше угла λ наклона ре-
жущей кромки вследствие снижения сил трения на передней поверхности
инструмента, сопровождающегося уменьшением усадки стружки.
Проведено аналіз співвідношень для розрахунку кута різання при косо-
кутному вільному різанні металів, які було запропоновано раніше низкою дослідників.
Показано, що доцільно з точки зору утворення стружки подавати цей процес різання як
ортогональне вільне різання інструментом з переднім кутом, який є функцією переднього
кута загострення та кута нахилу кромки різання. Відповідна схема утворення стружки
дозволяє розраховувати сили, які діють вздовж кромки різання та перпендикулярно до
неї. Наведені результати порівняння розрахункових значень сил різання з експерименталь-
ними, показана їх добра збіжність.
Ключеві слова: інструмент, стружкоутворення, косокутне вільне
різання, ортогональне вільне різання.
The relations (formulas) to calculate the cutting angle at the oblique-angled
free cutting of metals, which were proposed before by some researchers, have been analyzed.
From the point of chip formation this process was shown reasonable to be considered as or-
thogonal free cutting with the instrument with front angle being the function of the front sharpen-
ing angle and cutting edge angle. The corresponding scheme of the chip formation allows to
calculate the forces acting along the cutting edge and perpendicular to it. Good convergence of
the calculated forces and ones measured in the experiment have been shown.
Keywords: tool, chip formation, oblique free cutting, orthogonal free cutting.
1. Кожевников Д. В. Некоторые вопросы механики процесса косоугольного резания стали
// Изв. вузов СССР. Машиностроение. – 1960. – № 6. – С. 139–148.
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2014, № 6 99
2. Зорев Н. Н. Вопросы механики процесса резания металлов. – М.: Машгиз, 1956. – 368 с.
3. Бобров В. Ф. Влияние угла наклона главной режущей кромки инструмента на процесс
резания металлов. – М.: Машгиз, 1962. –160 с.
4. Merchant M. E. Basic mechanics of the metal cutting process // J. Appl. Mech. – 1944. – 66,
N 3. – P. 300–318.
5. Stabler G. V. The Fundumental geometry of cutting tool // Proc. Inst. Mech. Eng. – 1951. –
N 63. – P. 200–220.
6. Show M. G., Gook N. H., Smith P. A. The mechanics of three-dimensional cutting operations
// Trans. ASME. – 1952. – N 6. – P. 300–326.
7. Виноградов А. А. Расчет касательных напряжений в условной плоскости сдвига и сил на
задней поверхности инструмента при резании металлов // Сверхтв. материалы. – 2004. –
№ 2. – С. 74–81.
8. Виговський Г. М., Мельничук П. П. Особливості косокутного безвершиного різання //
Вісн. Житомир. інж.-техн. ін-ту. – 1999. – № 10. – С. 134–145.
9. Халфен Р. В. Силы, температуры и стружкообразование при чистовом точении с боль-
шими подачами // Физические явления при деформирующем протягивании и резании
пластичных металлов: Сб. науч. тр. – К.: ИСМ, 1978. – С. 163–176.
10. Rubenstein C. The mechanics of continuous chip formation in oblique cutting in the absence
of chip distortion. Part 1 – Theory // Int. J. Mach. Tool Design Res. – 1983. – 23, N 1. –
P. 11–20.
Ин-т сверхтвердых материалов Поступила 20.11.13
им. В. Н. Бакуля НАН Украины
|