Підвищення ефективності процесів чистової обробки на основі аналітичного моделювання силової взаємодії леза з заготівкою

У першому розділі розглянуто проблеми, що є вузьким місцем на шляху підвищення ефективності процесів чистової обробки в автоматизованому виробництві. Зокрема, показано, що для скорочення часу на освоєння виробництва необхідно ще на стадії проектування технологічного процесу мати достовірну інформацію щодо сили взаємодії леза із заготівкою, усадки стружки, мінімальної товщини зрізу, яка дозволяє реалізовувати обробку у вигідних умовах, та, для нестаціонарних процесів, таких, як наприклад, фрезерування, тангенціальне точіння та ін., залишкового напливу на РК і залишкової сили.

У цьому розділі також проаналізовані явища, що відбуваються попереду РК на різних стадіях стружкоутворення під час нестаціонарного процесу різання пластичних матеріалів, який реалізується у податливій технологічній системі. Зазначено, що під час чистової обробки, як правило, використовують такі умови різання, що забезпечують стружкоутворення за відсутності наросту.

На підставі огляду публікацій вітчизняних та зарубіжних вчених подано класифікацію способів схематизації зони стружкоутворення: ідеалізовані схеми, експериментальні схеми, схеми з єдиною умовною площиною зсуву, а також схеми з розвинутою зоною зсуву у вигляді поля ліній ковзання над поверхнею зсуву та під нею. Показано, що тільки остання схема, розроблення якої провели В. В. Севастьянов, J. Palmer та ін., може використовуватися для створення аналітичної моделі силової взаємодії округленого леза із заготівкою.

У результаті аналізу сучасних уявлень про силову взаємодію леза із заготівкою показано, що залежність сили від товщини зрізу може бути розділена на нелінійну (a Ј aК) та лінійну (a > aК) ділянки (aК > r0). Для розрахунку цієї сили найбільш розробленим є рівняння зі структурою, що припускає виділення її складових на плоскій передній поверхні, на округленій ділянці РК та на фасці зносу на задній поверхні. Для розрахунку сили на нелінійній ділянці відомо лише одне рівняння С. І. Тахмана, яке, однак, не враховує швидкості зміни товщини зрізу. Всі інші рівняння справедливі лише для розрахунків при a > aК і вимагають числового значення коефіцієнта усадки стружки.

Відомі результати експериментальних досліджень величини мінімальної товщини зрізу, яка гарантує стійке стружкоутворення, дають її значення у широкому діапазоні: від 0, 003r0 до 0, 3r0. Дослідження причин цього факту в літературних джерелах майже відсутні. Відсутні в літературі й теоретично обґрунтовані рекомендації щодо визначення величини мінімальної товщини зрізу, яка дозволяє реалізовувати обробку у вигідних умовах, тобто таких, що несуттєво відрізняються від умов різання з a/r0 >> 1 за величинами питомої сили різання, коефіцієнта усадки стружки, контактних нормальних напружень.

Модель розроблялася для умов різання без наросту та швидкості різання менш, ніж 10 м/с. Виходячи з результатів огляду літератури, були обґрунтовані та прийняті такі припущення: а) оброблюваний матеріал є абсолютно пластичним середовищем, яке не здатне зміцнюватися та стискуватися; б) плоска деформація; в) розподіл контактних дотичних напружень є рівномірним на всій ділянці контакту, за винятком тієї її частини, де швидкість руху частинок у пластичній області відносно поверхні леза дорівнює 0; г) довжина ділянок пружного контакту та фаски зносу дорівнює 0. Для врахування зміни механічних властивостей оброблюваного матеріалу у пластичній області в результаті деформаційного зміцнення та дії температурно-швідкісного фактора параметри k та tn повинні бути попередньо обчислені за даними механічних випробувань (sу, Sk, dk, yk та ін.) за допомогою однієї з відомих з літератури розрахункових залежностей. Наприклад, аналіз показав, що залежності О. М. Розенберга k=0, 67Bec-1ґ (1+c) -1, qF =0, 75tn =0, 28Sk дають задовільний за точністю результат. Тому спеціального проведення експериментів безпосередньо по різанню не потрібно.

Напружено-деформований стан визначався розв'язанням статично невизначеної, у загальному випадку, задачі пластичності з невідомою границею пластичної області. Була складена система з 5 рівнянь: умова пластичності, умова рівноваги, умова Сен-Венана-Мізеса, умова нестисливості. Розв'язання задачі здійснювалося в два етапи: 1) визначення геометрії пластичної області;

2) визначення напружено-деформованого стану.

На першому етапі, на підставі відомих з літератури експериментально отриманих фотографій зони стружкоутворення пластична область попереду РК була прийнята у вигляді криволінійного трикутника, ребра якого описані відрізками і дугами (рис. 2) : з боку заготівки границею KXGHRQDC (нижня границя), з боку леза – KEFB, а з боку стружки – BC (верхня границя). У її межах також припущено наявність застійної зони, що характеризується положенням точок E та F. Для спрощення математичних викладок координати усіх характерних точок пластичної області були виражені через єдиний параметр JВ – кут точки В кінця пластичного контакту.

Спираючись на припущення та відомі з літератури експериментальні дані, для пластичної області були сформульовані граничні умови в напруженнях та швидкостях. Границя KXGHRQDC є лінією ковзання та розриву швидкостей ( ). На контактній поверхні KEFB задавався розподіл контактних дотичних напружень tnКВ, напрямок яких брався як протилежний відносно швидкості руху частинок. На границі BC нормальні snВС та дотичні tnВС напруження вважалися такими, що дорівнюють 0. На усій границі   та біля точки B на границі   також виконувалася умова непроникності через поверхню леза ( ).

Для визначення параметра JВ розглянуто режими несталого та сталого