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

Показано, що основні особливості поля ліній ковзання (кут нахилу ліній ковзання, площа зони пластичних деформацій та товщина стружки) в ідентичних умовах збігаються за характером та близькі за величиною (рис. 4). Зважаючи на прийняті припущення про матеріал, який не зміцнюється, про ідеалізовану конструкцію поля та про відсутність фаски зносу, розбіг у формі ліній ковзання та глибині їх проникнення під площину різання неминучий. Крім того, у розрахованому полі розглянуто лише ділянку пластичного контакту, у той час як у експериментальному – і ділянку пружного контакту. Тому повна розрахункова довжина контакту менша за експериментальну.

Порівняння епюр розподілу контактних напружень, що отримані експериментально В. О. Остаф'євим та іншими дослідниками методом розрізного різця, з тими, що отримані автором та іншими дослідниками різними розрахунковими методами, у тому числі і МКЕ, показало, що характери усіх розрахункових епюр збігаються між собою, але відрізняються від характеру експериментальних на ділянці контакту округленої частини РК нижче від застійної зони.

Порівняння результатів прогнозування сили та усадки стружки для випадків протягування сталі 30ХГСА та сплаву В93Т, стругання сталей 20, 33ХСА, 45Х, тангенціального точіння сталі ШХ15 з експериментом показало, що залежності P=P (a) та Ka=Ka (a) збігаються як якісно, так і кількісно (рис. 5). Похибка прогнозування сили при a/r0 Ј 1 не перевищує 21%, а усадки – 10%, і значною мірою, залежить від похибки визначення вихідних даних. Зокрема, межа текучості на зсув k змінює амплітуду залежності P=P (a), залишаючи її характер незмінним. Зі зменшенням статичного переднього кута g0 збільшується ширина петлі. Цей ефект підсилюється при збільшенні контактних дотичних напружень tn. За рахунок впливу останнього фактора також і на ділянці переважного контакту вздовж округленої поверхні РК збільшується ширина звуження петлі на нелінійній ділянці. Зменшення радіусу округлення РК та шорсткості вихідної поверхні і збільшення коефіцієнта стружкоутворення приводить до початку сталого стружкоутворення при меншій товщині зрізу.

Експериментально підтверджено наявність при зменшенні товщини зрізу до нуля напливу оброблюваного матеріалу попереду РК – залишкового напливу (рис. 6). Силу взаємодії леза із заготівкою у цей момент ми назвали залишковою силою. Зіставлення експериментальних та розрахункових даних для умов ПТТ з подачею менше ніж s = 1, 5 мм/об показало, що проекції залишкової сили Pz і Py не залежать від подачі, а похибка їх прогнозування складає відповідно 21% і 5, 4%.

Виходячи з підтвердженої адекватності розробленої моделі, у п'ятому розділі подані результати дослідження методом розрахункового експерименту процесу стружкоутворення при різанні з товщиною зрізу a/r0 Ј 1. Прийнято, що процес реалізується в абсолютно жорсткій технологічній системі, в якій задовольняються прийняті в моделі припущення.

Досліджено процеси різання з постійною товщиною зрізу (ПТЗ) і циклічною її зміною за законом трикутника (ЦЗТ) (рис. 1, б). Встановлено, що за умови перевищення товщиною зрізу величини 2Ra стале стружкоутворення починається тільки після проходження лезом у контакті із заготівкою такого шляху, названого граничним (шляхом проковзування), щоб об'єм деформованого матеріалу зрізуваного шару, що надходить в наплив, був достатнім для досягнення об'ємом напливу свого граничного значення при поточних товщині зрізу, швидкості її зміни і контактних дотичних напруженнях (рис. 8).

Встановлено, що величина проковзування зменшується зі зростанням товщини зрізу (за умов ПТЗ) або швидкості її зміни (за умов ЦЗТ), причому тим швидше, чим менше контактні дотичні напруження. У першому випадку проковзування буде суттєвим лише при a/r0<0, 1, а у другому – лише при d<1°. З іншого боку, при дуже великому значенні d об'єм пластичної області може ніколи не досягти граничного значення, що робить неможливим і початок сталого стружкоутворення. Для швидкої оцінки можливості початку стружкоутворення розроблено діаграму “d-tn” (рис. 7), на якій в області припустимих значень d і tn на нескінченному шляху різання виділені зони гарантованого і лише можливого початку сталого стружкоутворення. Встановлено, що при істотному відхиленні режиму від межі розділу зон зростає питома вага режиму несталого стружкоутворення (силової взаємодії леза із заготівкою без утворення стружки). Тому умови різання, які істотно відхиляються від межі зон, не є ефективними.

У результаті аналізу поля швидкостей та ліній току в пластичній області в режимі сталого стружкоутворення при різних величинах товщини зрізу, контактних дотичних напружень і переднього кута було встановлено, що завжди попереду округленої частини леза має місце застійна зона, але її форма і розміри залежать від умов тертя (рис. 8, б). При від'ємному передньому куті та великому значенні контактних дотичних напружень застійна зона може зайняти досить протяжну ділянку зони пластичного контакту. Встановлено, що причинами виникнення застійної зони можна вважати: кінематичну, пов'язану з необхідністю обтікання округленого леза, та фізичну, пов'язану з

Цикл зменшення товщини зрізу гальмування частинок оброблюваного матеріалу силами тертя.

Розглянуто вплив товщини зрізу a, швидкості її зміни, вираженої кутом нахилу вихідної поверхні d (див. рис. 1, б), контактних дотичних напружень tn і переднього кута g на розподіл контактних нормальних напружень, силу взаємодії леза із заготівкою, її питому величину, геометрію залишкового напливу і залишкову силу, а також на співвідношення проекцій цих сил і коефіцієнт усадки стружки. Встановлено,