автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Разработка динамической модели начального этапа стружкообразования при резании металлов

РГ6 од

, , , ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ

РОССИЙСКИЙ ЛШЕРСИТЕГ ДРУЖБЫ НАРОДОВ

На правах рупопяси

КОЛЕСНИКОВ ИГОРЬ ВИТАЛЬЕВИЧ

УДК 621.9.011 (043.3)

РАЗРАБОТКА ДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ НАЧАЛЬНОГО ЭТАПА СТРУЖК00БРА30ВАНИЯ ПРИ РЕЗАНИИ МЕТАЛЛОВ

( 05.03.01 - процессы мэханячэсхой я фнзяко-ээхнячэской обработки, с?анки н ннсгруи$т )

Автореферат

дяссэртацна на соискание учэной степзна кандадаза твятпссюге наук

Москва - 1993

Работа выполнена на кафедре технологии машиностроения, металлорежущих станков к инструментов Российского Университета дружбы народов.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Кудинов В.А.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Ьерещака A.C. - кандидат технических наук.старший научный сотрудник Музыкант H.A.

Ведущая организация - МСПО "Красный пролетарий"

им. А.И.Щремова

Защита состоится " {6 " 1993 г. в /i" часов

со минут на заседании специализированного совета К 053.22.19 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Российском университете дружбы народов по адресу: Москва, I13093, ул.Павловская, дом 8/5, комн.228.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Российского университета дружбы народов (Москва, II7I98, ул.Миклухо-Маклая, дом 6).

Автореферат разослан " /6 " иК-Г1993 г.

Ученый секретарь

специализированного совета

кандидат технических наук

доцент Б.Л. Федоров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕНГСТИКА РАБОЭД

Актуальность проблемы. Обработка резанием является одним из основных технологических приемов изготовления деталей машин и механизмов. Происходит постоянная интенсификация технологических процессов, создаются новые высокопрочные и труднообрабатываемые материалы, повышаются скоростные режимы обработки за счет создания новых инструментальных материалов и повышения мощности станочного оборудования. Получили широкое развитие автоматизированные системы управления технологическими процессами, которые тре-бзлот расчетного определения характеристик процесса резания - сил резания, температур, стойкости инструмента, качества обработанной поверхности, формы стружки и т.п. на стадии проектирования технологического процесса. Необходимые данные определяются экспериментально, что в большинстве случаев требует значительных затрат. В связи с вышеизложенным представляется актуально?? дальнейшая разработка динамической модели процесса стружкообразования, которая в перспективном плане дает возможность производить расчетное определение сил резания и других характеристик процесса обработки резанием различных материалов и выбора режимов резания.

Цель и задачи-исследования,-Цель--диссертационной работа -исследовать начальный этап формирования стружки как динамический процесс, связанный со взаимовлиянием деформаций и напряжений, оценить влияние параметров процесса резания на устойчивость его протекания. Поскольку исследование является Первым этапом широкой научно-поисковой работы по развитию динамической модели резания, то с целью выявления указанного основного механизма взаимовлияния она выполняется в условиях слабого воздействия тепловых процессов.

В соответствии с поставленной целью в данной работе решаются следующие задачи:

- проверить основное положение динамической модели процесса резания, заключавшееся в тем, что он представляет собой сочетание упруго-пластического сжатия и изгиба материала;

- выявить и оценить роль сжатия и изгиба в процессе формирования стружки в условиях ослабленного влияния тепловых процессов;

- разработать методику экспериментального исследования, позволяющую проанализировать закономерности стружкообразования с позиций динамической модели процесса резания;

- определить влияние обрабатываемого материала, переднего угла резиа и толщины срезаемого слоя на процесс стружкообразова-

ния с позиций динамической модели процесса резания;

- выявить влияние крутизны фронта нарастания толщины срезаемого слоя на начальном этапе стружкообразования на характер изменения силы резания при врезании резца в заготовку;

- проверить справедливость положения, вытекающего из динамической модели,об экспоненциальном эаноне нарастания деформаций и усилий при стружкообразовании в процессе врезания;

- исследовать спектральный состав колебаний силы резания при неустойчивом характере процесса стружкообразования.

Методика исследования. Работа выполнялась как сочетание теор< тических и экспериментальных исследований, базирующихся на основных положениях теории обработки материалов резанием, технологии машиностроения и динамики станков.

Эксперименты проводились при свободном прямоугольном резании на специальном стенде, а обработка экспериментальных данных - на ЭВМ с привлечением аппарата математической статистики.

Научная новизна. Разработана оригинальная методика исследования упруго-пластического сжатия и изгиба стружки, представленной моделью в форме консольной балки, а танке стружки с различным сочетанием ширины срезаемого и изгибаемого слоя. По этой методике выявлен эффект, определяемый сжатием и изгибом стружки. Показано, что при отгибе бални-стружки, что соответствует начальному этапу стружкообразования, начиная с некоторого отклонения, балка-стружкг отгибается в условиях существования "пластического шарнира".

Усилие резания в основном определяется сжатием материала. Возрастание усилия при сжатии определяется увеличением сечения стружки в области пластического деформирования. Нарастание усилия сжатия определяется изгибом, как видом деформации, который ограничивает нарастание площади сжимаемого объема, а, следовательно, и усилия сжатия.

Экспериментально подтверждено, что начальный этап формирования усилия резания соответствует экспоненциальному закону независимо от геометрии инструмента ^переднего угла) и типа образующейся стружки.

Установлено, что при потере устойчивости динамической систем! стружкообраэования, формирование элементов (автоколебательный процесс) носит статистический характер при наличии нескольких спектральных частотных составляющих, различных для различных материалов.

Практическая полезность. Научно-поисковый характер работа определяет ее практическую полезность и соответствующие рекомендации. Практическая полезность определяется подготовкой исходных положений для разработки математической модели с целью дальнейшего использования в системах автоматизированной подготовки технологических процессов.

Разработанные методики и результаты проведенных экспериментов могут быть использованы при выполнении дальнейших исследований и в специальном курсе теории резания, читаемого в высших учебных заведениях.

Апробация работы. Работа в целом и отдельные ее разделы докладывались на заседаниях кафедры технологии машиностроения, металлорежущих станков и инструментов РУД], научных конференциях инженерного факультета РУД! в 1991-1993 годах, а также на межгосударственной конференции по динамике станочных систем в Нижнем Новгороде в 1992 г.

Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 2 статьи.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Изложена, на 126 страницах машинописного текста, содержит Ь7 рисунков, 15 таблиц. Общий объем работы составляет 186 страниц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОМ

Во введении дана опенка общего состояния дел по изучаемой проблеме и обоснована актуальность работы.

В первой главе проведен обзор литературы и определены цели и задачи исследования.

На основании работ И.А.Тиме, К.А.Зворыкина, И.Н.Зорева, М.И.Клушина и др. выполнен анализ развития представлений о процессе образования стружек.

Эти теоретические представления о схеме деформирования обрабатываемого материала при резании рассматривают статическое напряженное состояние зоны деформирования, причем раздельно для стружек скалывания и сливных.

Диссертационная работа поставлена на основе новой динамической модели процесса резания, предложенной В.А.Кудиновым. Согласно этой модели процесс резания определяется как сочетание упруго-пластического сжатия и изгиба материала и представляется сложной

замкнутой динамической системой, включающей в себя деформационный и тепловой контур связи. Исследование является первым этапом уточнения и развития данной модели, в котором изучался деформационный контур модели при слабом влиянии температурно-скоростно-го фактора.

Работа в основном посвящена начальному этапу стружкообразо-вания, поскольку он определяет тип образующейся далее стружки и характер протекания процесса резания.

Во второй главе описана методика экспериментального исследования.

Для выявления роли сжатия и изгиба в процессе формирования стружки разработана оригинальная методика деформирования консольной балки, имитирующей стружку, отделенную от заготовки по поверхности резания, но не отогнутую в процессе резания. Стружна,• представленная консольной балкой, названа в работе балкой-стружкой. Такой вид деформирования реализуется в эксперименте с заготовкой, имеющей сквозной продольный паз 'рисЛ,а). При этом создаются условия ослабленного влияния сжатия на процесс формирования стружки, что позволяет выявить влияние одного изгиба как вида деформации.

Частичное ослабление влияния сжатия, как вида деформации, на процесс формирования стружки реализуется при обработке резанием заготовок, имеющих по обе стороны срезаемого слоя несквозные продольные пазы, симметричные относительно оси заготовки 'рисЛ,б). При этом боковые стороны срезаемого слоя, названные в раб отеи ленто чки, не связаны с несрезаемкм материалом заготовки.

В экспериментах по обработке резанием также применялись заготовки в виде пластин полной ширины без продольных пазов, что позволяет оценить роль деформаций сжатия и изгиба в реальных условиях формирования стружки.

Эксперименты проводились при свободном прямоугольном резании. В качестве режущего инструмента применялись резин из стали Р6М5 и PI8 с передними углами 15°; 5°; 0° и -5°. Материал заготовок: Сталь 45; ЮХСНД; Сг 08нп; С420; БНТ1.9; MI; АД1; Бр.0ЦС4-4-4. Обоснование выбора материала - от пластичных до хрупких в обычных условиях. Обоснование скорости резания: 50 мм/мин для уменьшения влияния температурного фактора; 1000 мм/мин для сопоставления с условиями, при которых температура при резании начинает играть роль.

При проведении экспериментов фиксировалось: а) усилие ре-

зания - тангенсиальная Яг и нормальная Ру составляющие с помощью динамометра УДМ-600; б) продольное перемещение резца относительно заготовки с помощью реостатного преобразователя.

Для нарезания пазов изготовлено специальное приспособление на базе поворотной головки, позволившее производить нарезание пазов и обработку заготовки с продольными пазами без ее переустановки.

Для опенки влияния текпературно-скоростного фактора на результаты экспериментов были рассчитаны температуры резания. Показано, что при скорости резания 1000 мм/мин проявление температуря о-скоростного фактора становится зачетным я; 62°С) по сравнению с условиями резания при скорости 50 мм/мин, когда значения избыточных температур ( & 7°С) по сравнению с температурой окружающей среды несупественны 'расчет произведен для условий при обработке меди М1).

С цель» сопоставления обрабатываемых материалов по их механическим свойства«.! и сравнения полученных характеристик со справочными данными, имеющими определенный разброс, разработана методика механического испытания материалов, используемых в экспериментах. Образен в виде столбика с прямоугольным поперечным сечением длиной £ = 2а ''рисЛ,а) сжимался резцом-штампом с передним углом X = 0°, закрепленным в динамометре УДМ-600.

Третья глава посвящена экспериментальному и теоретическому исследованию упруго-пластического сжатия и изгиба стружки, представленной консольной балкой.

Для анализа схема деформирования балки-стружки представлена двумя моделями: первая модель - с шарнирной заделкой; вторая -с жесткой заделкой. Первая модель соответствует условиям реализации в зоне заделки так называемого пластического шарнира.

Эксперимент показал, что для достаточно толстой балки ее смещение происходит в основном за счет поворота сечений, расположенных в непосредственной близости от заделки балки. При больших смещениях и углах поворота упругими деформациями балки можно пренебречь и приближенно балку принимать прямолинейной. Это позволяет принять первую модель рис,2). Балку можно представить как систему с одной степенью свободы: балка абсолютно жесткая, а податливость конструкции считается сосредоточенной в шарнире, расположенном возле заделки балки. Шарнир представляется системой, состоящей из упругого элемента с жесткостью С/ , моделирующего

упругие деформации; пластического элемента с сопротивлением в форме постоянной силы трения Fтр ; упругого элемента Cz , имитирующего деформационное упрочнение материала балки. Отгиб балки монет происходить при постоянном значении момента в случае образования неупрочняшегося пластического шарнира в заделке балки и при постоянно увеличивающемся моменте при наличии упрочнения. В работе принят простейший случай линейного деформационного упрочнения материала балки.

При малых углах поворота балки в случае упругих деформаций изгибающий момент изменяется пропорционально растяжению пружины С/ 'рис.2), т.е.

Мупр = C-W&,

где С/в - приведенная поворотная жесткость пружины С i

При наличии пластических деформаций изгибающий момент либо постоянен Мал = Mo = COrjst , либо увеличивается при упрочнении

Мпл = /% + Сгов,

где Czs - приведенная поворотная жесткость пружины С 2

Изгибающий момент от действия составляющих Р2 и Ру в шарнире-заделке равен:

м - t{py cose sin е).

При упругих деформациях зависимость составляющей Pz. от угла поворота балки имеет вид

о -

tisinQ* tcjXcose . 1]

Для условий, когда отгиб балки-стружки происходит при постоянном значении изгибающего момента зависимость составляющей Pz от угла поворота балки имеет вид

Р _ Мо

¿(Sin9 + t<j!fcos&/ . (2)

В случае отгиба балки при наличии линейного деформационного упрочнения

заготовка

резеп

V

я) заготовка со сквозным, продольным пазом:

О - толщина балки-стружки; 6 - ширина заготовки; £ - длина балки-стружки.

б) заготовка с нясквозными продольными пазами:

О - толщина срезаемого слоя; С(./ - толщина ленточек; С - ширина срезаемого слоя

Рис Л. Формы обрабатываемых заготовок

Рис.2. Механическая модель отгибаемой балки-стружки с шарнирной заделкой 'первая модель)

где

в~С<е->Сг9 .

С

В соответствии с выражениями (1,2,3) на рис.3 построены расчетные зависимости усилия деформирования балки-стружтси в процессе ее отгиба от угла поворота (пути резца относительно заделки балхи-стружки в эксперименте).

Эксперимент по отгибу балки-стружки проводился с использованием в роли упоров резцов с передними углами 0° и 15°, закрепленными в динамометре УДМ-600. Материал балки-стружки - медь М1 и Ер.0ЦС4-4-4. Анализ потери устойчивости при деформировании (в исходном положении) балки-стружки как стержня резном с передним углом 0° показал, что потеря устойчивости происходит в области малой пластической деформации для образцов из обоих материалов. Форма потери устойчивости балки-стружки из меди выразилас в изгибе ее средней чгасти, при этом ее свободный конец в процессе дальнейшего деформирования соприкоснулся с частью балки-стружки, непосредственно прилегающей к ее "заделке". Балка-стружка из бронзы разрушилась у основания после незначительной пластической деформации.

Экспериментально получеш зависимости составляющей силы Pz от пути резпа относительно заделки балки-стружки при ее отгибе резцом с утлом % = 15° (рис.4). Составляющая Ру при этом практически равна нулю. Только на незначительном по протяженности начальном этапе деформирования она приобрела некоторое минимальное значение, что послужило причиной создания начального отклонения балки-стружки и дальнейшего ее отгиба. На рис.4 также показаны расчетные зависимости, построенные по выражению (2), составляющей от пути резпа для конкретных условий отгиба балки из меди и бронзы. В условиях проведенного эксперимента влияние сжимающих сил было ослаблено и деформирование балки-стружки осуществлялось практически изгибающим моментом.

Сравнение результатов теоретического анализа с экспериментальными данными позволяет сделать вывод о том, что процесс деформирования балки-стружки при ее отгибе происходил при постоянном изгибающем моменте. Это означает, что деформация изгиба соответствует образованию пластического шарнира в заделке балки. В случае ослабленного влияния деформации сжатия площадь поперечного сечения балки-стружки оставалась неизменной, момент инерции поперечного сечения балки-стружки был постоянен, что не приводи-

Рис.3. Зависимость усилия дрформировпния бялхи-

струяски от угля Э поворота (пути резпа

для условий отгиба балки-стружки из мрди МТ): I - идеяльно-упгугое трло; 2 - идряльно-

I ~ «/

пластичное трло; 3-3 - прк линейном деформационном упрочнении мятер/рля бялки-стружки

ло, в сбою очередь, к изменению необходимого для деформирования изгибающего момента.

Проведенный эксперимент позволил выделить роль сжимающего усилия от роли изгибающего момента и показать роль изгибающего момента в процессе формирования стружки. Эксперимент подтверждает, что плечо момента силы при этом является величиной, существенно меньшей толщины срезаемого слоя (при пересчете плеча данного момента на действие полной сжимающей силы).

При резании металлов в процессе образования стружки влияние сжимающих усилий приводит к увеличении площади поперечного сечения стружки по сравнению с площадью срезаемого слоя. Увеличивается момент инерции сечения стружки, что приводит к увеличению изгибающего момента при ее отгибе вплоть до полного формирования стружки по толщине (в случае образования сливной стружки) или до начала образования трещины :'в случае неустойчивого стружкообра-зования).

Четвертая глава посвящена экспериментальному и теоретическому исследованию начального этапа стружкообразования.

При врезании в заготовь резном с передним углом 0° в случае устойчивого стружкообразования с образованием сливной стружки теоретически установленный закон формирования усилия резания соответствует экспоненциальному и представляет собой временную динамическую характеристику резания

р =КРа О-е ^

где Р - главная составляющая усилия резания; Кр - коэффициент резания; О - толщина срезаемого слоя; 7р - постоянная времени стружкообразования; £ - текущее время формирования усилия резания.

Процесс резания при этом представляет собой инерционное звено первого порядка, описываемое линейным неоднородным дифференциальным уравнением. Решение этого уравнения при входном воздействии, соответствующем врезанию резца в заготовку с передним углом % Ф 0° показывает, что независимо от переднего угла резпа и толщины срезаемого слоя закон нарастания усилия резания соответствует экспоненциальному. До настоящего времени отсутствовала экспериментальная опенка соответствия этого закона реально существующему.

Эксперимент показал, что начальный этап стружкообразования описывается этой зависимостью не только при образовании сливной, но и элементной и сегментной стружек при слабом влиянии тепловых процессов. Это подтверждает одно из основных положений динамической модели процесса резания о единстве формирования различных типов стружек. Экспериментально получены зависимости постоянной пути резания ¿р ' ^ 7рУ , V - скорость резания) от изменения переднего угла У резца при различных режимах обработки меди М1 с образованием сливной, бронзы 0ЦС4-4-4 с образованием элементной и стали 10ХСНД с образованием сегментной стружек. При обработке меди значения постоянной пути резания уменьшаются с увеличением переднего угла резпа и с позиций динамической модели эти изменения объясняются следующим образом. По сравнению со срезанным слоем стружка имеет большую толщину и меньшую длину. Такого результата можно достичь только в процессе сжатия срезаемого слоя. Чем больше передний угол инструмента, тем на меньший угол нужно отогнуть стружку. Для этого нужно приложить меньиее усилие, стружка меньше сожмется, меньше будет ее утолщение и, соответственно, усадка. Уменьшится значение , т.к.

- а р , £ - коэффициент усадки стружки. При изменении толщины срезаемого слоя О усадка не должна изменяться, т.к.сила сжатия изменяется приблизительно пропорционально площади сечения в области пластического деформирования.

При обработке заготовок с пазами 'рисЛ,б) постоянная пути резания уменьшилась по сравнению с заготовками без пазов при различных значениях передних углов резцов. С позиций принятой модели процесса резания эти изменения объясняются следующим образом. При заготовке с пазами площадь сжимаемого слоя при "разрезании" уменьшается, т.е.уменьшается сила, необходимая для сжатия. При этом площадь поперечного сечения отгибаемой с утолщением стружки увеличивается гораздо меньше, чем при обработке сплошной заготовки. Соответственно уменьшается значение момента, необходимого для изгиба балки-стружки. Полная сила резания, формирующая стружку, уменьшается. В условиях эксперимента толщина ленточек при резании остается неизменной, толщина же стружки должна увеличиваться. Ленточки препятствуют сколько-нибудь значительному изменению толщины стружки. Все это приводит к более быстрому формированию, стружки и постоянные пути резания при обработке заготовок с пазами меньше, чем для сплошных заготовок.

При обработке бронзы 0ЦС4-4-4 и стали ЮХСНД начальный этап формирования усилия резания, подчиняющийся, как было установлено, экспоненциальной зависимости, при дальнейшем резании теряет устойчивость. Возникает автоколебательный процесс, появляются элементы и сегменты стружки, количеству которых соответствует число колебаний составляющих Рс. и Ру силы резания. Переходный процесс прерывается, поэтому постоянные пути резания, определенные для начального участка процесса, для бронзы и стали имели разные значения при различных режимах обработки. При обработке заготовок с пазами из этих материалов колебания силы резания значительно уменьшились по сравнению с заготовками без пазов. Это произошло по той причине, что элементы стружки, образующиеся примерно с той же частотой, что и при сплошной заготовке, были связаны по бокам пластически деформированными -изогнутыми) ленточками. Таким образом, наличие ленточек приводило к более устойчивому характеру процесса стружкообразования.

В пятой главе проведен анализ процесса резания при неустойчивом характере стружкообразования. Как уже отмечалось ранее,при обработке бронзы и стали процесс стружкообразования имел неустойчивый характер с образованием элементной и суставчатой стружек. При обработке чугуна СЧ20 неустойчивость процесса резания выражалась в образовании стружки надлома.

Запись колебаний силы резания, представлявшая собой аналоговый сигнал, преобразовывалась в цифровую форму. Затем на ЭВМ по методу быстрого преобразования Фурье производилось вычисление синусоидальных, косинусоидальных и мощностных (суммарных) составляющих спектра (гармоник). Выбирались гармоники, имеющие наиболь-» тую мовшость (мощность последней из этих гармоник составляла одну десятую от мощности главной, доминирующей гармоники), затем производился переход от номера гармоники к ее частоте (периоду) и к пути резца относительно заготовки при формировании элемента стружки. Длина элемента стружки определялась делением пути резца на коэффициент продольной усадки стружки.

Установлено, что при резании бронзы Бр.0ЦС4-4-4 колебания силы резания носили периодический характер. Элементы стружки и •соответствующий их формированию путь резиа относительно заготовки имели определенное значение (0,61 мм). Эти значения одинаковы при резании резцами с разными передними углами '-б0; 0°; 5° и 15°) при неизменных толщине срезаемого слоя (0,3 мм) и скорос-

ти резания (50 мм/мин).

При обработке чугуна СЧ20 колебания'силы резания носили непериодический характер, причем сам лроиесс резания был детерме-нирован по среднему значению, а отклонения от среднего значения носили случайный характер. В отличие от бронзы, когда преимущественно образовывался элемент одного размера и была выделена доминирующая гармоника, при резании чугуна образовывалась стружка надлома. Образующийся при этом элемент относительно большого размера дробился на более мелкие элементы различной длины. Поэтому в спектре появились различные гармоники, отличающиеся незначительным изменением мощности.

При обработке стали ЮХСНД (скорость резания 50 мм/мин; толщина срезаемого слоя 0,05 мм, передний угол резца 5° и -5°) доминирующи?.! элементом стружки был элемент сустаза, имеющий относительно большую длину, чем другие элементы (3,81 мм при X = = 5°; 9,25 юл при У = -5°).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проведен анализ существующих моделей стружкообразования, который показал, что эти модели рассматривают не процесс, а статическое напряженное и деформированное состояние зоны стружкообразования. Экспериментально проверено и подтверждено на основе анализа начального этапа стружкообразования основное положение принятой в основу работы динамической модели процесса резания, заключающееся в том, что процесс резания представляет собой сочетание упруго-пластического сжатия и изгиба материала и протекает как процесс в замкнутой динамической системе устойчиво и неустойчиво. Эксперименты позволили выявить границу зоны пластического деформирования, имеющую вид поверхности, принимаемой за плоскость (или поверхность) сдвига. При отгибе балки-стружки из меди величина соответствующего условного угла сдвига приблизительно составила 35°.

2. Разработана оригинальная методика экспериментального исследования начального этапа стружкообразования с позиций динамической модели процесса резания, которая позволила выявить роль деформаций сзкатия и изгиба в промессе формирования стружки. В соответствии с этой методикой использовались заготовки, у которых срезаемый слой заранее отделен от основного материала заготовки

сквозным продольным пазом. Срезаемый слой получал при этом форму консольной балкк-стружки с заделкой в части заготовки, прилегавшей к концу прорези. Для сопоставления изучены закономерности обработки сплошных заготовок и заготовок с несквозными пазами. Несквозные пазы нарезаны на боковых сторонах заготовки, таким путем изменена форма поперечного сечения срезаемого слоя. Его средняя часть представляет собой обычный срезаемый слой прямоугольного сечения, э боковые стороны, названные в работе ленточки, не связаны с основным материалом заготовки. При обработке таких заготовок изменяется соотношение усилий в сторону уменьшения той части усилия, которое идет на разделение заготовки и стружки, т.е.усилия сжатия.

3. В результате исследования по указанной методике установлено, что значение изгибающего момента не изменяется в процессе упруго-пластических изгибннх деформаций балки-стражки. Это свидетельствует о том, что деформация изгиба соответствует образованию "пластического шарнира" в зоне заделки балки-стружки. Принятая методика обеспечила значительное ослабление влияния сжатия, в связи с чем площадь поперечного сечения балки-стружки практически не изменялась, момент инерции ее поперечного сечения был постоянен, что в свою очередь не приводило к увеличению необходимого для деформирования изгибающего момента.

Частичное ослабление влияния сжатия при обработке заготовок с несквозными пазами приводит к уменьшению усилия резания и к более быстрому завершению процесса формирования стружки при устойчивом стружкообразовании. При обработке материалов в условиях образования элементной или сегментной стружки наличие несквозных пазов на заготовке приводит к более устойчивому характеру процесса стружкообразовакия.

4. Показана справедливость критического замечания, касающаяся принятых моделей стружкообразования, не учитывающих действие изгибающего момента на начальном этапе. Показано, что равенство напряжений сжатия и максимальных изгибающих напряжений достигается при смещении равнодействующей силы резания от вершины инструмента на расстояние значительно меньшее толщины срезаемого слоя.

5. Экспериментально подтверждено соответствие закона формирования усилий резания при врезании резца в заготовку экспоненциальному независимо от обрабатываемого материала, геометрии инструмента и толщины срезаемого слоя. Отклонение экспериментально

полученной зависимости от математической составляет не более 20/..

6. Определено влияние обрабатываемого материала, геометрии инструмента и толщины срезаемого слоя на процесс стружкообразования с позишй динамической модели процесса резания.

В случае уменьшения переднего угла резца, когда возрастает степень изгиба стружки^усилие резания, производящее ее сжатие и изгиб, увеличивается. Увеличивается усадка стружки, и соответственно - постоянная пути резания (при одной и той же толщине срезаемого слоя). При изменении толщины срезаемого слоя усадка почти не изменяется, так как усилие сжатия, вызывающее усадку стружки, растет пропорционально увеличению сечения стружки (в области пластического деформирования).

7. Исследован спектральный состав колебаний силы резания при неустойчивом процессе стружкообразования. Определен путь резца относительно заготовки при формировании основных элементов стружки, вызвавших наибольшие амплитуды колебаний силы резания. Установлено, что при резании бронзы колебания силы резания носили в основном неслучайный характер и размеры основных элементов •стружки (при экспериментах - 0,61 мм) почти не изменялись при изменении переднего угла резпа. При обработке чугуна колебания силы резания носили случайный характер.

8. Для учета погрешностей измерений была дана опенка качества переходного процесса всего измерительного тракта. Длительность

^п переходного процесса, являющаяся основной характеристикой его качества, для составляющей силы резания равна 0,005 с,

для составляющей Рс/ - 0,11 с. Эти значения существенно меньше времени переходного процесса врезания резца, составляющего от 0,6 до 15 с.

9. Опенка влияния температурно-скоростного фактора на результаты экспериментов показала, что при скорости резания

1000 мм/мин проявление указанного воздействия становится зачетным (избыточная температура л 60°С) по сравнению с условиями резания при скорости 50 мм/мин (избыточная температура я? 7°С) при обработке меди М1.

10. Разработана экспресс-методика механических испытаний обрабатываемых материалов на сжатие. В соответствии с этой методикой испытание проводилось резном-штампом с передним углом 0°, закрепленным в динамометре, а сжимаемый образен изготавливался путем прорезания паза на основной заготовке. Экспериментально

лодучешше характеристики обраоатываемых материалов оказались в близком соответствии со справочными данными (которые имеют определенный разброс).

II. Разработанные методам и результаты проведенных экспериментов могут быть использованы ярд проведении дальнейших исследований, при разработке математического аппарата и получении расчетных зависимостей да основе динамической модели процесса резания.

Полученные в диссертации результаты могут оыть также использованы в курсе теории резания, читаемого в учебных заведениях и при создании учебников.

Основное содержание диссертации отраяено с следующих публикациях автора:

Колесников И.В. Разработка двухкомпонентного динамометра для исследования сил резания. - М., 1931.-5с.-Деп.в ГНТБ Украины 10.06.92, А» 1216-УКУ2.

КудиновВ.А., Колесников И.В. Экспериментальное исследование начального этапа струккообразования/'/ Тезисы докладов 1У научно-технической конференции пс динамике станочных систем.-Нижний Н0вгород, 1992.-С.46.

' 15Е0>93г;_Объем 1д. л>_Тжр, 100_Загс» 566

~ Тж. £УДД;- Оцджоншшдзеб 3