Спосіб визначення коефіцієнта тертя стружки з лезом

Реферат: Винахід належить до обробки матеріалів різанням. Спосіб визначення коефіцієнта тертя між стружкою і передньою поверхнею леза різального інструмента включає задання переднього кута леза і вимірювання динамометруванням дотичної та нормальної складових сили різання при гострому лезі, при цьому для кожної марки сталі в заданому діапазоні швидкості різання і переднього кута спочатку визначають коефіцієнт усадки стружки та кут зсуву при стружкоутворенні, потім вимірюють дотичну і нормальну складові сили різання з визначенням кута тертя-зсуву в площині зсуву, визначають середнє значення в заданому діапазоні, а коефіцієнт тертя ƿy визначають згідно зі співвідношенням: ƿy= 90º + γ – c – Ф, де γ - передній кут леза, с - постійна величина кута тертя-зсуву, Ф - кут зсуву при заданих умовах процесу різання. Винахід знижує трудоємкість при забезпеченні точності процесу та скорочує процес визначення в цілому. UA 115833 C2 (12) UA 115833 C2 UA 115833 C2 Винахід належить до обробки матеріалів різанням і може бути використаний при розрахунку сили і температури різання та інтенсивності зношування леза інструмента. Відомий спосіб визначення коефіцієнта тертя стружки на передній поверхні леза як    tg   (   - кут тертя) на основі роздільних вимірів складових сили різання за допомогою 5 10 спеціального динамометричного приладу "розрізний різець" при передньому куті   0 [1. Гордон М.Б. Исследование трения и смазки при резании металлов. - В кн.: Трение и смазка при резании металлов. - Чебоксары: Изд-во ЧГУ, 1972. - С.7-89. 2. Остафьев В.А. Расчет динамической прочности режущего инструмента. - М.: Машиностроение, 1979.-168 с.]. Недоліком такого способу є складність і низька вібростійкість приладу "розрізний різець", неточність отриманих результатів і висока трудомісткість виконання експериментів. Найбільш точним і близьким за технічною суттю є спосіб вимірювання динамометром при ' ' ' ' ' ' точінні дотичної Pz і нормальної PN  Px  Py ( Px i Py - осьова і радіальна) складових сили різання  15 20 25 30 35 при гострому  лезі  різця і підрахунку коефіцієнта тертя за формулою ' ' ' '   Pz  tg  PN Pz  PN  tg [1. Макаров А.Д. Износ и стойкость режущих инструментов. - М.: Машиностроение, 1966.-264 с. 2. Армарего И.Дж. А., Браун Р.Х. Обработка металлов резанием. Пер. с англ. В.А. Пастухова. - М.: Машиностроение, 1977.-325 с.]. Недолік цього способу полягає в необхідності застосування кошторисного трикомпонентного динамометра з реєструвальною апаратурою і самого дослідження складових сили різання. В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу визначення коефіцієнта тертя стружки, в якому введенням нових технологічних операцій та параметрів досягається можливість більш достовірного визначення кута зсуву деформованого металу в площині зсуву і кута тертя стружки по передній поверхні леза з виключенням складної системи динамометрування складових сили різання, і за рахунок цього, зниження трудоємкості при забезпеченні точності процесу визначення в цілому. Поставлена задача вирішується тим, що включає задання переднього кута леза і вимірювання динамометруванням дотичної і нормальної складових сили різання при гострому лезі, згідно з винаходом, для кожної марки сталі в заданому діапазоні швидкості різання і переднього кута спочатку визначають коефіцієнт усадки стружки та кут зсуву при стружкоутворенні, потім вимірюють дотичну і нормальну складові сили різання з визначенням кута тертя-зсуву в площині зсуву, визначають середнє значення в заданому діапазоні, а коефіцієнт тертя визначають згідно з формулою    90    с  Ф це  - передній кут леза; c - постійна величина кута тертя-зсуву; Ф - кут зсуву при заданих умовах процесу різання. Пропонований спосіб здійснюється наступним чином. Спосіб ґрунтується на виявлених закономірностях: сума кута зсуву Ф , кута тертя стружки   , кута тертя-зсуву метала  s в площині зсуву і переднього кута  дорівнює Ф      s    90 ; кут тертя-зсуву  s є постійною величиною для певних марок сталей  s  c . Це відкрило можливість непрямого визначення кута тертя   через змінну величину кута зсуву Ф (функція коефіцієнта усадки 40 45 стружки) по формулі    90    с  Ф . Спочатку, для заданих умов точіння (режиму різання з глибиною t , подачею S , швидкістю  і геометрії леза з кутом в плані  , переднім кутом  ), як відомо в заданому діапазоні, експериментально визначається коефіцієнт усадки стружки (потовщення k a  a c / a з товщиною a зрізу і a c стружки або укорочення k L  L з / L С з довжиною L з зрізу і L C стружки). Потім обчислюється кут зсуву Ф (2). Остаточно на основі даних по постійному значенню кута тертя-зсуву  s  c для заданих марок сталей визначають пошуковий кут тертя   (6). Розрахункова схема напрямків сил стружкоутворення при гострому лезі (величина фаски зносу по задній поверхні A  теоретично дорівнює нулю) в площині зсуву PФ і на передній 50 поверхні A  леза та розташування відповідних кутів зсуву Ф , тертя-зсуву  s і тертя   зображено на фіг. 1, де а і а с - товщина перерізу зрізу і стружки;  - передній кут леза; Т s і 1 UA 115833 C2 Т n - дотична і нормальна складові результуючої сили стружкоутворення T ;  s  Ts Tn і  s  arctg s - коефіцієнт і кут тертя-зсуву в площині PФ ; F і N  - дотична і нормальна сили 5 10 ' ' тертя стружки на A  ;    F N  і    arctg  - коефіцієнт і кут тертя стружки; Pz і Pn дотична і нормальна складові сили різання при гострому лезі (проекції сили стружкоутворення T на координатну площину різання і основну площину). Попередньо одночасно визначається експериментально кути зсуву (нахилу площини зсуву PФ до площини різання) Ф , тертя (зовнішнього тертя-ковзання) стружки по передній поверхні леза   , тертя-зсуву (внутрішнього тертя-зсуву) металу в площині деформації зсуву  s . Визначаємо їх суму, яка дорівнює 90° для заданої марки сталі. Дійсно, проеціювання сил тертя F і тиску N  стружки на передній поверхні A  в напрямку дотичної Т s і нормальної Т n складових сили стружкоутворення Т (креслення) дає систему рівнянь: Ts  N   cos(Ф   )  F  sin( Ф   ) , Tn  N   sin( Ф   )  F  cos(Ф   ) з якої отримуємо коефіцієнт тертя-зсуву при внутрішній суцільності оброблюваного матеріалу в площині зсуву PФ 15 s  Ts 1  tg   tg(Ф   )   ctg(   Ф   ) , Tn tg(Ф   )  tg  де tg      F N  - коефіцієнт тертя на A  . Виразив  s через кут тертя-зсуву tg s і через tg[90  (   Ф   )] , знаходимо  s  Ф       90 (1) 20 Роздільно кожен із кутів (1) визначають експериментально: tgФ  cos  (k  sin  ) через коефіцієнт k усадки стружки; (2)   P  P  tg; (3)  tgФ  P  tgФ  P  . (4) ' '   arc tg  через   Pz  tg  Pn  ' z ' n ' ' ' ' s  arc tg s через  s  Pz  Pn z n В свою чергу кут тертя-зсуву  s може визначатися для порівняння також із тотожності (1)  s  90    Ф    (5) 25 Далі визначаємо постійну величину c . Взаємозв'язок кутів стружкоутворення на основі залежностей Ф (2),   (3),  s (4) або (5) від швидкості різання  і переднього кута  для прикладу наведено в табл. 1 відповідно для сталей 45 і 12 × 18Н9Т з різним рівнем оброблюваності. Таблиця 1 Розрахункові значення кутів стружкоутворення при точінні сталей 45 (А) і 12 × 18Н9Т(Б) Позначення кутів Значення кутів А. Сталь 45 – твердий сплав Т15К6 (товщина зрізу a  0,25  10 3 м) Швидкість  , м/с (   10  ) Ф (2)   (3) (4) s (5) Кут  , град. (   2 м/с) Ф (2)   (3) (4) (5) 0,5 1,25 2 2,75 21,3 25,9 28 29,7 37,9 40,7 40,8 -10 20,2 33,8 40,4 40,3 0 24 32,2 39,7 39,8 10 28 31 39,3 39,3 20 33,7 19,8 39,7 40 26 39,7 40 32,2 39,7 39,8 38,3 38 40 30 2 UA 115833 C2 Продовження таблиці 1 Б. Сталь 12 × 18Н9Т - твердий сплав ВК8 (товщина зрізу a  0,31  10 3 м) Швидкість  , м/с (   15  ) Ф (2)   (3) (4) (5) Кут  ,град.1   2 м/с) s Ф (2)   (3) (4) s (5) 0,5 1 1,5 2 29 32 33,8 34,8 40,5 35,4 35,5 -5 22,6 37,6 35,4 35,4 5 27 36,3 34,9 34,9 15 32 35,3 34,9 34,9 25 37,5 26,3 36,1 36,1 31,5 36 36,5 37,6 35,4 35,4 43,5 33,9 34 Отримані результати дослідження виявили постійність значення кута тертя-зсуву  s  c для кожної із сталей. Середнє значення і похибка відхилення складали: для сталі 45  s  39,8 (1  18) ; для сталі 12 × 18Н9Т  s  35,3 (1.2,  14) . , , , 5 10 15 Після знаходження постійної величини  s  c для заданих умов різання кожен раз експериментально визначається кут зсуву Ф . Практичний здобуток міститься в можливості визначати кут тертя-ковзання   на A  із тотожності (1) через один простий вихідний показник процесу різання - кут зсуву Ф (2) як функції коефіцієнта k усадки стружки на основі виразу   90    с  Ф (6) і у відмові визначати   по формулі (3) з застосуванням динамометрування складових сили різання при гострому лезі різця. Причинно-наслідковий зв'язок заявленої сукупності ознак з виявленим наукоємним результатом і позитивним ефектом про постійне значення кута тертя-зсуву метала в площині деформації зсуву полягає в спростуванні і зменшенні трудомісткості визначення кута тертя стружки на передній поверхні леза, без виміру складових сили різання. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 30 Спосіб визначення коефіцієнта тертя між стружкою і передньою поверхнею леза різального інструмента, що включає задання переднього кута леза і вимірювання динамометруванням дотичної та нормальної складових сили різання при гострому лезі, який відрізняється тим, що для кожної марки сталі в заданому діапазоні швидкості різання і переднього кута спочатку визначають коефіцієнт усадки стружки та кут зсуву при стружкоутворенні, потім вимірюють дотичну і нормальну складові сили різання з визначенням кута тертя-зсуву в площині зсуву, визначають середнє значення в заданому діапазоні, а коефіцієнт тертя ƿ y визначають згідно зі співвідношенням: ƿy=90º+γ-c-Ф, де γ - передній кут леза, с - постійна величина кута тертя-зсуву, Ф - кут зсуву при заданих умовах процесу різання. 3 UA 115833 C2 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4