Силы, действующие на инструмент

Наряду с нормальным давлением, которое испытывает передняя поверхность резца при деформации (сжатии) срезаемого слоя, она подвергается также действию и сил трения, возникающих на поверхностях контакта сходящей стружки с передней поверхностью резца.

Деформациям подвергается не только срезаемый слой, но и слои основной массы металла, от которых производится отделение стружки, т. е. поверхность резания и обработанная поверхность (глубина пластической деформации поверхностного слоя а₃ показана на рис. 32). Эти деформации, особенно упругие, создают выпучивание металла величиной Н_уп (рис. 34), которое вызывает давление металла на задние поверхности инструмента. А так как последние перемещаются относительно поверхности резания и обработанной поверхности, то наряду с нормальным давлением на задние поверхности инструмента будут действовать еще о силы трения.

Нормальные давления на переднюю и заднюю поверхности распределяются неравномерно (рис. 34); наибольшие давления — у вершины резца. Нормальные давления как выражение сопротивления металла разрушению (стружкообразованию) могут быть представлены в виде сосредоточенных сил. Тогда общая схема сил сопротивления, действующих на инструмент со стороны обрабатываемой заготовки, будет выглядеть следующим образом (рис. 35). Сила сопротивления стружкообразованию R_П, действующая со стороны срезаемого слоя на переднюю поверхность инструмента, может быть представлена как равнодействующая силы упругой деформации Р_уп силы пластической деформации Р_пл (направленной нормалыш к передней поверхности) и силы трения Т. Сила сопротивления стружкообразованию R₃, действующая на заднюю поверхность инструмента, может быть представлена соответственно силами Р’_уп Р’_пл (направленными нормально к площадке износа инструмента по задней поверхности* или нормально к обработанной поверхности) и силой трения Т₁ действующей по задней поверхности. Силы трения:

T = μ (Р_пл + Р_уп); T₁ =μ₁ (Р’_пл + Р’_уп),

где μ и μ₁ — коэффициенты трения соответственно по передней и задней поверхностям.

Суммарная равнодействующая R всех сил, действующих на резец, определяется как равнодействующая сил R_п и R_з (см. рис. 35).

Сумма проекций сил сопротивления Р_пл, Р’_пл, Р_уп, Р’_уп, Т и Т₁ на горизонтальную плоскость преодолевается приложенной к резцу силой резания Р_z; сумма проекций этих сил на вертикальную плоскость дает некоторую силу, стремящуюся сдвинуть резец от заготовки в вертикальной плоскости (во избежание чего резец закрепляется в резцедержателе), и в процессе резания возникает, как реакция, сила Р_у.

Представляя процесс резания как процесс упругопластического сжатия и принимая во внимание силы трения, действующие на поверхностях режущего инструмента, общую работу, затрачиваемую на резание, можно выразить:

A = A_y + A_пл + A_тр.п.п + A_тр.з.п

где A_y — работа, затрачиваемая на упругие деформации; A_пл —работа, затрачиваемая на пластические деформации; A_тр.п.п — работа, затрачиваемая на преодоление трения по передней поверхности; A_тр.з.п — работа, затрачиваемая на преодоление трения по задней поверхности.

* Небольшая площадка износа по задней поверхности (с углом α = 0) образуется почти сразу при начале резания острым инструментом и увеличивается по мере дальнейшей работы до величины h₃.

При обработке заготовок из пластичных металлов работа А_у незначительна, а потому наибольшими составляющими работы в этом случае будут A_пл, A_тр.п.п и A_тр.з.п.

При обработке заготовок из малопластичных металлов (например, чугунов) работа A_пл будет мала, и основными составляющими работы будут A_y, A_тр.п.п и A_тр.з.п, причем вследствие относительно малого скольжения стружки надлома по передней поверхности инструмента работа A_тр.п.п будет значительно меньше, чем работа A_тр.з.п.

Если было бы можно точно подсчитать все силы, действующие на резец, со стороны срезаемого слоя и обработанной поверхности, то, проектируя их на горизонтальную и вертикальную ось легко определить силу Р_z (минимальную силу, которая должна быть приложена к резцу в направлении скорости резания) и силу P_у.

Однако в связи с трудностью подсчета и измерения этих сил приведенная схема, отображающая действие сил сопротивления материала резанию и объясняющая ряд явлений, сопутствующих процессу резания металлов, для практических расчетов пока не применяется.