Расчет параметров стружкообразования и сил резания пластичных материалов

Основой теоретического анализа различных видов механической обработки резанием, помимо кинематики и геометрических параметров инструмента, являются параметры стружкообразования и силы резания.

Целью проведенных исследований является разработка расчетной методики параметров стружкообразования и сил резания при обработке таких пластичных материалов как конструкционные углеродистые и легированные стали, и алюминиевые сплавы. Предметом исследований является непосредственно процесс резания, алгоритмы и методы расчетов в рассматриваемой предметной области. Использован теоретический (расчетный) метод анализа параметров процесса. Результаты расчетов на качественном и количественном уровне сравнивались с опубликованными экспериментальными данными.

Применительно к вопросам стружкообразования и силам резания проанализирована модель с единственной плоскостью сдвига, которая представляет возможность для количественной оценки параметров и показателей процесса. Эта модель обоснованно использована в современных литературных источниках по резанию металлов отечественных и зарубежных авторов. Новизна предложенного методического подхода заключается в том, что расчет параметров и сил резания не требует проведения экспериментальных исследований, и основан на использовании известных механических характеристик обрабатываемого и инструментального материалов. Результатами расчетов являются параметры: угол сдвига, коэффициент укорочения стружки, относительный сдвиг, коэффициент трения на передней поверхности, силы резания и др. Расчет этих параметров позволит перейти к теплофизическим задачам, анализу износа и стойкости инструмента, точности, качеству и производительности обработки.

Последовательность расчетов организована в разработанной пользовательской программе на алгоритмическом языке программирования с результатами, представленными в графическом или табличном виде. Расчетная методика является структурной составляющей теории резания и предназначена для использования при проведении научных исследований и инженерных расчетов в этой предметной области.

1. Розенберг Ю.А. Резание материалов: учебник. Курган: Изд-во Курганского гос. ун-та, 2007. 294 с.

2. Верещака А.С., Кушнер В.С. Резание материалов: учебник. М.: Высш. школа, 2009. 534 с.

3. Klocke F. Manufacturing processes. 1: Cutting. B.; Heidelberg: Springer, 2011. 504 p. DOI: 10.1007/978-3-642-11979-8

4. Trent E.M., Wright P.K. Metal cutting. 4th ed. Boston: Butterworth–Heinemann, 2000. 446 p.

5. Stahl J.-E., Andersson M., Bushlya V., Jinming Zhou, Andersson C., Hogrelius B., Gunnarsson S., Schultheiss F. Metal cutting: Theories and models. Lund: Lund Univ. Press, 2012. 580 p.

6. Старков В.К. Физика и оптимизация резания материалов. М.: Машиностроение, 2009. 640 с.

7. Грубый С.В. Моделирование процесса резания твердосплавными и алмазными резцами. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. 107 с.

8. Petrushin S.I., Proskokov A.V. Theory of constrained cutting: Chip formation with a developed plastic-deformation zone // Russian Engineering Research. 2010. Vol. 30. No. 1. Pp. 45–50. DOI: 10.3103/S1068798X10010119

9. Ярославцев В.М. Механика процесса резания пластически деформированных металлов с неоднородными свойствами по толщине срезаемого слоя // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана: электрон. журн. 2011. № 8. DOI: 10.7463/0811.0195350

10. Грубый С.В. Оптимизация процесса механической обработки и управление режимными параметрами. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. 149 с.

11. Грубый С.В. Расчетные параметры стружкообразования при несвободном косоугольном резании пластичных материалов // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2017. № 1. С. 4-15. DOI: 10.18698/0536-1044-2017-1-4-15