Vestnik of Don State Technical UniversityVestnik of Don State Technical UniversityВестник Донского государственного технического университета1992-598099310.12737/2027Технические наукиTechnical sciencesТехнические наукиRevisited stress evaluation in contact zone under cuttingК вопросу оценки напряжений в контактной зоне при резанииВисторопскаяФлора АлександровнаVistoropskayaFlora Александровнаflora.vistoropskaya@yandex.ruРыжкинАнатолий АндреевичRyzhkinAnatoliy АндреевичЖурекЯн ZurekJan office_dmef@put.poznan.pl1812201318122013137117131https://naukaru.ru/en/nauka/article/993/view
При оценке теплового состояния зоны резания необходимо найти мощность тепловых потоков на контактных площадках инструмента, которые определяются величиной напряжений. В статье представлен обзор отечественных и зарубежных исследований по оценке напряжений при резании с учётом механических характеристик обрабатываемых материалов, а также температуры, степени и скорости деформаций. Специалисты, изучавшие обработку давлением, получили экспериментальные зависимости, которые могут быть использованы и для обработки металлов резанием — когда степень и скорость деформации можно рассчитать по формулам теории резания. Найти напряжения в плоскости сдвига можно и косвенным путём. Для этого следует применить уравнение энергетического баланса процесса резания, используя экспериментальные данные о составляющих сил резания и соответствующих скоростях. Для проведения тепловых расчётов рекомендуются аналитические зависимости для вычисления напряжений сдвига. Их находят из полученных на базе уравнения баланса энергии при резании. Кроме того, следует использовать зависимости, содержащие величину относительного сдвига для расчёта напряжений.
When evaluating a thermal state of the cutting zone, there is a need to define the thermal flow capacity on the tool contact areas which are determined by the tension magnitude. A review of the native and foreign research on the tension evaluation under cutting with account for the mechanical behaviour of the process materials, as well as the temperature, strain degree and rate is offered. Specialists in noncutting shaping have obtained experimental dependences that could be also used in machining — when the strain degree and rate can be calculated by the cutting theory formulae. The tension in the shear area can be determined indirectly — using the energy balance equation for the cutting process based on the experimental data on the cutting force components and corresponding speeds. As for the heat calculations, at first, analytic dependences defined on the base of the energy balance equation under cutting are recommended for the shear stress evaluation. Secondly, the dependences including relative shift value for the stress analysis should be used.
Введение. Тепловое состояние твердосплавного режущего инструмента на форсированных режимах резания в конечном итоге определяет работоспособность инструмента, а также качество изделий и производительность процесса обработки. (В данном случае речь идёт об обработке материалов, относящихся к группе труднообрабатываемых: жаропрочные стали и сплавы, титановые сплавы, композиционные материалы и др.) Известные схемы расчёта температур в зоне резания [1—9] базируются на учёте тепловых потоков и температур, возникающих в зоне деформации и на контактных площадках инструмента. Для соответствующих вычислений необходимо знать касательные напряжения на передней (тш) задней (тзп) поверхностях инструмента и напряжение (т ) плоскости сдвига.
Резников, А. Н. Теплофизика резания / А. Н. Резников. - Москва : Машиностроение, 1969. - 288 с.Reznikov, А. N. Teplofizika rezaniya. [Cutting thermophysics.] Moscow : Mashinostroyeniye, 1969. - 288 s. (in Russian).Обработка материалов лезвийным инструментом / под ред. С. А. Клименко. - Киев : ИСМ им. В. Н. Бакуля НАНУ ; ИПЦ «АЛКОН» НАНУ, 2006. -Т. 5. - 316 с.Klimenko, S. A., ed. Obrabotka materialov lezviynym instrumentom. [Edge tool processing of materials.] Kiyev : ISM im. V. N. Bakulya NANU ; IPCz"ALKON" NANU, 2006, vol. 5, 316 p. (in Russian).Кушнер, В. С. Термомеханическая теория процесса непрерывного резания пластичных материалов / В. С. Кушнер. - Иркутск : Издательство Иркутского университета, 1982. - 180 с.Kushner, V. S. Termomekhanicheskaya teoriya protsessa nepreryvnogo rezaniya plastichnykh materialov. [Thermomechanical theory of plastic materials continuous cut process.] Irkutsk : Izdatelstvo Irkutskogo universiteta, 1982,180 p. (in Russian).Тепловые явления и обрабатываемость резанием авиационных материалов / А. И. Белоусов [и др.]. - Москва : Машиностроение, 1968. - 179 с.Belousov, A. I., et al. Teplovyye yavleniya i obrabatyvayemost rezaniyem aviatsionnykh materialov. [Thermal effects and aircraft materials cutability.] Moscow : Mashinostroyeniye, 1968, 179 p. (in Russian).Влияние температуры при обработке труднообрабатываемых сталей режущей керамикой / В. Н. Пучкин [и др.] // Станки и инструмент. - 2010. - № 5. - С. 24-27.Puchkin, V. N., et al. Vliyaniye temperatury pri obrabotke trudnoobrabatyvayemykh staley rezhushchey keramikoy. [Temperature effect under hard-to-cut steel ceramics machining.] Stanki i instrument, 2010, no. 5, pp. 24-27 (in Russian).Лоладзе, Т. Н. Износ режущего инструмента / Т. Н. Лоладзе. - Москва : Машиностроение, 1958. - 356 с.Loladze, T N. Iznos rezhushchego instrumenta. [Cutting tool wear.] Moscow : Mashinostroyeniye, 1958, 356 p. (in Russian).Склин, С. С. Метод подобия при резании материалов / С. С. Склин. - Москва : Машиностроение, 1979. - 152 с.Sklin, S. S. Metod podobiya pri rezanii materialov. [Similarity method under cutting.] Moscow : Mashinostroyeniye, 1979,152 p. (in Russian).Васин, С. А. Резание материалов / С. А. Васин [и др.]. - Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2001. - 447 с.Vasin, S. A., et al. Rezaniye materialov. [Material cutting.] Moscow : Izdatelstvo MGTU im. N. E. Baumana, 2001, 447 p. (in Russian).Рыжкин, А. А. Расчёт температуры задней поверхности режущего инструмента / А. А. Рыжкин [и др.] // Проблемы синергетики в трибологии, трибоэлектрохимии, материаловедении и мехатронике : материалы XI междунар. науч.-практ. конф. - Новочеркасск, 2012. - С. 3-22.Ryzhkin, A. A., et al. Raschet temperatury zadney poverkhnosti rezhushchego instrumenta. [Temperature calculation of cutter end flank.] Problemy sinergetiki v tribologii, triboelektrokhimii, mate-rialovedenii i mekhatronike : materialy XI mezhdunar. nauch.-prakt. konf. [Synergetics problems in tri-bology, triboelectrochemistry, hylology, and mechatronics : Proc.XI Int. Sci.-Pract. Conf.] Novocherkassk, 2012, pp. 3-22 (in Russian).Дель, Г. Д. Определение напряжений в пластической области по определению твёрдости / Г. Д. Дель. - Москва : Машиностроение, 1971. - 199 с.Del, G. D. Opredeleniye napryazheniy v plasticheskoy oblasti po opredeleniyu tverdosti. [Stress calculation in plastic domain under hardness testing.] Moscow : Mashinostroyeniye, 1971, 199 p. (in Russian).Полетика, М. Ф. Контактные нагрузки на режущих поверхностях инструмента / М. Ф. Полетика. - Москва : Машиностроение, 1969. - 150 с.Poletika, M. F. Kontaktnyye nagruzki na rezhushchikh poverkhnostyakh instrumenta. [Bearing pressures on tool surfaces.] Moscow : Mashinostroyeniye, 1969,150 p. (in Russian).Зорев, Н. Н. Вопросы механики процесса резания металлов / Н. Н. Зорев. - Москва : Машгиз, 1956. - 368 с.Zorev, N. N. Voprosy mekhaniki protsessa rezaniya metallov. [Issues of metalcutting mechanics.] Moscow : Mashgiz, 1956, 368 p. (in Russian).Розенберг, А. М. Элементы теории процесса резания металлов / А. М. Розенберг, А. Н. Ерёмин. - Свердловск : Машгиз, 1956. - 319 с.Rozenberg, A. M., Eremin, A. N. Elementy teorii protsessa rezaniya metallov. [Metalcutting process theory elements.] Sverdlovsk : Mashgiz, 1956, 319 p. (in Russian).Вульф, А. М. Резание металлов / А. М. Вульф. - Ленинград : Машиностроение, 1973. - 496 с.Wolf, A. M. Rezaniye metallov. [Metalcutting.] Leningrad : Mashinostroyeniye, 1973, 496 p. (in Russian).Кушнер, В. С. Развитие теории процесса резания жаропрочных сплавов на основе термомеханического подхода / В. С. Кушнер [и др.] // Технология машиностроения. - 2005. - № П. -С. 14-16.Kushner, V. S., et al. Razvitiye teorii protsessa rezaniya zharoprochnykh splavov na osnove termomekhanicheskogo podkhoda. [Theory development of metalcutting process of hot-strength alloys based on thermomechanical approach.] Tekhnologiya mashinostroyeniya, 2005, no. 11, pp. 14-16 (in Russian).Клушин, М. И. Резание металлов / М. И. Клушин. - Москва : Машгиз, 1958. - 454 с.Klushin, M. I. Rezaniye metallov. [Metalcutting.] Moscow : Mashgiz, 1958, 454 p. (in Russian).Разработка новой теории резания / А. Л. Воронцов [и др.] // Вестник машиностроения. - 2008. - № 1. - С. 57-67.Vorontsov, A. L, et al. Razrabotka novoy teorii rezaniya. [A new metalcutting theory development.] Vestnik mashinostroyeniya, 2008, no. 1, pp. 57-67(in Russian).Сторожев, М. В. Теория обработки металлов давлением / М. В. Сторожев, Е. А. Попов. - Москва : Машиностроение, 1977. - 423 с.Storozhev, M. V., Popov, E. A. Teoriya obrabotki metallov davleniyem. [Metal forming theory.] Moscow : Mashinostroyeniye, 1977, 423 p. (in Russian).Кроха, В. А. Упрочнение металлов при холодной пластической деформации / В. А. Кроха. - Москва : Машиностроение, 1980. - 157 с.Krokha, V. A. Uprochneniye metallov pri kholodnoy plasticheskoy deformatsii. [Metal hardening under cold flow.] Moscow : Mashinostroyeniye, 1980,157 p. (in Russian).Джонсон, У. Теория пластичности для инженеров / У. Джонсон, П. Меллар. - Москва : Машиностроение, 1979. - 567 с.Johnson, W., Mellor, P. Teoriya plastichnosti dlya inzhenerov. [Engineering plasticity.] Moscow : Mashinostroyeniye, 1979, 567 p. (in Russian).Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов / П. И. Полухин [и др.]. - Москва : Металлургия, 1983. - 351 с.Polukhin, P. I., et al. Soprotivleniye plasticheskoy deformatsii metallov i splavov. [Metal and alloy plastic resistance.]. Moscow : Metallurgiya, 1983, 351 p. (in Russian).Сопротивление деформации в процессах обработки давлением при высоких температурах / М. Я. Бровман // Технология лёгких сплавов. - 1979. - № 8. - С. 26-30.Brovman, M. Y. Soprotivleniye deformatsii v protsessakh obrabotki davleniyem pri vysokikh temperaturakh. [Deformation stress under plastic working at high temperatures.] Tekhnologiya legkikh splavov, 1979, no. 8, pp. 26-30 (in Russian).Механические свойства сталей и сплавов при пластической деформации / А. В. Третьяков [и др.]. - Москва : Машиностроение, 1971. - 63 с.Tretyakov, A.V., et al. Mexanicheskie svojstva stalej i splavov pri plasticheskoj deformacii. [Mechanical properties of steel and alloys under plastic deformation.] Moscow : Mashinostroyeniye, 1971, 63 p. (in Russian).Разработка новой теории резания / А. Л. Воронцов [и др.] // Вестник машиностроения. - 2008. - № 2. - С. 56-64.Voronzov, A. L, et al. Razrabotka novoy teorii rezaniya. [A new cutting theory development.] Vestnik mashinostroyeniya, 2008, no. 2, pp. 56-64 (in Russian).Режимы резания труднообрабатываемых материалов / Я. Л. Гуревич [и др.]. - Москва : Машиностроение, 1976. - 176 с.Gurevich, Y. L, et al. Rezhimy rezaniya trudnoobrabatyvayemykh materialov. [Cutting conditions for hard-to-machine materials.] Moscow : Mashinostroyeniye, 1976,176 p. (in Russian).Справочник технолога-машиностроителя : в 2 т. / под ред. А. М. Дальского [и др.]. - 5-е изд., испр. - Москва : Машиностроение, 2003. - Т. 2. - 944 с.Dalskiy, A. M., ed., et al. Spravochnik tekhnologa-mashinostroitelya : v 2 t. [Handbook for a mechanic engineer : in 2 vol.] 5th revised and enlarged ed. Moscow : Mashinostroyeniye, 2003, vol. 2, 944 p. (in Russian).