Напряжение в плоскости сдвига

Измерение сил сопротивления резанию и толщины стружки сделало возможным исследовать напряжения для простого ортогонального (прямоугольного) резания, рассмотренного ранее. В том случае, когда сливная стружка образуется без нароста и сдвиговые деформации локализуются в зоне, близкой к плоскости сдвига (линия OD на рис. 4.1), правомерно использовать упрощенное представление о том, что процесс образования стружки происходит за счет сдвига вдоль плоскости сдвига. Сила, действующая в плоскости сдвига, определяется по измеренным составляющим сил сопротивления резанию и углу сдвига:

Напряжение сдвига, необходимое для образования стружки,

где As — площадь плоскости сдвига.

Сила, необходимая для образования стружки, зависит от предела текучести на сдвиг материала заготовки при резании и от величины As. Было проведено большое число измерений предела текучести на сдвиг при резании с использованием данных измерений динамометрами и измерения толщины стружки. Было найдено, что предел прочности на сдвиг при резании металлов и сплавов меняется лишь незначительно в широком диапазоне скоростей резания и подач, и полученные значения ненамного отличаются от предела текучести для тех же материалов, измеренного в лабораторных испытаниях при соответствующей величине деформации. Значения ks, измеренные при резании для ряда металлов и сплавов, приведены в табл. 4.1.

При условии, что площадь плоскости сдвига остается постоянной, сила, затрачиваемая на процесс стружкообразования и зависящая от предела текучести на сдвиг, увеличивается за счет любого легирования или термической обработки, повышающих предел текучести. Однако, при резании площадь условной плоскости сдвига очень непостоянна, и именно эта площадь оказывает доминирующее влияние на силу резания, часто большее, чем предел прочности на сдвиг обрабатываемого материала.

При ортогональном (прямоугольном) резании площадь условной плоскости сдвига геометрически связана с толщиной срезаемого слоя t1 (подача), шириной стружки w (глубина резания) и углом сдвига Ф:

Силы возрастают прямо пропорционально увеличению подачи и глубины резания — двух наиболее важных параметров, регулируемых оператором металлорежущего станка. Однако на угол сдвига оператор непосредственно влиять не может, и экспериментально было найдено, что угол сдвига меняется в значительной степени при разных условиях резания: от максимального значения 45° до минимального 5° или даже меньше. Изменение толщины стружки t2, площади условной плоскости сдвига и силы сдвига Fs в зависимости от угла сдвига при прямоугольном резании низкоуглеродистой стали при подаче 0,5 мм/об и глубине резания 4 мм приведено в табл. 4.2.

Таким образом, при очень малой величине угла сдвига сила сдвига может более чем в 5 раз превышать минимальное значение, соответствующее углу Ф=45° при условии, что касательные напряжения в материале заготовки остаются неизменными. Поэтому для управления силами резания или даже их вычисления важно исследовать факторы, влияющие на угол сдвига. Многие работы по анализу процессов механической обработки посвящены методам расчета угла сдвига.