IMG79

w

l,2.8.3. Siły działające na powierzchni przyłożenia

Na podstawie teoretycznych rozważań, dotyczących wciskania wąskiego i długiego j stempla o zaokrąglonych narożach, Zoriew doszedł do wniosku, że normalna siła F_as działająca na powierzchni przyłożenia ostrza przy swobodnym skrawaniu bez narostu zależna jest od modułów sprężystości i współczynników Poissona materiału skrawanego i materiału ostrza, granicy plastyczności na ścinanie materiału skrawanego, szerokości warstwy j skrawanej, szerokości zużycia, współczynnika tarcia, krzywizny na krańcach powierzchni starcia. Ponieważ stałe charakteryzujące sprężystość materiałów zmieniają się w niewielkich j granicach, przeto można przyjąć, że w rozpatrywanym przypadku siła normalna F_oN zależy głównie od pięciu ostatnich czynników, co potwierdzają badania laboratoryjne. Siła Fon jest J tym większa, im granica plastyczności posiada większą wartość, a więc praktycznie biorąc, im wytrzymałość lub twardość większa oraz im większe jest umocnienie materiału w okolicy krawędzi skrawającej na skutek odkształcenia plastycznego w strefie tworzenia wióra. Wzrost szerokości warstwy skrawanej i szerokości starcia powoduje zwiększenie się powierzchni styku (jeżeli nie przeciwdziała temu narost), co w konsekwencji powoduje wzrost siły Fon-Podobnie siła rośnie, gdy zwiększa się promień zaokrąglenia krawędzi skrawającej oraz < gdy średnia wartość współczynnika p, maleje.

Wartość siły stycznej F_a związana jest z siłą Fon zależnością:

Fa-FcN-Ua    (1.7|);|

We wzorze tym pa jest średnią wartością współczynnika tarcia i, jak wskazują doświadczenia, j może się ona zmieniać w dość szerokich granicach.

1.2.8.4. Sposoby pomiaru sil działających na powierzchni przyłożenia

Siły działające na powierzchni przyłożenia ostrza można mierzyć bezpośrednio podczas swobodnego skrawania jedynie za pomocą specjalnego urządzenia pomiarowego, ] wyposażonego w nóż składający się z dwóch części (rys. 1.48).

Rys. 1.48. Zasada budowy noża specjalnego

Górna część noża spełnia funkcję powierzchni natarcia, zaś jego dolna część — powierzchni przyłożenia. Składany nóż umieszczony jest w specjalnym siłomierzu, umożliwiającym pomiar sumarycznych sił F_e i F_f, działających na ostrze oraz równocześnie na pomiar sił cząstkowych Fcr i Fą, działających na powierzchni natarcia. Siły działające na powierzchni przyłożenia można wtedy obliczyć z zależności:

Fea^Fc-Fer    (1.72)

Fra-Ff-Ff,    (1.73)

Mimo pozornych zalet omówionej metody jest ona rzadko stosowana ze względu na duże trudności związane z wykonaniem urządzenia pomiarowego. Opracowano kilka prostszych metod wymagających użycia zwykłego noża i prostego siłomierza nadającego się do pomiaru dwóch lub trzech składowych siły skrawania. Wśród wspomnianych metod można wyróżnić:

1)    metodę dobierania kątów natarcia,

2)    metodę skośnego swobodnego skrawania,

3)    metodę ekstrapolacji zależności siłowych do warstwy skrawanej o grubości równej zero.

Metoda dobierania kątów natarcia polega na takim dobraniu wartości tego kąta, przy

której siła cząstkowa Ffy działająca na powierzchni natarcia posiada wartość równą zero, czyli siła cząstkowa Ff_a równa się całkowitej, zmierzonej siłomierzcm sile Ff. Sprawdzianem właściwego dobom kąta Yo jest niezmienność siły Ff przy różnych wartościach grubości warstwy skrawanej. W celu wyliczenia cząstkowej siły Fca konieczne jest przyjęcie z góry średniej wartości współczynnika p_P, co znacznie obniża wartość tej metody.

Metoda skośnego swobodnego skrawania polega na pomiarze trzech składowych siły skrawania F_c, Ff i F_p, występujących np. przy swobodnym toczeniu czoła rury nożem, którego krawędź skrawająca leży w płaszczyźnie prostopadłej do osi rury i nie jest prostopadła do wektora prędkości skrawania (X,<0). Znając kierunek spływu wióra w płaszczyźnie natarcia ostrza oraz wartości składowych F_c, Ff i F_p zmierzone przy różnych szerokościach starcia ostrza, można wyliczyć wartość sił Fa i F<*n» odpowiadające poszczególnym wartościom zużycia ostrza.

Stosunkowo najprostsza zarazem nie wymagająca dodatkowych założeń jest metoda ekstrapolacji zależności siłowych dla warstwy skrawanej o grubości równej zero. Opiera się ona na hipotezie, że w warunkach skrawania bez narostu siły F₀ i Fon. działające na powierzchni przyłożenia ostrza, są niezależne od grubości warstwy skrawanej. Słuszność takiego założenia potwierdzają badania modelowe, których wyniki przedstawiono na rys. 1.47. Na rys. 1.49 przedstawiono w uproszczeniu układ sił działających na ostrze o