Расчет напряжений в зоне износа режущей части концевой радиусной фрезы

Предложена методика расчета напряженного состояния режущей кромки концевой радиусной фрезы при обработке поверхностей с учетом износа и угла наклона. В качестве исходных использованы экспериментальные данные о геометрических характеристиках зоны износа и силе резания. Зона износа задней поверхности инструмента определена по фотографиям, полученным с помощью цифрового микроскопа. Распределение нагрузки по поверхностям инструмента выполнено с помощью типового графика, построенного на основе результатов исследований при свободном резании. По результатам расчетов для зоны износа задней поверхности режущего зуба инструмента площадью 0,2 мм² и проекций силы резания F_x = 135 Н, F_y = –252 Н и F_z = –786 Н получено распределение напряжений в режущей кромке радиусной фрезы. Максимальные значения эквивалентного, нормального и касательного напряжений составили 2338, –2051 и –1195 МПа соответственно. Установлено, что напряжения уменьшаются с увеличением расстояния от режущей кромки на передней поверхности инструмента и ширины зоны износа задней поверхности, наибольшие значения расположены в зоне округления режущей кромки инструмента. Выявлено, что режущая кромка инструмента испытывает всестороннее сжатие. Для проверки прочности режущей части инструмента, находящейся в условиях всестороннего сжатия, использован критерий первой теории прочности. Выведены зависимости максимальных напряжений в режущей кромке инструмента от ширины зоны износа его задней поверхности и угла наклона.
EDN: GFYZYA, https://elibrary/gfyzya

Литература

[1] Schulz H., Hock St. High-speed milling of dies and moulds — cutting conditions and technology. CIRP Annals, 1995, no 44, pp. 35–38, doi: http://doi:10.1016/S0007-85060762270-7

[2] Вульф А.М. Резание металлов. Москва, Машиностроение, 1973. 496 с.

[3] Пономарев Б.Б., Нгуен В.Д. Моделирование напряженного состояния концевой радиусной фрезы при формообразовании сложной поверхности. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2023, № 7, с. 64–76, doi: https://doi.org/10.18698/0536-1044-2023-7-64-76

[4] Зорев Н.Н. Исследование элементов механики процесса резания металлов. Москва, Машгиз, 1952. 364 с.

[5] Полетика Ф.М. Контактные нагрузки на режущих поверхностях инструмента. Москва, Машиностроение, 1969. 148 с.

[6] Лоладзе Т.Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента. Москва, Машиностроение, 1982. 320 с.

[7] Bouzakisa K.D., Michailidisa N., Vidakisa N. et al. Optimization of the cutting edge radius of PVD coated inserts in milling considering film fatigue failure mechanisms. Surf. Coat. Technol., 2000, vol. 133–134, pp. 501–507, doi: https://doi.org/10.1016/S0257-8972(00)00971-3

[8] Wojciechowski S., Twardowski P. Tool life and process dynamics in high speed ball end milling of hardened steel. Procedia CIRP, 2012, vol. 1, pp. 289–294, doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.procir.2012.04.052

[9] Общемашиностроительные нормативы времени и режимов резания для нормирования работ, выполняемых на универсальных и многоцелевых станках с числовым программным управлением. Ч. 2. Москва, Экономика, 1990. 473 с.

[10] Пономарев Б.Б., Нгуен В.Д. Повышение работоспособности инструмента при формообразовании поверхностей концевыми радиусными фрезами. Металлообработка, 2024, № 2, с. 3–15.

[11] Бетанели А.И. Прочность и надежность режущего инструмента. Тбилиси, Сабчота Сакартвело, 1973. 304 с.

[12] Moxnes J., Teland J.A., Skriudalen S. Development of material models for semi-brittle materials like tungsten carbide. 8th Int. Conf. on Processing and Manufacturing of Advanced Materials, 2010, pp. 2–51.

[13] Федосьев В.И. Сопротивление материалов. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999. 590 с.

[14] Остафьев В.А. Расчет динамической прочности режущего инструмента. Москва, Машиностроение, 1979. 168 с.

[15] Козлов В.Н., Чжан Ц. Влияние вида нагружения на расчет внутренних напряжений в режущем клине. Известия ТулГУ. Технические науки, 2017, № 8–2, с. 88–94.

[16] Касьянов В.А. Эконометрика. Екатеринбург, УГТУ-УПИ, 2008. 200 с.

[17] Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. Москва, Высшая школа, 2002. 479 с.

[18] Table of critical values of F distribution. In: Engineering statistics handbook. National Institute of Standards and Technology, 2005, p. 5.