Теория резания лезвием (виды резания, влияющие факторы, углы, направление сил)

Процесс резания лезвием стебельчатых кормов представляет собой частный, но весьма распространенный в с.-х. производстве случай измельчения. Он подчиняется всем общим закономерностям процесса измельчения, но имеет ряд специфических особенностей. Поэтому он рассматривается отдельно.

Теорию резания лезвием разработал основатель земледельческой механики академик В.И. Горячкин. В дальнейшим она была развита в трудах академика В.А. Желеговского, профессора Н.Е Резника и в трудах др. ученых.

а) б) в)

Рисунок 1 – Виды резания: а – лезвием; б – пуансоном; в - резцом

Резание лезвием – частный, но весьма распространенный вид измельчения, при котором материал разрушается под действием силы непосредственно вершины двухгранного угла (лезвия). Резание лезвием происходит в большинстве режущих аппаратов с.-х. машин.

При резании пуансоном и резцом сама рабочая кромка (лезвия) непосредственного воздействия на материал не оказывает, а действует как клин, и его нагрузка на материал сосредоточена главным образом на передней грани. Процесс протекает со снятием стружки. Резание пуансоном реализовано в аппарате вторичного резания измельчителя кормов «Волгарь-5А», резание резцом – в дисковых корнерезках (ИКМ-5).

При этом процессу резания должно предшествовать уплотнение материала до определенной величины, которое выполняется питающими вальцами и завершается ножом (в пределах упругой деформации). Рабочий процесс перерезания ножом пучка или слоя стеблей как бы состоит из двух этапов: предварительного уплотнения и собственно резания материала. Они могут быть изображены графически.

Рисунок 2 - Диаграмма процесса резания слоя стеблей лезвием

Из диаграммы следует, что резание лезвием может начаться только после того, как материал будет уплотнен (ножом) до определенного предела. Это вполне соответствует общим законам теории прочности. Можно отметить, что на участках аb и cd происходят упругиедеформации, а на участке bc и de – пластические, которые заканчиваются разрушением материала.

Сила сжатия, действующая со стороны ножа и способная возбудить процесс резания, называется критической силой Р_{кр .}

Можно выделить три общих случая резания лезвием (рис. 3): рубка (а), наклонное резание (б) и скользящее резание (в).

С инженерной точки зрения они отличаются друг от друга величиной угла τ - угол, заключенный между направлением движения рассматриваемой точки лезвия и нормалью к лезвию, проходящей через эту точку.

Угол τ называется углом скольжения.

Рисунок 3 – Общие случаи резания:

а – рубка; б – наклонное резание; в – скользящее резание

1-й случай (нормальное резание или рубка). Резание материала производится только нормальной силой N без перемещения материала относительно лезвия (без бокового перемещения) τ = 0.

2-й случай (наклонное резание). Кроме нормальной силы N возникает и боковая сила Т, но она еще не может вызвать скользящего движения ножа, т.к. угол скольжения ниже угла трения, т.е. 0 < τ > φ.

3-й случай (скользящее резание). Угол τ > φ. Резание производится нормальной силой N с участием боковой силы Т. Материал перемещается относительно лезвия и в боковом направлении, чем обеспечивается снижения Р_кр – критической силы резания. Облегчение проникновения ножа в материал при скользящем резании объясняется перепиливающим действием микровыступов лезвия. Микровыступы лезвия ножа захватывают волокна материала, в результате чего между смещаемыми и соседними волокнами в материале возникают напряжения растяжения и сдвига, для которых предел прочности меньше, чем при деформации сжатия, вызываемой действием нормальной силы. Угол скольжения играет исключительно важную роль в процессе резания.

Для рабочего процесса режущего аппарата существенное значение имеют следующие факторы: скольжение ножа; защемление материала; удельная работа резания; физико-механические свойства материала; рабочая скорость ножа, геометрические параметры ножа, зазор в режущей паре.

Необходимым условием обеспечения нормального протекания процесса резания является защемление материала между лезвием и противорежущей пластиной.

Рассмотрим условия, при которых будет обеспечено надежное защемление материала.

На рисунке 4 изображен материал круглого сечения в растворе ножниц, например, подвижного ножа и неподвижной противорежущей пластины.

а)

б)

Рисунок 4 – Защемление материала (а) в растворе лезвий и выталкивание (б) материала из раствора лезвий

Таким образом, условие полного замещения запишется как

где φ_min – наименьший из углов φ₁ и φ₂. По экспериментальным данным в дисковых соломорезках χ = 40…50º, в барабанных – χ = 24…30º.