CC BY
47
2. Бобров, В. Ф. Основы теории резания металлов. — М. : Машиностроение. 1975. — 344 с.
3. Справочник по технологии резании материалов: В 2-х кн./ Ред. нем и:1л: Г. Шнур,Т. Штеферле; пер. с нем. под ред. Ю. М. Со-ломенцева / - М : Машиностроение. 1985. - Кн. I: - 616с., ил.
4 Нщерицмн П. И. Основы резания материалов и режущий инструмент / П. И. Ящерицы«, М. Л. Еременко, 11 И. Жигалко. -Минск : Вышэйш. школа, 1975. — 527с., ил.
5. Развитие науки о резании металлов. Коллективавторов -М Машиностроение, 1967. - 416с.
6. Грановский, Г. И , Грановский, В. Г. Резание металлов : учеП для машиностр. и приборостр. спец. вузов. - М.: Высш. шк - 1985. - 304с., ил
7. Розенберг. А. М„ Еремин, А. 11. Элементы теории процесса резания. - Свердловск : МАШГИЗ, 1956. - 320 с.
8. Локтев, А. Д. Общемлшнностроительные нормативы режимов резания : справочник. В 2т. / А. Д. Локтев, И. Ф. Гущин. В. А. Батуевндр. / - М.: Машиностроение, 1991. —640с.: ил. 10.
КУШНЕР Валерий Семенович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой материаловедения и технологии конструкционных материалов. БУРГОНОВА Оксана Юрьевна, старший преподаватель кафедры материаловедения и технологии конструкционных материалов.
Статья поступила п редакцию 25.12.08 г. ® В. С. Кушнер, О. Ю. Бургонова
УДК 621.91.02 Е. В. АРТАМОНОВ
Д. С. ВАСИЛЕГА
Тюменский государственный нефтегазовый университет
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ МАКСИМАЛЬНОЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ__
Показана взаимосвязь температуры максимальной вязкости разрушения (трещиностой-кости) инструментальных твердых сплавов с температурой максимальной работоспособности этих материалов. Разработана методика определения температуры максимальной работоспособности инструментальных твердых сплавов.
Ключевые слова: инструментальный твердый сплав, работоспособность, температура, вязкость разрушения, резание.
В настоящие время проведена большая работа отечественными и зарубежными учеными по исследованию и повышению работоспособности режущих инструментов из твердых сплавов, которые, как правило, основаны на трудоемких и продолжительных экспериментальных стойкостных испытаниях.
По нашему мнению, заслуживает внимания па-правление работы по определению работоспособности инструментов на основе исследования физико-механических характеристик инструментальных твердых сплавов.
В ходе работы с физико-механическими характеристиками твердых сплавов было обращено внимание на коэффициент интенсивности напряжений К,, характеризующий вязкость разрушения (трещинно-стойкость) этих материалов 111.
В результате анализа была выбрана методика Палмквиста предназначенная для определения К|(. хрупких материалов путем микроиндентирования -нанесения уколов алмазным индентором с получением трещин в вершинах отпечатка. Данный метод является неразрушающим, для пего характерна мень-
шая подверженность влиянию структурной неоднородности (длина трещины вокруг укола индентором существенно меньше длины трещины, приводящей к разрушении образца). Определение К„. методом микроиндентирования удобно и не требует подготовки специальных образцов с надрезами.
Точность данной методики вполне нас устроила Однако возникла проблема: требовалось определять коэффициент интенсивности напряжений в зависимости оттемпературы ИТС. Стандартные установки и методы подогрева образцов не подходили, так как оказались либо слишком громоздкими, либо не обеспечивали требуемый диапазон регулирования и поддержания постоянной температуры в ходе всего испытания.
Па основании физической модели, изложенной в работе |2), разработано устройство, предназначенное для подогрева образцов и поддержания температуры на протяжении испытания.
Для определения влияния температуры на коэффициент интенсивности напряжений были выбраны три представителя однокарбидных твердых сплавов
Рис. 1. Зависимость вязкости разрушения |К„; IcjllV) инструментального твердого сплава ВКбм от температуры
Рис. 2. Зависимость вязкости разрушения |KU; IqllV) инструментального твердого сплава ВК8 от температуры
Рис. 3. Зависимость вязкоегти разрушения (Klt; IgllV) рис. 4. Результаты исследования
инструментального твердого сплава BKI5 от температуры вязкости разрушения (К, ; KCV)
инструментальных твердых сплавов (ВКбм, ВК8, ВК15) от температуры
ВКбм, ВК8и ВК15. При проведении эксперимента был заложен интервал температур от 20 до 1200"С, разбитый на промежутки по 100°С. Вблизи максимума коэффициента интенсивности напряжений шаг температур уменьшен до 50"С. Для получения точки на графике выводился среднеарифметический результат трех измерений значения коэффициента интенсивности напряжений приданной температуре.
В процессе эксперимента были получены графические зависимости представленные на рис. 2,3,4.
В ходе анализа полученных зависимостей было выявлено, что по максимуму коэффициента интенсивности напряжений К|г можно определять температуру максимальной работоспособности твердого сплава. Это доказывается хорошей корреляцией полученных данных с температурами максимальной работоспособности твердых сплавов, полученных Артамоновым Е.В. и Костиным В.М. в результате проведенных экспериментальных исследований как по зависимости логарифма твердости от температуры (рис. 1 —3), так и по зависимости ударной вязкости от температуры (рис. 4).
Сложный характер зависимостей вязкости разрушения от температуры можно объяснить тем, что коэффициент интенсивности напряжений К,, является комплексной характеристикой, снижение его значений на первом участке диаграммы следствие плавного снижения твердости материала (вязкость при этом остается практически постоянной), дальнейший рост на втором участке диаграммы связан со значительным повышением вязкости, (при плавном уменьшении твердости), дальнейшее резкое снижение значений объясняется возрастающей интенсивностью падения твердости (при прак тически постоянной вязкости), а далее и с падением вязкости.
Разработана методика и способ определения температуры максимальной работоспособности инструментальных твердых сплавов, суть которых заключается в следующем. Образец пластины закрепляют па столике с токоподводами и устанавливают горизонтально на изолирующую прокладку на предметный столик ПМТ-3. Включают установку для автоматического поддержания температуры, доводят температуру пластины до требуемой при испытаниях, температуру фиксируют (с помощью например инфракрасного термометра «Термикс 600/1300 ЛЦМ») и определяют величину кри терия вязкости разрушения (трещиностойкости) образца по известной методике. Предварительно передвинув предметный столик ПМТ-3 на 2 - 3 мм, нагревают пластину до более высокой температуры и вновь определяют К|( в другом месте образца. Выполнив необходимое количество измерений, установку выключают.
По результатам кратковременных испытаний нескольких стандартных твердосплавных пластин определяют критерий вязкости разрушения (тре-щиностойкость) К„ при различных температурах. Для наглядности строят график К|с = Г(), хотя в частном случае можно полученные результаты свести в таблицу. Анализируя данные графика или таблицы, выявляют интервал температур, в котором значения критерия вязкости разрушения (трещиностойкости) твердосплавных режущих пластин максимальны (превышают соседние значения, например, на 3 %). Для этого рассчитывают величину К|(', соответствующую, например, 97% от максимального значения критерия вязкости разрушения (трещиностойкости). Принятая величина 97% соответствует трехпроцентной погрешности измерений, приемлемой дли технических расчетов. За тем на графике через ординату,
Рис. 5. Способ определении температуры максимальной работоспособности инструментальных твердых сплавов
соответствующую рассчитанной величине Кппроводят прямую параллельную оси абсцисс, до пересечения с линиями графика. Определяют абсциссы точек пересечения и принимаютих за границы искомого интервала температур. При использовании таблиц искомый интервал температур определяют по рассчитанной величине К,/ известным методом интерполяции табличных значений. Выявленный интервал температур принимают как температуру максимальной работоспособности данного твердого сплава 6ч|1, которую в дальнейшем используют для определения оптимальной скорости резания.
Предлагаемый способ иллюстрирует пример.
На рис. 5. представлены экспериментально полученные зависимости критерия нязкости разрушения (трещиностойкости) К|( твердых сплавов ВК15 (кривая I), ВК8 (кривая 2) и ВКбм (кривая 3) от температуры испы таний. Измерения К,, выполнены при температурах от 400 до 1000 "С. Погрешность измерений критерия вязкости разрушения (трещиностойкости) изменялась в экспериментах от 1,0 до 3,3%, при доверительной вероятности 0,90. Величины К,,' (рис. 5) составили 13,7 мПа-м01* для сплава ВК15 и 13,6мПа-м"' для сплава ВКбм. Таким образом, максимальные значения К1( наблюдаются в интервале температур 580 -690 'С в случае сплава ВК 15 и в интервале 740 - 920 "С в случае ВК6. Следовательно, температура максимальной работоспособности режущего твердосплавного инструмента принимается из интервала 580 - 690 "С в случае сплава ВК 15 и 740 - 920 ' С — в случае сплава ВК6. Причем величины бч|)установлены в условиях стабильной температуры каждой ступени определения структурночувствителыюй характеристики образцов (без перегрева и искажения струк турного состояния твердого сплава) и при меньшем размере отпечатка индентора, что позволило уменьшить число пластин при измерениях.
Таким образом, установлено, что каждый инструментальный твердый сплав имеет свою температуру максимальной вязкости разрушения (трещиностойкости), определяемую по зависимости коэффициента интенсивности напряжений К,, от температуры, на
основании которой разработана методика определения температуры максимальной работоспособности инструментального твердого сплава.
Полученные результаты используются при выборе инструментального твердого сплава и режимов резания, обеспечивающих условия максимальной работоспособности инструмента оснащенного пластинами из ИТС, а также в системах автоматизированного проектирования сборных инструментов со сменными многогранными пластинами.
Библиографический список
I Артамонов Е В Прочность и работоспособность сменных твердосплавных пластин сборных режущих инструментов — Тюмень ТюмГНГУ, 2003. - 192 с.
2. Артамонов Е'.В., Чуйков P.C., Шрайнер В.А. Повышение работоспособности сменных твердосплавных пластин сборных режущих инструментов ; под общей ред. М.Х. Утешева. — Тюмень Изд. «Вектор Бук», 2007. - 166с.
АРТАМОНОВ Евгений Владимирович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Станки и инструменты».
ВАСИАЕГА Дмитрий Сергеевич, соискатель, ассистент кафедры «Станки и инструменты».
Статья поступила в редакцию 13.11.08 г. © Е. В. Артамонов, А С- Васнлсга
УДК «1.91.01 Е. В. АРТАМОНОВ
Д. С. ВАСИЛЕГА
Тюменский государственный нефтегазовый университет
АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЗАВИСИМОСТЕЙ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ МАКСИМАЛЬНОЙ ОБРАБАТЫВАЕМОСТИ МАТЕРИАЛА
Обоснована возможность применения зависимостей физико-механических характеристик материалов от температуры для определения температуры максимальной обрабатываемости материала при обработке резанием.
Ключевые слова: обрабатываемость, физико-механические характеристики, температура, резание.
В процессе разработки методики выбора инструментального твердого сплава (ИТС) и режимов резания, обеспечивающих условия максимальной работоспособности инструмента 111, оснащенного пластинами из ИТС, возникла необходимость в определении условий максимальной обрабатываемое™ материала.
Для решения этой задачи был проведен анализ изменений механических и физических характеристик материалов в зависимости от температуры с целыо возможности их применения для определения температуры их максимальной обрабатываемости (рис. I).
В результате проведенной работы было установлено, что для каждого обрабатываемого материала механические характеристики относительное удлинение (6), относительное сужение (у), физические характеристики коэффициент температурного (ли-
нейного) расширения (а), коэффициент теплопроводности (X), имеют минимальные значения, а удельная теплоемкость материала (С), максимальное значение при одной и той же критической температуре. То есть для каждого обрабатываемой) материала имеется критическая температура, при которой физико-механические характеристики имеют экстремальные значения.
На основании результатов исследований по изменению физико-механических характеристик материалов от температуры мы сформулировали гипотезу о том, что при установленной критической температуре обрабатываемых материалов работа, необходимая для превращения обрабатываемого материала в стружку, должна иметь минимальное значение, что должно соответствовать оптимальным условиям при
