CC BY
83
УДК 621.91.01
Е. В. АРТАМОНОВ Д. С. ВАСИЛЕГА А. М. ТВЕРЯКОВ
Тюменский государственный нефтегазовый университет
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ МАКСИМАЛЬНОЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СМЕННЫХ РЕЖУЩИХ ПЛАСТИН ИЗ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
В работе приведены способ и устройства для определения температуры максимальной работоспособности сменных режущих пластин из инструментальных твердых сплавов.
Ключевые слова: работоспособность, инструментальный твердый сплав, твердосплавная режущая пластина, режимы резания.
В современном механообрабатывающем производстве все более широкое применение находит дорогостоящее автоматизированное станочное оборудование с микропроцессорным управлением. Эксплуатация такого оборудования характеризуется резким ростом стоимости станко-минуты, ужесточением условий работы режущего инструмента, на единицу выпускаемой продукции, составляющего по затратам до 5—10 % общих затрат на обработку резанием. Таким образом, заметно возрастает роль режущего инструмента, в значительной степени определяющего эффективность обработки резанием.
Наиболее важным показателем эксплуатации режущего инструмента является работоспособность. В работе [1] установлена определяющая роль механических характеристик инструментальных материалов на работоспособность режущих инструментов. Особенно это относится к инструменту, режущая часть которого выполнена из инструментального твердого сплава (ИТС). При изменении температуры свойства инструментальных твердых сплавов меняются. С увеличением температуры они переходят из хрупкого в хрупко-пластическое состояние, при этом склонность к развитию трещин снижается, а прочностные характеристики, соответственно, увеличиваются. Механические характеристики влияют на выбор режимов обработки, а также на характер разрушения режущей части инструмента.
Исходя из изложенного выше, минимальное значение средней длины трещины, определяемое механическими свойствами ИТС, может быть принято в качестве характеристики для определения диапазона температур максимальной работоспособности твердосплавных режущих пластин. Для определения средней длины трещины были разработаны: столик для подогрева образцов из ИТС (рис. 1) [2] и экспериментальный комплекс (рис. 2) [2].
Работа проводилась следующим образом. Столик для подогрева образцов из ИТС (рис. 1) устанавливается на устройство для определения температуры (рис. 2а). Устанавливается образец в корпус 1 (рис. 1), между токоподводящими пластинами 5, 6 на керамическую подложку 2 и закрепляется винтами 7, через пластину 3, керамический изолятор 4, то-
коподводящими пластинами 5, 6. Затем замыкается цепь ключом 11, и электрический ток от источника питания 14 проходит через лабораторный трансформатор 13, выпрямитель 12, ключ 11, амперметр 9, токопроводящие пластины 5, 6, на одну из которых нанесен полупроводниковый слой, состоящий из дисульфида молибдена с жидким стеклом, образец 8. При прохождении электрического тока основное количество теплоты выделяется в контакте образца 8 с полупроводниковым слоем, за счет эффекта Пельтье, а также в самом образце в соответствии с
Рис. 1. Столик для подогрева образцов из ИТС [2]:
1 — корпус, 2 — керамическая подложка,
3 — пластина, 4 — керамический изолятор,
5, 6 — токоподводящие пластины, 7 — зажимные винты, 8 — образец из ИТС, 9 —амперметр, 10 — вольтметр,
11 — ключ, 12 — выпрямитель, 13 — трансформатор, 14 — источник питания
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (123) 2013 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (123) 2013
а)
б)
в)
Рис. 2. Экспериментальный комплекс для исследования средней длины трещины [2]: а) устройство для определения температуры; б) устройство для нагружения образца; в) микроскоп для определения длины трещины
Рис. 3. Отпечаток алмазной пирамидки и трещина
Рис. 4. Зависимость средних длин трещин ^р(мкм) твердого сплава ВК8 от температуры испытаний 0(°С)
Рис. 5. Зависимость температуры от скорости резания при точении (ХН77ТЮР, ВК8, t=2мм, s=0,3мм/об.)
законом Джоуля-Ленца. Температура контролируется при помощи пирометра (рис. 2а), после установки нужной температуры образца столик с образцом переносится на устройство для нагружения образца (твердомер) (рис. 2б), где производится индентиро-вание алмазной пирамидкой, после чего столик с образцом переносится под микроскоп (рис. 2в), где измеряются длины трещин (рис. 3). Температура образца поддерживается постоянной до окончания измерения трещин. Затем пластину нагревают до более высокой температуры и вновь определяют длины трещин в другом месте образца. Выполнив необходимое количество измерений, устройство выключаем.
По результатам кратковременных испытаний нескольких стандартных твердосплавных пластин определяется средняя длина трещин (1ср) при различных температурах ©(°С) по следующей формуле:
^ Д +12 +13 + 74
ср 4
(1)
где 11 234 — длины трещин по диагоналям отпечатка.
Для наглядности строится график 7ср = /(©) температурной зависимости структурночувствительной характеристики материалов пластин по результатам кратковременных испытаний в диапазоне от 400 до 1000°С. В частном случае можно полученные результаты свести в таблицу. Анализируя данные графика или таблицы, выявляют характерный участок, в котором значения средних длин трещин твердосплавных режущих пластин минимальны. Из установленного интервала температур принимают температуру максимальной работоспособности данного твердого сплава © (°С).
мр' '
На рис. 4 представлена экспериментально полученная зависимость средних длин трещин 1ср(мкм) твердого сплава ВК8 от температуры испытаний ©(°С). Измерения 1ср(мкм) выполнены при температурах от 400 до 1000°С. Погрешность измерений средних длин трещин в эксперименте не превышала 0,9 % при доверительной вероятности 0,95. Минимальные значения 1ср(мкм) наблюдаются в интервале температур 550-750°С (©мр), что характеризует высокую сопротивляемость разрушению и, соответственно, максимальную работоспособность режущего элемента из инструментального твердого сплава [1].
По установленной температуре максимальной работоспособности режущих элементов из инструментального твердого сплава ВК8 определяется оптимальная скорость резания по зависимости температуры от скорости резания при обработке детали из сплава ХН77ТЮР V = 42 м/мин (рис. 5). Эти данные хорошо коррелируют с исследованиями А. Д. Макарова для этого материала [3].
Изложенный способ определения температуры максимальной работоспособности твердосплавных режущих пластин защищен патентом на изобретение № 2468894 [4].
Таким образом, установлено экспериментально, что каждый инструментальный твердый сплав имеет свою температуру максимальной работоспособности, которая определяется по минимальному значению средних длин трещин, получаемых при индентировании образца алмазной пирамидки.
Библиографический список
1. Артамонов, Е. В. Прочность и работоспособность сменных твердосплавных пластин сборных режущих инструмен-
тов : моногр. / Е. В. Артамонов. — Тюмень : ТюмГНГУ, 2003. - 192 с.
2. Артамонов, Е. В. Определение температуры максимальной работоспособности инструментальных твердых сплавов / Е. В. Артамонов, Д. С. Василега // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. — 2008. — № 4 (73). —
С. 53 — 56.
3. Макаров, А. Д. Оптимизация процессов резания / А. Д. Макаров. — 2-е изд. — М. : Машиностроение, 1976. — 278 с.
4. Пат. 2468894 Российская Федерация, МПК В 23 В 1/00. Способ определения температуры максимальной работоспособности твердосплавных режущих пластин / Артамонов Е. В., Кусков В. Н., Василега Д. С., Тверяков А. М. ; заявитель и патентообладатель Тюменский гос. нефтегазовый ун-т. — № 2011137730/02 ; заявл. 13.09.11 ; опубл. 10.12.12, Бюл. № 34. — 3 с.
АРТАМОНОВ Евгений Владимирович, доктор технических наук, профессор (Россия), заведующий кафедрой «Станки и инструменты».
Адрес для переписки: EvgArt2014@mail.ru ВАСИЛЕГА Дмитрий Сергеевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Станки и инструменты».
Адрес для переписки: d_vasilega@mail.ru ТВЕРЯКОВ Андрей Михайлович, аспирант, ассистент кафедры «Станки и инструменты».
Адрес для переписки: tveryakov@mail.ru
Статья поступила в редакцию 03.06.2013 г.
© Е. В. Артамонов, Д. С. Василега, А. М, Тверяков
УДК 658.562:621.865.8 А. Л. АХТУЛОВ
А. В. ЛЕОНОВА Л. Н. АХТУЛОВА
Омский государственный университет путей сообщения, г. Омск
Тобольский индустриальный институт
МЕТОДИКА ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ПРОЦЕССОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ
Рассматриваются методы оценки качества процессов проектирования сложных технических устройств при учете основных показателей качества для обоснованного выбора наиболее приемлемого варианта из числа конкурирующих. Описаны способы оценки влияния отдельных этапов проектирования технического изделия и предлагаются методы определения точности сложных технических изделий, входящих в выбранный показатель.
Ключевые слова: сложное техническое устройство, объект и процесс проектирования, проектно-конструкторская документация, оценки качества.
Современное общество часто называют информационным, характеризуется, как отмечается в работах [1 — 6], целым рядом новых, ранее не проявлявшихся в полной мере признаков. К их числу можно отнести такие как исключительно высокий динамизм, определяющее влияние информации, что приводит к появлению принципиально новых потребностей, прогрессирующему развитию уровня сложных и комплексных взаимоотношений при создании новых образцов продукции.
Кроме того, в настоящее время работа любой организации состоит из постоянного решения различных производственных задач по разработке и созданию сложной научно-технической продукции.
Поэтому достаточно часто высказывается мнение, что современный кризис — это кризис менеджмента, который диктует необходимость формирования системного представления о роли и месте управления в создании и формировании возможностей выхода из него.
Современная продукция, характеризуется не только сложностью, но и заметным воздействием на общество и окружающую среду, тяжестью последствий аварий из-за ошибок разработки и эксплуатации, высокими требованиями к качеству и сокращению сроков выпуска новой продукции. Это привело к возникновению кризисной цепочки-«воронки» [1]: ... ^ снижение показателей эффективности управления ^ ухудшение качества результатов деятельности ^ снижение конкурентоспособности организации ^ уменьшение финансовых ресурсов ^ снижение восприимчивости к инновациям ^ еще большее снижение показателей эффективности управления ^ ...
Выход из создавшейся ситуации, как представляется, лежит в использовании системного подхода, исходными предпосылками которого являются: во-первых, основная компетенция менеджмента — эффективная ориентация и поведение в сложных проблемных ситуациях; во-вторых, проблемы являются
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (123) 2013 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
