CC BY
52
МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ К<
удк 621.9.011 Е. В. АРТАМОНОВ
С. С. ЧУЙКОВ
Тюменский государственный нефтегазовый университет
ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СМЕННЫХ ТВЕРДОСПЛАВНЫХ ПЛАСТИН ПУТЕМ СНЯТИЯ ВНУТРЕННИХ НАПРЯЖЕНИЙ____________________________________________
Разработана методика повышения работоспособности сменных твердосплавных пластин сборных режущих инструментов путем снятия внутренних напряжений в инструментальных твердых сплавах на основе их предварительного нагрева до начала процесса резания и новое техническое решение для ее реализации.
Ключе вью слова: работоспособность, инструмент, внутренние напряжения, температура, резание.
Актуальность проблемы обуславливается большим выходом сменных многогранных пластин (СМП) при обработке резанием деталей из труднообрабатываемых материалов. Практика эксплуатации СМП из твердых сплавов в производственных условиях свидетельствует, что основными причинами их выхода из строя являются выкрашивание, сколы, поломка, изнашивание. Так, например, по Тюменскому моторному заводу при обработке высоколегированных сталей и жаропрочных сплавов количество отказов сборного режущего инструмента в результате поломок, выкрашивания и скалывания пластин составляет для 4-гранных и 5-граиных СМП 70%, а для 3-гранных 75% (рис. 1) (1 ].
В лаборатории кафедры «Станки и инструменты» Тюменского государственного нефтегазового университета установлено, что поломка, выкрашивание и скалывание СМП вызваны наличием внутренних напряжений. Кроме того, на основании теории Шпета 11) была сформулирована гипотеза о том, что внутренние напряжения, которые должны возникать в ИТС при изготовлении СМП, могут быть сняты путем предварительного нагрева режущих пластин до начала процесса резания, что должно обеспечить повышение их работоспособности. Однако до настоящего времени не были изучены влияние и механизм воздействия внутренних напряжений в ИТС на работоспособность СМП сборных инструментов.
Для повышения работоспособности сборных инструментов с СМП разработаны физическая модель и метод снятия внутренних нал ряжен ий в ИТС путем предварительного нагрева СМП. Известно, в соответствии с эффектом Пельтье, что если через пограничную область между двумя соприкасающимися различными металлами (рис. 2), например, пластинами из твердого сплава группы ВК (\VC-Co) и титана (ТО, пропустить электрический ток, то электроны, проходя через эту област ь, будут в зависимости от направления тока либо ускоряться контактным нолем, либо тормозиться. В первом случае (рис. 2а) в пограничном слое наблюдается выделение тепла, а во втором (рис. 26) — поглощение тепла.
І I ПОЛОМКА 1 нише £23 ВЫКРАШИВАНИЯ СКАЛЫВАНИЕ
Рис. 1. Доля отказов СМП
УС-СО.
б)
Рис. 2. Нагрей (а) н охлаждение (б) двух различных металлов
Однако при нагреве твердосплавной режущей пластины на основе эффекта Пельтье происходит интенсивный теплообмен с титановой пластиной. Чтобы повысить температуру нагрева СМП из ИТС и снизить теплоотвод в титановую пластину, дополнительно вводим между пластинами полупроводниковый слой, состоящий из дисульфида молибдена с жидким стеклом, который наряду с повышением эффективности нагрева режущей пластины позволяет снизитьнагрев титановой пластины (рис. 3).
Опишем процесс нагрева СМП из ИТС на основе
Рис. 3. Схема предварительного нагрева режущей пластины с полупроводниковым слоем
Рис. 4. Установка для регулируемого подогрева твердосплавной режущей пластины: 1 - корпус, 2 - винт, 3 - прихват, 4 - режущая пластина,
5 - полупроводниковый слой, б - токоподводящая пластина, 7 - изолирующая прокладка, 8 - источник питання, 9 - автотрансформатор, 10 - выпрямитель.
11 - амперметр, 12 - вольтметр, 13 - кнопка «Пуск»,
14 - пускатель, 15 - контакты пускателя, 16 - термопара, 17 - регулируемый блок усиления, 18 - электромагнит с сердечником, 19 - геркон, 20 - реле, 21 - контакт реле, 22 - кнопка «Стоп»
эффекта Пельтье с помощью физических моделей. Количество теплоты, выделявшееся в СМП из ИТС, согласно эффекту Пельтье, определяется из выражения
Л£?1\ = (<Р\~Фг)'1'т* И)
где — количество теплоты в СМП; / — сила тока; г — время.
В свою очередь, количество теплоты, необходимое ДЛЯ нагрева пластины на величину Д7\ определяется из выражения
ДЙ,’=А7'/ис1 (2)
где АТ -температура; т - массаСМП; с - удельная теплоемкость.
Пренебрегая потерями теплоотвода в воздух, можем считать
Д£; = Д£Г. (3)
Проведя математические преобразования с формулами (1), (2), (3), получим выражение физической модели температуры нагрева режущей пластины на величину ЛГ с изменением силы тока /.
л г.6ць)±1. ,4,
Рис. 0. Зависимости износа но задней грани и температуры от времени резания, при точрнин стали 40Х сплавом ВК8 (5=0,28 мм/об, 1=1 мм, У=200 м/мин): 1 - без предварительного подогрева СМП, 2-е предварительным подогревом СМП
Установлена возможность снижения внутренних напряжений путем предварительного нагрева СМП, для повышения работоспособности сборных инструментов с СМП за счет устранения хрупкого состояния в начальный период резания [ 1).
Задача увеличения работоспособности инструмента решается благодаря повышению трещиностой-кости инструментального твердого сплава путем предварительного нагрева его до температур 300 — 500*С перед началом процесса резания и поддержания температуры в процессе резания за счет включения или выключения нагревательной электрической цепи. Возможность регулирования температуры подогрева твердосплавной режущей пластины в процессе обработки заготовки резанием предотвращает хрупкое разрушение твердосплавной режущей пластины в виде выкрашивания и микросколов в период приработки, когда ее температура повышается от комнатной до температуры, при которой твердый сплав, из которого изготовлена режущая иластина, переходит из хрупкого в хрупко-пластическое состояние 11 ].
После предварительного нагрева режущей пластины до температуры 300 — 500*С начинают резание. В процессе обработки детали СМП дополнительно нагревается, и температура поддерживается за счет превращения механической энергии резания в тепловую.
Для реализации возможности повышения работоспособности твердосплавных СМП разработана установка для регулируемого подогрева твердосплавной режущей пластины (рис. 4) (2|.
Установка для регулируемого подогрева включает нагревательную электрическую цепь, цепь для контроля и регулирования температуры и металлорежущий инструмент, который помимо обычных элементов содержит полупроводниковый слой, под которым расположена токоподводищая пластина. Они изолированы от корпуса инструмента прок-
Рис. 5. Зависимость силы тока от температу ры предварительного нагрева: 1 - по теоретическому расчету, 2 - по эксперименту
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 <90) 2010 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
ладкой. Электрическая цепь, обеспечивающая предварительный подогрев СМП, замыкается на корпус инструмента. После достижения заданной темпе* рагуры источник питания отключают и начинают обработку детали резанием.
Нагрев СМП производят перед обработкой детали резанием. При прохождении электрического тока основное количество теплоты выделяется в контакте СМП с полупроводниковым слоем за счет эффекта Пельтье, а также в самой СМП в соответствии с законом Джоуля - Ленца. На рис. 5 представлена зависимость получаемой температуры предварительного нагрева от силы тока.
Благодаря повышению трещиностойкости сменной многогранной пластины из инструментального твердого сплава, путем предварительного подофева, в начальный период резания и последующем ее поддержании за счет режима резания стойкость сборного инструмента с СМП увеличивается примерно на 40 %, а интенсивность износа режущей пластины по задней поверхности Ь3 снижается (рис. 6).
Таким образом, разработана новая методика повышения работоспособности сменных твердосплавных пластин путем снятия внутренних напряжений на основе их предварительного подогрева до начала процесса резания, которая может быть использована на всех машиностроительных пред-
приятинх, особенно при обработке деталей из труднообрабатываемых материалов.
Библиографический список
1. Артамонов, Е.В. Прочность и работоспособность сменных твердосплавних пластин сборных режущих инструментов : монографии / Е.В. Артамонов. - Тюмень: ТюмГНГУ. 2003. - 192 с.
2. Пат. 38307 Российская Федерация. МПК7 В23 В27/16. Установка для регулируемого подогрева твердосилавной режущей пластины / Чуйков P.C., Кусков В.Н., Артамонов Е.В., Трифонов В В . Костив В.М. — N«2004102879; заявл. 04.02.2004; оцубл. 10.06.04 . В юл. Ne 16.
АРТАМОНОВ Евгений Владимирович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Станки и инструменты».
ЧУЙКОВ Сергей Сергеевич, аспирант очной формы обучения кафедры «Станки и инструменты», соискатель степени кандидата технических наук на кафедре «Станки и инструменты»
Адрес для переписки: e-mail: Kafedra_si@inail.ru.
Статья поступила в редакцию 18.12.2009 г.
©ЕВ. Артамонов, С. С. Чуйков
удк¿21.941 д и ЧЕРНЯВСКИЙ
П. Н. ЛАСТОВСКИЙ
Омский государственный технический университет
ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОГРЕШНОСТЯМИ ОБРАБОТКИ ТОНКОСТЕННОЙ ДЕТАЛИ ВРАЩЕНИЯ
В процессе резания возникает трение стружки и обрабатываемой тонкостенной детали вращения о переднюю и заднюю поверхности инструмента соответственно. В результате инструмент изнашивается и теряет режущую способность. Это влечет за собой возникновение погрешностей обработки детали и повышение силы резания.
Созданная функциональная система автоматизированного управления позволяет предотвратить износ инструмента, а следовательно, и возникновение погрешностей. Ключевые слова: износ инструмента, система автоматизированного управления, тонкостенная деталь вращения.
При обработке тонкостенных деталей вращения, ношению к размерному износу (рис. 16). Изностомлю
особенно изготовленных из высокопрочных сплавов, попередюйповерхности практически отсутствует,
наблюдается прогрессирующий износ формо- Износ, вызываемый трением, протекает непре-
образующего инструмента в результате трения его рывно в процессе обработки. Его величину в первом
контактных поверхностей о стружку и обрабаты- приближении при данных неизменных условиях
ваемую поверхность детали. При токарной обработке можно считать: 1) прямо пропорциональной време-
имеетместоизноспозаднейграни(рис. 1а).Следствием ,,и резания или 2) прямо пропорциональной пути,
этого является как бы отдаление режущей кромки на пройденному режущим инструментом в металле заго-
величину Лг от обрабатываемой поверхности. товки. Можно также выражать износ как функцию
Одновременный износ по задней и передней обрабатываемой поверхности в квадратных метрах
поверхностям инструмента наблюдается при обра- ил” как функцию от силы резания,
ботке тонкостенных деталей при малых подачах но от- Величину размерного износа принято замерять
