CC BY
54
Оригинальная статья / Original article УДК: 621.91.01
DOI: 10.21285/1814-3520-2016-11 -24-35
ПРОЦЕСС СТРУЖКООБРАЗОВАНИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗНОСА ПРИ ТОЧЕНИИ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ
© А.В. Гусев1, В.В. Закураев2
Новоуральский технологический институт НИЯУ МИФИ, 624130, Россия, г. Новоуральск, ул. Ленина, 85.
РЕЗЮМЕ. ЦЕЛЬ. В данной статье выполнены исследования кинетики изнашивания режущих лезвий инструмента и произведено сопоставление полученных результатов с характером изменения деформационных характеристик стружкообразования. Цель работы - выявление и оценка деформационных параметров процесса стружкообра-зования с характеристиками процесса изнашивания режущих лезвий. МЕТОДЫ. При исследовании процесса стружкообразования и характеристик износа лезвия инструмента использовались экспериментальные и расчетные методы. Процесс формирования текстуры стружек изучался на основе фотографий стружек, полученных на электронном микроскопе. Рассматривались микрошлифы, корни стружек, а также поверхности стружек, противоположные прирезцовой стороне. По методу В.С. Кушнера определялись удельные касательные напряжения сдвига и напряжения на передней поверхности лезвия, а также температура резания. Изучение характеристик износа осуществлялось на основе построения кинетических кривых износа с последующей их обработкой. ВЫВОДЫ. Интенсивность изнашивания лезвий зависит от характера и размеров формирующейся текстуры стружек, которые в свою очередь определяются скоростью резания и толщиной срезаемого слоя. Максимальный путь резания (минимальный относительный износ) соответствуют режиму резания, при котором макроэлементы формирующейся текстуры стружек (Ах) близки по своим размерам толщине срезаемого слоя а. Ключевые слова: стружкообразование, рациональная скорость резания, удельные касательные, напряжение сдвига, напряжение на передней поверхности лезвия, деформационные характеристики стружкообразования, интенсивность изнашивания лезвий, конструкционные стали.
Формат цитирования: Гусев А.В., Закураев В.В. Процесс стружкообразования и характеристики износа инструмента при точении конструкционных сталей // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2016. Т. 20. № 11. С. 21-35. DOI: 10.21285/1814-3520-2016-11-24-35
OHIP FORMATION AND TOOL WEAR BEHAVIOR UNDER STRUCTURAL STEEL TURNING A.V. Gusev, V.V. Zakuraev
Novouralsk institute of technology of NRNU MEPhI 85, Lenin St., Novouralsk, 624130, Russia.
ABSTRACT. PURPOSE. This article studies the wear kinetics of tool cutting edges and compares the obtained results with the nature of changing deformation characteristics of chip formation. The purpose of the article is to identify and estimate the deformation parameters of chip formation with the characteristics of cutting edge wear. METHODS. Experimental and computational methods are used to study chip formation and tool edge wear characteristics. The process of chip formation is studied on the basis of the chip photographs produced by means of an electron microscope. Microslic-es, chip roots, and shaving surfaces opposite to the cutter side are considered. V.S. Kushner's method is used to dete r-mined specific shear stresses and shear stresses on the front surface of the cutting edge, as well as the cutting temperature. Wear characteristics are studied based on building kinetic curves of wear and their subsequent processing. CONCLUSIONS. The intensity of cutting edge wear depends on the nature and size of the texture of chips being formed. The latter are determined by the cutting speed and the thickness of the cut layer. Maximum cutting path (minimum relative wear) corresponds to the cutting mode at which the macroelements of the chip texture (Ах) being formed are close in size to the thickness of the cut layer a.
Keywords: chip formation, rational cutting speed, specific shear stresses, tangential shearing stress, stress on the front surface of the cutting edge, deformation characteristics of chip formation, wear rate of cutting edges, structural steel
Гусев Антон Валерьевич, инженер кафедры технологии машиностроения, e-mail: antongusev88@gmail.com Gusev Anton, Engineer of the Department of Technology of Mechanical Engineering, е-mail: antongusev88@gmail.com
2Закураев Виктор Владимирович, кандидат технических наук, заведующий кафедрой технологии машиностроения, e-mail: tm@nsti.ru
Zakuraev Viktor, Candidate of technical sciences, Head of the Department of Technology of Mechanical Engineering, е-mail: tm@nsti.ru
For citation: Gusev A.V., Zakuraev V.V. Chip formation and tool wear behavior under structural steel turning. Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2016, vol. 20, no. 11, pp. 21-35. (In Russian) DOI: 10.21285/1814-3520-201611-24-35
Введение
В работах [1-4] показана возможность определения рациональных режимов резания путем измерения сигналов виброускорения с вибродатчика, установленного на резце токарного станка. Основными предпосылками к созданию метода определения режимов резания на основе диагностирования вибросигнала из зоны стружкообразования являются следующие: 1. ^тружкообразование при резании материалов - комплексный процесс, обеспечивающий формообразование новой поверхности. Основой этого процесса является предельная высокоскоростная пласти-
ческая деформация с последующим отделением слоя припуска материала.
2. Сложность процесса направленной деформации при резании с учетом многоуровневого характера структурных преобразований на микро-, мезо- и макроуровнях, высоких удельных энергетических затратах и потоках энергии в различных структурных элементах материала и самой технологической системе резания предполагает использование синергетического подхода для описания и анализа указанных процессов [5].
Описание и анализ процесса стружкообразования
Для описания энергетического состояния локальных объемов материала, претерпевших предельную пластическую деформацию, используются как механические свойства материалов (модуль сдвига, модуль упругости), так и термодинамические параметры сплавов (изменение энтальпии и скрытой теплоты плавления) [5].
Применяя синергетический подход к анализу деформации и разрушения материала припуска при стружкообразовании, необходимо иметь в виду, что условия разрушения при стружкообразовании несколько отличны от условий разрушения материала в конструкции изделия.
Для условий резания прежде всего характерны: малый неточно ограниченный объем материала, подвергающегося внешнему воздействию; большие относительные деформации и высокие скорости деформации; высокие градиенты температур и напряжений; непостоянство условий внешних воздействий и, как правило, очень малые отрезки времени для осуществления термомеханического разупрочнения (динамического возврата).
При анализе процессов стружкооб-разования, несмотря на указанные особенности условий деформации и разрушения, целесообразно использовать новые поло-
жения синергетики. Главное в синергетиче-ской модели разрушения - это наличие двух конкурирующих механизмов - микросдвига и микроотрыва. Трансляционная (сдвиговая) неустойчивость возникает при достижении критического напряжения сдвига, связанного с критической плотностью энергии упругого формоизменения критической величины. Ротационная (поворотная) неустойчивость возникает при достижении в локальном объеме критического напряжения микроотрыва [5].
Второй важной особенностью синергетического направления при изучении пластической деформации и разрушения твердых тел является наличие циклических явлений [6].
Опираясь на выше изложенные положения синергетики деформации и разрушения, в работе [4] подробно описаны результаты исследования процесса струж-кообразования при резании конструкционных материалов - сталей 45, 40 ХН, сплавов титана и алюминия. Кратко изложим полученные ранее результаты.
Наблюдаемые фрагменты текстуры стружек (фотографии получены на электронном микроскопе) хорошо согласуются с известной моделью стружкообразования с параллельными границами [7] (рис. 1).
Рис. 1. Корень стружки при резании пластичных материалов: Ax - толщина пластически деформируемой зоны; V - скорость резания; AL - расстояние, пройденное лезвием инструмента; Vстр. - скорость схода стружки; Рс - сила сдвига, а - толщина срезаемого слоя; Ф - угол наклона условной плоскости сдвига;
AF - абсолютный сдвиг Fig. 1. Chip root under plastic material cutting: Ax - thickness of the plastically deformed zone;
V - cutting speed; AL - path traveled by the tool cutting edge; Vстр. - chip flow speed; Pc - shear force; a - thickness of the cut layer; Ф - deflection angle of conditional shear plane;
AF - absolute shift
На рис. 2 представлены фотографии стороны стружек, противоположной при-резцовой, где отчетливо наблюдается характер сдвиговых деформаций в виде чередующихся выступов и впадин. Здесь V - скорость резания, м/с; Э - рабочая подача.
Величина дискретных элементов стружек (на рис. 1 обозначена Ах) зависит от свойств обрабатываемого материала, режимов резания (прежде всего от толщины срезаемого слоя и скорости резания).
Элемент Ах является макроэлементом диссипативной структуры (текстуры образующейся стружки) и может быть измерен. Кроме этого при стружкообразовании на микрошлифах стружек наблюдается поворот локальных макрообъемов материала.
Геометрические параметры локальных элементов предложено характеризовать отношением толщины сдвигаемого слоя Ах к толщине срезаемого слоя а - Ах/а.
а b
Рис. 2. Фотографии стружек, полученных при резании стали 40 ХН (2000 кратное увеличение):
а - стружка, полученная при V=0,47 м/с и S=0,21; b - стружка, полученная при V=2,97 м/с и S=0,11 Fig. 2. Photographs of chips obtained at cutting Steel 3140H (analog AISI) (2000-fold magnification):
a - chips obtained at V = 0,47 m /s and S = 0,21; b - chips obtained at V = 2,97 m / s and S = 0,11
Данные исследования, представленные в работе [4], также показывают наличие деформационного цикла в процессе образования стружки. Это явление дает основание к описанию процесса стружко-образования методом вероятностного анализа случайных процессов и поведения динамических систем при случайных воздействиях [1, 2].
Анализ работ отечественных ученых Г.И. Грановского, Н.Н. Зорева, М.И. Клуши-на, В.А. Кудинова, Т.Н. Лоладзе, А.М. Ро-зенберга и других (например, [8-11]) по вопросам стружкообразования указывает на два важных аспекта проблемы стружкооб-разования. Первый заключается в необходимости учета термомеханических условий напряженно-деформационного состояния зоны резания. Эти условия характеризуются температурами контактных поверхностей, напряжениями сдвига локальных объемов материала, а также контактными напряжениями на передней и задней поверхностях лезвия. Второй - это цикличность процесса стружкообразования (периодически повторяющийся деформационный цикл).
Известно положение А.М. Розенбер-га о всеобщей связи явлений в процессе резания: температуры в зоне резания, условий деформации и износа режущих лезвий инструмента [8]. Это положение подтверждается результатами работ, выполненных в последующие годы. Так, в работе [12] используются модели, основанные на учете термомеханических связей процессов установившегося состояния процесса стружкообразования на передней поверхности и процессов износа на задней поверхности лезвий. Данные явления обоснованы работой механизма внутренней самонастройки процесса резания, выводящей процесс в определенное оптимальное состояние. Аналогичные идеи изложены в работах [13, 14].
Таким образом, следует полагать, что должна существовать связь между условиями формирования текстуры стружки (критерий Ах/а) и показателями процесса износа лезвий инструмента.
Цель данного исследования - выявление и сравнение деформационных параметров процесса стружкообразования с характеристиками процесса изнашивания режущих лезвий.
Сравнительный анализ деформационных параметров процесса стружкообразования и характеристик процесса изнашивания режущих лезвий
В опытах по изучению процесса изнашивания лезвий велась обработка образцов (заготовок) из стали марок 45, 40 ХН и 08Х18Н9Т. Материал инструмента: твердый сплав Т14К8 (Р20). Резец со сменными многогранными пластинами БМиМ-150412, глубина резания М,5 мм. Физико-механические свойства материалов приведены в табл. 1. Диапазон изменения скоростей резания и подач дан в подписях к приведенным ниже рисункам.
В каждом опыте отбирали стружки для измерения толщины сдвиговых деформаций Ах. Удельные касательные напряжения сдвига ту и напряжения на передней поверхности лезвия qF рассчитаны
о
по методу В.С. Кушнера3 Определялась температура на передней и задней поверхностях лезвия, а также температура резания, Тп, Тз, Тр соответственно. В результате опытов получены кинетические кривые износа лезвий. Путем обработки результатов вычислены значения пути резания до заданного износа L, а также относительный износ задней поверхности лезвий I, мм/км.
На рис. 3 представлены кинетические кривые износа лезвий сплава Т14К8 при обработке стали 45.
На рис. 4 представлены данные, полученные после обработки графиков износа.
Верещака А.С., Кушнер В.С. Резание материалов: учебник. М.: Высш. шк., 2009. 535 с. / Vereshchaka A.S., Kush-ner V.S. Material cutting: textbook. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 2009, 535 p.
Таблица 1
Физико-механические свойства обрабатываемых материалов
Table 1
Physico-mechanical properties of the processed materials_
Материал заготовки / Material of workpiece Твердость НВ / Hardness HB Предел текучести (условный), 00,2, МПа/ Yield strength (conditional), 00,2, MPa Модуль упругости, Е, ГПа / Modulus of elasticity, E, GPa Модуль сдвига, G, ГПа / Shear modulus, G, GPa Температура плавления, ГПЛ.,°С / Melting point, Тт,°С
Т=20°С Т=800°С Т=20°С Т=800°С Т=20°С Т=800°°С
Сталь 45 / Steel 1045 (analog AISI) 250 275 140 212 118 78 45 1400
Сталь 40 ХН / Steel 3140H (analog AISI) 290 315 268 200 132 85 50 1450
Сталь 08Х18Н9Т/ Steel 304 (analog AISI) 250 216 155 195 135 77 49 1500
h3, MM
hr, mm
0.3
0.2
0.1
6 5 у (Г 3
/ 1 \
у 2
0.0
10
20
30
40
50
To T,
мин mm
Рис. 3. Графики износа лезвий инструмента при точении стали 45: инструмент - сплав Т14К8 (p); t=1,5 мм; S = 0,2 мм/об; V, м/с: 1 - 0,92; 2 - 2,2; 3 - 2,8; 4 - 3,10; 5 - 3,8; 6 - 4,6 Fig. 3. Graphs of tool cutting edge wear under turning of steel 1045 (analog AISI): tool - alloy T14K8 (p); t = 1,5 mm; S = 0,2 mm/rev.; V, m/s: 1 - 0,92; 2 - 2,2; 3 - 2,8; 4 - 3,10; 5 - 3,8; 6 - 4,6
Ax/о
3.0
2.0
го
o.o
Tr. mm L.m 10
-3
2
3
с
Тс, мин L.M 10
-3
7 / /-
4 / A.
1 3
90
60
30
9.0
6.0
3.0
V.
I/.
м/с m/s
o.o
Рис. 4. Показатели износа лезвий при точении стали 45: 1 - изменение периода стойкости режущих лезвий Тс от скорости резания при точении стали 45; 2 - изменение пути резания L от скорости резания; 3 - зависимость
отношения толщины сдвиговых деформаций к толщине срезаемого слоя (Ах/а) Fig. 4. Indicators of cutting edge wear at steel 1045 (analog AISI) turning: 1 - change in the service life of the cutting edges ^ depending on the cutting speed at turning steel 1045 (analog AISI); 2 - change in the cutting path L depending on the cutting speed; 3 - dependence of the shear deformation
thickness ratio to the cut layer thickness (йх/a)
На рис. 4 кривая 1 показывает нелинейную зависимость периода стойкости инструмента Тс от скорости резания при заданном износе лезвий Л3=0,3 мм. Кривая 2 отражает изменение пути резания ^ до заданного износа. В соответствии с рекомендациями Г.И. Грановского4, скорость резания, соответствующая максимальному пути резания (максимальному ресурсу), является нижним порогом зоны скоростей рациональной обработки металлов резанием. В нашем случае эта зона скоростей резания
составляет 2,5-3,2 м/с. В указанном диапазоне скоростей значение отношения толщины фрагментов сдвиговых деформаций к толщине срезаемого слоя - Ах/а, находится в пределах Ах/а » 0,9-1,1, то есть Ах/а~\ [15]. На этом основании следует полагать, что фрагменты сдвиговых деформаций при рациональных скоростях резания стремятся к одинаковым размерам в направлении сдвига и направлении схода стружки.
4Грановский Г.И., Грановский В.Г. Резание металлов: учебник для машиностроительных и приборостроительных специальностей вузов. М.: Высш. шк., 1985. 304 с. / Granovskiy G.I., Granovskiy V.G. Metal cutting: textbook for engineering and instrument design specialties of universities. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 1985, 304 p.
На рис. 5 приведены графики величины удельных касательных напряжений сдвига ту и удельных касательных напряжений на передней поверхности лезвия др. Результаты расчетов показывают, что с увеличением скорости резания в 4 раза имеется незначительный рост (5-6%) напряжений сдвига материала. В то же время наблюдается значительное снижение удельных касательных напряжений (др) на передней поверхности лезвия от 354 до 242 МПа, то есть на 31,6%. Соотношение удельных напряжений на передней поверхности и напряжений сдвига (дрТу) при рациональных скоростях резания составляет «0,4-0,45. Данное соотношение обусловлено ростом температуры передней поверхности лезвия Тп, являющейся результатом работы деформации в пластической
области контакта [16]. Увеличение температуры Тп при увеличении скорости резания в 4 раза составляет 30,6%. Диапазон изменения Тп - от 647 до 845°С, данному значению температуры соответствует существенное снижение предела текучести и модулей упругости стали 45 [17] (см. табл. 1).
Расчетные значения температуры задней поверхности лезвия Тз (кривая 5 на рис 5, б) показывают ее интенсивный рост по сравнению с температурой на передней поверхности лезвия - от 616 до 1033°С. Изменение интенсивности изнашивания лезвий I также показано на рис. 5, б, кривая 6. Минимальный относительный износ в диапазоне скоростей 2,5-3,2 м/с также соответствует значениям Ах/а « 0,9-1,1.
V. м/с V.m/s
Рис. 5, а. Зависимость деформационных параметров от скорости резания: 1 - удельные напряжения сдвига ту; 2 - удельные касательные напряжения на передней поверхности лезвия qF; 3 - отношение удельного напряжения сдвига и касательной напряжения
на передней поверхности лезвия (qF/ry) Рис. 5, б. Зависимость температуры и относительного износа от скорости резания: 4 - температура на передней поверхности лезвия Тп; 5 - температура на задней поверхности лезвия
Тз; 6 - относительный износ лезвий I, мм/км Fig. 5, a. Deformation parameters dependence on the cutting speed: 1 - specific shear stresses ry; 2 - specific tangential shearing stresses on the front surface of the cutting edge qF; 3 - relationship of the specific shear stress and tangential shearing stresses on the front surface
of the cutting edge (qF/zy)
Fig. 5, b. Dependence of temperature and relative wear on the cutting speed: 4 - temperature at the front surface of the cutting edge Тп; 5 - temperature Тз on the rear surface of the cutting edge Тз; 6 - relative wear of the cutting edges I, mm/km Температура задней поверхности лезвия Тз в точке минимума интенсивности
износа (максимум пути резания) составляет 990°С. По результатам исследований А.Д. Макарова [18], указанный диапазон температуры задней поверхности соответствует минимальному значению интенсивности образования адгезионных связей пары твердый сплав - сталь 45.
Для оценки предположения о связи условий стружкообразования и процесса изнашивания лезвия инструмента по полученным данным построены зависимости пути резания ^ и относительного износа I от величины относительных значений сдвиговых деформаций Ах/а для трех видов
сталей (рис. 6). Приведенные зависимости указывают на существование устойчивой связи нелинейного вида между показателями износа и относительной величиной сдвиговых деформаций Ах/а.
Максимальный путь резания ^ и минимум относительного износа I соответствуют отношению Ах/а~1 (см. рис. 6).
В табл. 2 приведены данные, отражающие изменение отношения цр/ту касательного напряжения qF на передней поверхности лезвия к величине напряжения сдвига ту (сталь 45, сталь 40 ХН, сталь 08Х18Н9Т).
L,
км km
8.0
6,0 iO
2,0 0.0
1 <
/ > \ \ 6
_5_ • /
4
/ ^__
4
мм/км mm/km
OA
0.3
0.2
0.1
0.5 0.75 1.0
1.25
1.5 Ax/a
Рис. 6. Данные к анализу связи деформационных характеристик стружкообразования
и показателей износа лезвий. Зависимость пути резания L и относительного износа лезвий I от относительной величины сдвиговых деформаций (Ax/а). Длина пути резания: 1 - сталь 45; 2 - сталь 40ХН; 3 - сталь 08Х18Н10Т. Относительный износ лезвий: 4 - сталь 45; 5 - сталь 40ХН; 6 - сталь 08Х18Н9Т Fig. 6. Data for the analysis of deformation characteristics of chip formation and wear indicators of cutting edge. Dependence of the cutting path L and relative wear of the cutting edges I on the relative value of shear deformations Ax/a. Length of a cutting path: 1- steel 1045 (analog AISI); 2 - steel 3140H (analog AISI); 3 - steel 304 (analog AISI). Relative wear of cutting edges: 4 - steel 1045 (analog AISI); 5 - steel 3140H (analog AISI); 06 - steel 304 (analog AISI)
Таблица 2
Зависимость расчетных значений удельных напряжений ту, температуры резания и относительной величины сдвиговых деформаций Ах/а от скорости резания
Table 2
Dependence of the calculated values of specific stresses qF, ry, cutting temperature _and the relative value of shear deformation Ax/a on the cutting speed_
Параметр / Parameter Значение / Value
V, м/с / V, m/s 0,92 1,88 2,97 3,8 5,9
Сталь 45 / Steel 1045 (analog AISI)
Ах/а, мм / Ах/а, mm 1,5 1,4 1,2 0,96 0,75
qP / Ty 0,52 0,48 0,43 0,38 0,35
Тр / Тпл 0,35 0,5 0,53 0,58 0,62
Сталь 40ХН / Steel 3140H (analog AISI);
Ах/а, мм / Ах/а, mm 1,2 1,1 0,95 0,84 0,73
qp / Ty 0,28 0,34 0,37 0,43 0,62
Тр / Тпл 0,30 0,55 0,61 0,63 0,69
Сталь 08Х18Н9Т / Steel 304 (analog AISI)
Ах/а, мм / Ах/а, mm 1,3 1,1 0,9 0,84 0,81
qp / Ty 0,62 0,5 0,3 0,27 0,25
Тр / Тпл 0,31 0,37 0,55 0,64 0,74
При малых отношениях Ах/а (высокая скорость резания, рис. 5) отношение др /ту составляет 0,35-0,40. При низких скоростях (Ах/а«1,2-1,5) отношение др/ту«0,54. При относительной величине сдвиговых деформаций Ах/а«1 относительные напряжения дР и ту примерно одинаковы и составляют величину 0,37-0,39. Уменьшение отношения др/ту до 0,37-0,39 свидетельствует о снижении касательных напряжений на передней поверхности (см. рис. 5, а, кривая 5), что обеспечивает увеличение среднего значения угла наклона условной плоскости сдвига Ф.
Изменением этих факторов обеспечивается облегчение поворота сдвигаемых слоев стружки в направлении ее схода по передней поверхности лезвия. Локальные объемы обрабатываемого материала толщиной Ах стремятся к величине заданной толщины срезаемого слоя а.
В.А. Гореловым предложена модель стойкости (износа) инструмента при температурах, характерных для адгезионного, диффузионного видов изнашивания [19]. В модели учитываются силы резания, пропорциональные напряжениям на контакт-
ных поверхностях инструмента, а также значения относительных температур Т/Тпл, где Т - температура на контактных поверхностях инструмента; Тпл - температура плавления обрабатываемого материала.
По нашим исследованиям изменения относительных температур Тр/Тпл сближаются при значениях Ах/а«1. Отношение расчетных значений температуры резания Тр и температуры плавления Тпл при Ах/а~1 достигают значений: 0,63 - для стали 45; 0,66 - для стали 40ХН, и 0,63 -для стали 08Х18Н9Т (см. табл. 2).
Для оценки достоверности результатов анализа и выдвинутых положений о возможной связи физических параметров стружкообразования и процесса износа лезвий обратимся к ранее опубликованным работам других авторов.
В модели процессов косоугольного несвободного резания, стружкообразова-ния и изнашивания резцов при обработке сталей установлена связь скорости изнашивания и величины износа инструментов с входными параметрами (геометрия лезвия, физико-механическими характеристиками обрабатываемого и инструментально-
го материала), а также с углом наклона поверхности сдвига с учетом его изменения по длине режущей кромки и пятна контакта стружки с передней поверхностью лезвия [20]. Таким образом, в данной модели указывается, хоть и не явно, на связь износа и характеристик стружкообразования.
В работе [21] отмечается, что механизм и коэффициент трения существенно определяются механизмами деформирования срезаемого слоя, которые влияют и на тип стружки, и на характер контакта с инструментом. Характеристики трения определяются самоорганизацией процесса пластической деформации при резании вследствие обратной связи между зонами стружкообразования и контакта стружки с инструментом. Кроме того, при температу-
ре резания, равной 800°С, максимальное значение стойкости инструмента при обработке стали 45 связано с ростом демпфирующей способности зерен карбидов твердого сплава.
Таким образом, в приведенных работах [12, 19-21] прямым либо косвенным образом подтверждается связь процесса стружкообразования с характеристиками изнашивания режущего лезвия.
Полученные в работах [1, 2] данные о возможности контроля частоты сдвиговых деформаций процесса стружкообразования при резании с учетом установленной связи деформационных характеристик стружко-образования с износом режущих лезвий позволяют определять рациональный уровень режимов резания.
Выводы
1. Высокоскоростная пластическая деформация сталей при стружкообразова-нии осуществляется циклически с образованием дискретных локальных макрообъемов материала срезаемого припуска. Размеры этих макроэлементов определяются свойствами обрабатываемых материалов, режимом резания и другими факторами, формирующимися в результате процесса стружкообразования.
2. Результаты изучения изнашивания режущих лезвий и стружкообразования указывают на существование определен-
ной связи между этими процессами. Интенсивность изнашивания лезвий зависит от характера и размеров формирующейся текстуры стружек, которые, в свою очередь, определяются скоростью резания и толщиной срезаемого слоя.
3. Максимальный путь резания (минимальный относительный износ) соответствует режиму резания, при котором макроэлементы формирующейся текстуры стружек Ах близки по своим размерам толщине срезаемого слоя а, то есть Ах/а~1.
Библиографический список
1. Гусев А.В., Закураев В.В., Хадеев С.И. Обоснование возможности контроля процесса механической обработки // Машиностроение - традиции и инновации: сб. тр. Всерос. молодежной конф. (г. Юрга, 30 августа - 01 сентября 2011 г.). Томск: Изд-во ТПУ. 2011. С. 195-198.
2. Гусев А.В., Закураев В.В., Турыгин Ю.В. Процесс стружкообразования и его изучение на основе частотного и спектрального анализа // Интеллектуальные системы в производстве. 2013. № 2. С. 49-54.
3. Гусев А.В., Закураев В.В., Ничков А.Г. Предпосылки к созданию метода автоматизированного выбора режимов резания // Теплофизические и технологические аспекты повышения эффективности машиностроительного производства (Резниковские чтения): труды IV Междунар. науч.-техн. конф. Тольятти: Изд-во ТГУ. С. 207-214.
4. Гусев А.В., Закураев В.В., Ничков А.Г. О связи деформационных параметров стружкообразования с характеристиками колебаний при резании // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2015. № 3-1 (33-1). С. 52-59.
5. Иванова В.С. Синергетика разрушения и механические свойства. В кн.: Синергетика и усталостное разрушение металлов. М.: Наука, 1989. С. 6-29.
6. Грабар И.Г. Дискретные явления в механике разрушения с позиции синергетики. В кн.: Синергетика и усталостное разрушение металлов. М.: Наука, 1989. С. 191-199.
7. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. М.: Машиностроение, 1975. 344 с.
8. Розенберг А.М., Еремин А.Н. Элементы теории процесса резания металлов. М.: Машгиз, 1956. 219 с.
9. Кушнер В.С. Термомеханическая теория процесса неправильного резания пластичных материалов. Иркутск: Изд-во Ирк. ун-та, 1982. 180 с.
10. Кабалдин Ю.Г. Механические деформации срезаемого слоя и стружкообразования при резании // Вестник машиностроения. 1993. № 7. С. 25-30.
11. Петрушин С.И., Проскоков А.В. Теория несвободного резания материалов стружкообразования с развитой зоной пластических деформаций // Вестник машиностроения. 2010. № 1. С. 53-58.
12. Тахман С.И. Режимы резания и закономерности изнашивания твердосплавного инструмента: монография. Курган: Изд-во КГУ, 2001. 169 с.
13. Постнов В.В. Анализ деформированного состояния зоны стружкообразования при нестационарном резании // Вестник УГАТУ. 2013. Т. 17. № 8 (61). С. 3-9.
14. Stahl J.-E. Metal cutting - theories and models // J. Stahl in cooperation with Seco. Division of Production and Materials Engineering. Sweden, 2012. 630 p.
15. Пат. 2514251. Российская Федерация. МПК В 23 В1/00. Способ определения оптимальных режимов резания / А.В. Гусев, В.В. Закураев; заявитель и
патентообладатель Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» (НИЯУ МИФИ). № 2012131289/02; заявл. 20.07.2012; опубл. 27.04.2014.
16. Талантов Н.В. Физические основы процесса резания, изнашивания и разрушения инструмента. М.: Машиностроение, 1992. 240 с.
17. Сорокин В.Г., Волосникова А.В., Вяткин С.А. [и др.]. Марочник сталей и сплавов. М.: Машиностроение, 1989. 640 с.
18. Макаров А.Д. Оптимизация процессов резания. М.: Машиностроение, 1976. 278 с.
19. Горелов В.А. Разработка термомеханической модели процесса несвободного косоугольного резания инструментом, оснащенным СМП // Металлообработка. 2007. № 2 (38). С. 9-14.
20. Грубый С.В. Расчетные параметры процесса резания и стружкообразования при точении конструкционных сталей и сплавов // Вестник машиностроения. 2006. № 1. С. 63-72.
21. Кабалдин Ю.Г. Трение и износ инструмента при резании // Вестник машиностроения. 1995. № 1. С. 26-32.
References
1. Gusev A.V., Zakuraev V.V., Khadeev S.I. Obosno-vanie vozmozhnosti kontrolya protsessa me-khanicheskoi obrabotki [Justification of the possibility to control the machining process]. Sbornik trudov Vse-rossiiskoi molodezhnoi konferentsii "Mashinostroenie -traditsii i innovatsii" [Collection of papers of All-Russia Youth Conference "Mechanical engineering - Traditions and Innovations]. Tomsk, TPU Publ., 2011, pp. 195-198. (In Russian)
2. Gusev A.V., Zakuraev V.V., Turygin Yu.V. Protsess struzhkoobrazovaniya i ego izucheniya na osnove chastotnogo i spektral'nogo analiza [Chip formation and its study based on the frequency and spectral analysis]. Intellektua'nye sistemy v proizvodstve [Intelligent systems in production]. 2013, no. 2, pp. 49-54. (In Russian)
3. Gusev A.V., Zakuraev V.V., Nichkov A.G. Predpo-sylki k sozdaniyu metoda avtomatizirovannogo vybora rezhimov rezaniya [Backgrounds for the creation of the method of automated selection of cutting modes]. Trudy IV Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii "Teplofizicheskie i tekhnologicheskie aspekty pov-ysheniya effektivnosti mashinostroitel'nogo proizvodstva (Reznikovskie chteniya)" [The works of IV International scientific and practical conference "Thermophysical and technological aspects of machine-building production efficiency improvement (Reznikovskiy's Readings)]. Tol'yatti, TGU Publ., pp. 207-214. (In Russian)
4. Gusev A.V., Zakuraev V.V., Nichkov A.G. O svyazi deformatsionnykh parametrov struzhkoobrazovaniya s kharakteristikami kolebanii pri rezanii [On the relationship of chip formation deformation parameters and vibration characteristics under cutting]. Vektor nauki Tol'yattinskogo gosudarstvennogo universiteta [Togliatti State University Vector of Science]. 2015, no. 3-1 (33-1), pp. 52-59. (In Russian)
5. Ivanova V.S. Sinergetika razrusheniya i mekhanich-eskie svoistva [Synergetics of destruction and mechanical properties]. In: Sinergetika i ustalostnoe razrushenie metallov [Synergetics and fatigue failure of metals]. Moscow, Nauka Publ., 1989, pp. 6-29. (In Russian)
6. Grabar I.G. Diskretnye yavleniya v mekhanike razrusheniya s pozitsii sinergetiki [Discrete phenomena in fracture mechanics in terms of synergy]. In: Siner-getika i ustalostnoe razrushenie metallov [Synergetics and fatigue failure of metals]. Moscow, Nauka Publ., 1989, pp. 191-199. (In Russian)
7. Bobrov V.F. Osnovy teorii rezaniya metallov [Fundamentals of metal cutting theory]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1975, 344 p. (In Russian)
8. Rozenborg A.M., Eremin A.N. Elementy teorii protsessa rezaniya metallov [Elements of the theory of metal cutting]. Moscow, Mashgiz Publ., 1956, 219 p. (In Russian)
9. Kushner V.S. Termomekhanicheskaya teoriya protsessa nepravil'nogo rezaniya plastichnykh materi-alov [Thermo-mechanical theory of improper cutting of plastic materials]. Irkutsk, IGU Publ., 1982, 180 p. (In Russian)
10. Kabaldin Yu.G. Mekhanicheskie deformatsii sre-zaemogo sloya i struzhkoobrazovaniya pri rezanii [Mechanical deformations of the cut layer and chip formation at cutting]. Vestnik mashinostroeniya [Russian Engineering Research]. 1993, no. 7, pp. 25-30. (In Russian)
11. Petrushin S.I., Proskokov A.V. Teoriya nesvobod-nogo rezaniya materialov struzhkoobra-zovaniya s razvitoi zonoi plasticheskikh deformatsii [The theory of constrained cutting of chip materials with a developed zone of plastic deformations]. Vestnik mashinostroeniya [Russian Engineering Research] 2010, no. 1, pp. 53-58. (In Russian)
12. Takhman S.I. Rezhimy rezaniya i zakonomernosti iznashivaniya tverdosplavnogo instrumenta: monografi-ya [Carbide tool cutting modes and wear patterns]. Kurgan, KGU Publ., 2001, 169 p. (In Russian)
13. Postnov V.V. Analiz deformirovannogo sostoyaniya zony struzhkoobrazovaniya pri nestatsionarnom rezanii [Analysis of the strain state of chip formation zone under non-stationary cutting]. Vestnik UGATU [Vestnik UGATU]. 2013, vol. 17, no. 8 (61), pp. 3-9. (In Russian)
14. Stahl J.-E. Metal cutting - theories and models. J. Stahl in cooperation with Seco. Division of Production and Materials Engineering. Sweden, 2012, 630 p.
15. Gusev A.V., Zakuraev V.V. Sposob opredeleniya optimal'nykh rezhimov rezaniya [The method for determining optimal cutting modes]. Patent RF, no. 2514251, 2014.
16. Talantov N.V. Fizicheskie osnovy protsessa rezaniya, iznashivaniya i razrusheniya instrumenta [Physical bases of cutting, tool wear and failure]. Moscow, Mash-inostroenie Publ., 1992, 240 p. (In Russian)
17. Sorokin V.G., Volosnikova A.V., Vyatkin S.A. [et al.]. Marochnik stalei i splavov [Steel and alloy grade guide]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1989, 640 p. (In Rus-
Критерии авторства
Авторы заявляют о равном участии в получении и оформлении научных результатов и в равной мере несут ответственность за плагиат.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Статья поступила 25.10.2016 г.
sian)
18. Makarov A.D. Optimizatsiya protsessov rezaniya [Optimization of cutting processes]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1976, 278 p. (In Russian)
19. Gorelov V.A. Razrabotka termomekhanicheskoi modeli protsessa nesvobodnogo kosougol'nogo rezaniya instrumentom, osnashchennym SMP [Development of a thermo-mechanical model of the process of constraint oblique cutting by a tool equipped with indexable inserts]. Metalloobrabotka [Metalworking]. 2007, no. 2 (38), pp. 9-14. (In Russian)
20. Grubyi S.V. Raschetnye parametry protsessa re-zaniya i struzhkoobrazovaniya pri tochenii kon-struktsionnkhy stalei i splavov [Design parameters of the cutting and chip formation process in turning structural steels and alloys]. Vestnik mashinostroeniya [Russian Engineering Research]. 2006, no. 1, pp. 63-72. (In Russian)
21. Kabaldin Yu.G. Trenie i iznos instrumenta pri rezanii [Tool friction and wear under cutting]. Vestnik mashinostroeniya [Russian Engineering Research]. 1995, no. 1, pp. 26-32. (In Russian)
Authorship criteria
The authors declare equal participation in obtaining and formalization of scientific results and bear equal responsibility for plagiarism.
Conflict of interests
The authors declare that there is no conflict of interests regarding the publication of this article.
The article was received 25 Oktober 2016
