CC BY
18
ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ И ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
УДК 621.91.01
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-3-564-568
ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗРУШЕНИЯ ВИТКА СЛИВНОЙ СТРУЖКИ КАК ПРОЦЕССА «ЛОМАНИЯ» ПРИ ТОЧЕНИИ МАТЕРИАЛОВ ГРУПП P И M ПО КЛАССИФИКАЦИИ ISO
С.Я. Хлудов, Д.С. Зябрева, Е.В. Маркова
Показано, что при точении материалов групп P и M по классификации ISO непрерывная сливная стружка является причиной невынужденной остановки оборудования и поломки инструмента. Приведена классификация способов разрушения витка сливной стружки как процессов разделения, дробления и ломания. Установлено, что разрушение стружки как процесса стружколомания является результатом дополнительного воздействия на виток со стороны препятствий, которые она встречает на пути движения после схода с передней поверхности инструмента. Обоснованы необходимые и достаточное условия разрушения витка сливной стружки как процесса стружколомания для разных ее форм.
Ключевые слова: сливная стружка, сменная многогранная пластина, виток, процесс, схема, критерии, препятствие, стружколомание.
Рациональное использование современного металлообрабатывающего оборудования повышает требования к инструментальному обеспечению. Таким требованиям в большей степени отвечают инструменты с механическим креплением сменных многогранных пластин (СМП). Одним из таких требований является обеспечение разрушения витка сливной стружки. При лезвийной обработке материалов групп P и M по классификации ISO формируется непрерывная сливная стружка. Попадая на заготовку и инструмент, она вызывает невынужденные остановки оборудования и может быть причиной поломки инструмента и появления брака. Стружка такой формы затрудняет ее транспортировку и при утилизации требует дополнительных затрат (рис. 1). Отсутствие разрушения витка сливной стружки не позволяет автоматизировать установку заготовки и выгрузку готовой детали и может быть причиной травматизма обслуживающего персонала [1-3].
В условиях современного производства при использовании высокопроизводительного оборудования: станков с ЧПУ, «обрабатывающих центов» актуальность задачи разрушения витка сливной стружки значительно возрастает, что стало результатом разработки значительного количества способов ее реализации.
Разрушение витка сливной стружки является следствием дополнительного воздействия. В зависимости от времени и места приложения дополнительного воздействия все существующие способы разрушения витка стружки реализуются как три процесса: разделения, дробления и ломания (рис. 2) [4].
Если воздействие осуществляется до начала стружкообразования процесс разрушения витка назван разделением. В том случае, когда воздействие осуществляется на виток стружки, а место разрушения совпадает с местом воздействия процесс называют дроблением, а для случая, когда разрушение отстоит на некотором расстоянии от места воздействия -ломанием.
Анализ производственного опыта показал, что наиболее широко применяемый процесс разрушения витка сливной стружки при точении это процесс ломания. Разрушение витка сливной стружки как процесса ломания является результатом его взаимодействия с препятствиями, которые он встречает на пути своего движения после схода с передней поверхности. В качестве препятствий при токарной обработке рассматриваются: обрабатываемая, обработанная поверхности заготовки, поверхность резания и задняя поверхность сменной многогранной пластины (СМП).
Рис. 1. Взаимосвязь непрерывной сливной стружки с выходными параметрами лезвийной
обработки
Рис.2. Классификация разрушения витка сливной стружки как процесса
Установлено, что стружколомание является случайным процессом и реализуется путем использования двух способов, получивших название «подбора режимов резания» и «использование специальных форм передней поверхности» [1]. Варьирование режимами резания непосредственно влияет на а1 толщину и Ь1 ширину поперечного сечения витка сливной стружки. Форма передней поверхности определяет траекторию движения стружки, радиус г витка и его форму.
При анализе информации, которой сопровождают свою продукцию фирмы изготовители установлено, что рекомендуемые области режимов резания для конкретной формы передней поверхности СМП обеспечивающих стружколомание, предлагаются на все материалы, входящих в одну из групп обрабатываемых материалов и имеющих существенное отличие по физико-механическим свойствам. Они не учитывают R радиус при вершине СМП, фд действительный главный угол в плане и V скорость резания.
Необходимым условием разрушения витка сливной стружки как процесса ломания является взаимодействие его с препятствиями, а для каждой его формы имеет место определенная схема разрушения. В качестве оценки формы витка сливной стружки использована ее классификация, предложенная Куфаревым Г.Л. [5]. Экспериментально установлено, что необходимым условием процесса ломания является придание витку стружки формы отличной от «прямой».
Анализ приведенных схем разрушения витка позволил обосновать необходимые и достаточные условия существования процесса стружколомания (рис. 2). В качестве критериев, определяющих результат взаимодействия стружки с препятствиями, приняты: жесткость витка и его критический и предельный радиусы [6]. Критическим радиусом Гкр является радиус витка, при котором происходит его разрушение, а предельным значением радиуса считается таким, при котором виток теряет устойчивость.
Рис. 2. Система необходимых и достаточных условий реализации процесса стружколомания: 1 - обрабатываемая поверхность; 2 - обработанная поверхность; 3 - задняя поверхность СМП; 4 - поверхность резания; 5 - передняя поверхность СМП; 6 - жесткость витка стружки; 7 - торможение витка; 8 - проскальзывани е; 9 - критический радиус витка; 10 - предельный радиус витка; 11 - одновитковый
элемент; 12 - «путаная» стружка; 13 - три точки контакта; 14 - усиление колебаний; 15 - гашение колебаний; 16 - непрерывная спираль; 17 - соскальзывание с передней поверхности; 18 - движение свободного конца витка вверх; 19 - движение свободного конца витка вниз; 20 - многовитковый элемент
В качестве оценки жесткости витка стружки предлагается использовать ее относительное значение Wотн:
V ,
" отн т,
ЩрЬ
где а1 - толщина стружки, мм; Dср - средний диаметр витка стружки, мм; Ъ}- ширина стружки, мм.
Экспериментально установлено, что для каждого обрабатываемого материала в узком диапазоне скоростей резания разрушению витка сливной стружки на одновитковые элементы соответствует критическое значение Wкр относительной жесткости. Экспериментальные иссле-
дования процесса стружколомания позволили определить влияние V скорости резания на величину критического значения W^ относительной жесткости. Так для стали 45 критическое значение W^ относительной жесткости находится в следующей зависимости от V скорости резания:
Wкр = 2,9 Х10" 4V0 56.
Для стали 08Х18Н10Т критические значения WRp относительной жесткости определяется из условия
WKp = 5,1x10"4V 061, а для стали ЭИ 654 (15Х18Н12С4ТЮР) по зависимости
Wкр = 1,0 x10"3V066.
Используя критические значения Wкp относительной жесткости устанавливаются возможные сочетания a1 толщины, b1 ширины и Dсp среднего диаметра витка сливной стружки для конкретного материала и V скорости резания, которые при выполнении всех необходимых условий реализуют разрушение витка сливной стружки как процесса стружколомания, то есть обеспечивают выполнение достаточного условия.
Список литературы
1. Васин С.А., Хлудов С.Я. Проектирование сменных многогранных пластин. Методологические принципы. М.: Машиностроение, 2006. 352 с.
2. Злотников Е.Г., Максаров В.В. Современные технологии переработки и брикетирования металлической стружки в автоматизированных производствах // Записки Горного института. Санкт-Петербург, 2014. Т. 209. С. 37-41.
3. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. М.: Машиностроение, 1975, 344 с.
4. Зябрева Д.С. К вопросу о процессах «дробления», «ломания» или «разделения» витка стружки // VIII Молодежная научно-практическая конференция Тульского государственного университета «Молодежные инновации». Сборник докладов. Секция: Технические науки. Часть 1. Тула: Изд-во ТулГУ, 2014. С. 107-112.
5. Куфарев Г.Л., Океанов К.Б., Говорухин В.А. Стружкообразование и качество обработанной поверхности при несвободном резании // «Местеп» - Фрунзе, 1970. 170 с.
6. Михайлов С.В., Евдокимов Д.Е. Оценка вероятности дробления стружки при об работке металлов резанием // Студенты и молодые ученые КГТУ - производству: материалы 57-ой межвузовской науч-техн. конф. молодых ученых и студентов. Кострома, Изд-во КГТУ, 2005. С.131-132.
Хлудов Сергей Яковлевич, д-р техн. наук, профессор, hs_tula_politeh@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Зябрева Дарья Сергеевна, преподаватель-исследователь, заведующий учебной части, tarketta@mail.ru, Россия, Щекино, «Щекинский политехнический колледж»,
Маркова Екатерина Витальевна, канд. техн. наук, доцент, Marta06@,yandex. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
INVESTIGATION OF THE DESTRUCTION OF THE COAT OF DRAIN SHAVINGS AS THE PROCESS OF "BREAKING" WHEN THE MATERIALS OF THE P AND M GROUPS ACCORDING TO THE ISO CLASSIFICATION
S.Y. Khludov, D.S. Zyabreva, E.V. Markova
It is shown that when the materials of the P and M groups according to the Classification of ISO, the non-interrupted drain chips is the cause of a non-foreign stop of the equipment and breakdown tool. The classification of methods for the destruction of the cooler of the drain chip as the processes of separation, crushing and breaking are given. It has been established that the destruction of chips as the chip-cracking process is the result of an additional effect on the turn from the obstacles
that it meets on the way of movement after the departure of the tool. Optional and sufficient conditions for the destruction of the coat of drain shavings as the chip-cracking process for different shapes are justified.
Key words: drain chips, replaceable multifaceted plate, turn, process, diagram, criteria, obstacle, chips.
Khludov Sergey Yakovlevich, doctor of technical sciences, professor, hs_tula_politeh@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Zyabreva Daria Sergeevna, teacher-researcher, head of the Training Unit, tarket-ta@mail.ru, Russia, Shchekino,«Shchekinsky Polytechnic College»,
Markova Ekaterina Vitalievna, candidate of technical sciences, docent, Mar-ta06@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University
