CC BY
5
МРНТИ 55.03.35
https://doi.org/10.48081/FWEF4980 Б. Т. Мардонов1, Ж. Р. Равшанов2, *К. Т. Шеров3, Б. К. Смайлова4
1 От т и и и и
1,2Навоиискии государственный горный институт, Узбекистан, г. Навоий;
3Казахский агротехнический университет имени С. Сейфуллина, Республика Казахстан, г. Нур-Султан; 4Карагандинский технический университет, Республика Казахстан, г. Караганда;
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТВЕРДОСТИ ОБРАБАТЫВАЕМОГО МАТЕРИАЛА НА ОПТИМАЛЬНУЮ СКОРОСТЬ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ПРИРАБОТКИ
Предварительная приработка как метод повышения стойкости и надежности инструмента экономически оправдана применительно к дорогостоящему инструменту, работа которых сопряжена с большими материально-техническими затратами. К таким инструментам можно отнести фасонные, зуборезные, шлице обрабатывающие инструменты и другие. Годовые затраты на эксплуатацию данной группы инструментов зачастую превышают расходы, связанные с обслуживанием самого станка. Многофакторность процесса износа режущего инструмента является основной причиной, затрудняющей строгое математическое описание этого явления, поэтому методика исследования предусматривала сведение нежелательного фактора к минимуму и усиление интересующего. Это достигалось путем многократных повторений одной и той же серии опытов с соответствующим подсчетом критериев адекватности, либо проведением лабораторных опытов при варьировании одним или двумя факторами процесса при строгом соблюдении постоянства остальных.
В данной статье приводятся результаты исследования влияния твердости обрабатываемого материала на оптимальную скорость предварительной приработки. Установлено, что эффективность предварительной приработки режущего инструмента можно повысить, если использовать в качестве приработочного материала стали с повышенной твердостью. Исследование выполнено в рамках грантового проекта БВ-Атех-2018-374 «Усовершенствование технологии производства зубчатых колёс в условиях Республики Узбекистан».
Ключевые слова: приработка, режущий инструмент, качества, твердость, деформационное упрочнение.
Введение
Высокие темпы развития машиностроения, широкое внедрение автоматических линий, станков с числовым программным управлением и гибких производственных
систем выдвигают задачу наиболее полного обеспечения современного оборудования надежным и высокопроизводительным инструментом [1, 2]. Особое внимание следует уделять операциям обработки, которые требуют больших затрат времени, режущего инструмента, специальных приспособлений.
Существования оптимальных режимов предварительной приработки инструмента является в теоретическом и экспериментальном плане доказанной, однако быстрое и надёжное их определение остаётся открытым вопросом. Учитывая, что доминирующую роль в процессе формирования износостойких контактных вторичных структур играют процессы деформационного упрочнения, оптимизация режимов предварительной приработки необходимо решать с деформационно-термических позиции. Деформационные процессы упрочнения при приработке инструмента реализуется на фоне технологические факторов, поэтому при решении задач оптимизации приработки необходимо учитывать все технологические особенности эксплуатации конкретного типа инструмента [3-5].
Материалы и методы
Многочисленными экспериментальными исследованиями установлено [6-8], что для большинства металлорежущих инструментов оптимальные условия предварительной приработки лежат в области заниженных режимов резания, достичь которые можно за счет снижения либо скорости резания, либо подачи. Для уточнения эффективности приработки при варьировании различных параметров режимов резания была приведена специальная серия опытов, когда оптимальный режим достигался путем автономного занижения скорости и подачи. На рисунке 1 представлено влияние соотношение подач и скоростей предварительнойэксплуатации на степень повышения стойкости. Эксперименты выполнялись в цеховых условиях ПО НМЗ ГП НГМК при эксплуатации червячной фрезы т = 6,0 мм из Р6М5Ф при обработке зубчатых колес Z=38, шириной венца В=40 мм. Резания осуществляли в условиях полива сульфофрезолом. Анализируя представленные результаты, следует, что на практике возможна приработка инструмента путем занижения скорости и подачи, так как в обоих случаях имеется оптимум, приработка на которых обеспечивает максимум повышения стойкости. Однако эффект повышения стойкости при приработке на оптимальной скорости превышает таковую по сравнению с приработкой на оптимальной подаче. Действительно в первом случае повышение стойкости достигло 2,3 раз, в то время как во втором лишь 1,85. Другой отличительной особенностью является то, что оптимальный режим приработки по скорости достигается при меньшем соотношении скорости приработки к скорости резания по сравнению с отношением подач. Так, оптимальное соотношение скоростей составило 0,63, в то время как оптимальное соотношение подач 0,85.
5./Э
1 - при варьировании скорости резания; 2 - при варьировании подачи. Рисунок 1 - Влияние режимов предварительной приработки на повышение стойкости червячной фрезы т = 6 мм из Р6М5Ф ^ = 2,01 мм/об)
Аналогичные результаты имеют место и при точении, которые представлены на рисунке 2.
0,2 0 4 О.Ь 0ГЯ
(5 ./Я
1 - при варьировании скорости резания; 2 - при варьировании подачи.
Рисунок 2 - Влияние режимов предварительной приработки на стойкость резца из Р18 при точении стали 40Х
В отличие от зубофрезерования оптимальное соотношение скоростей при точении превысило оптимальное соотношение подач, в частности, относительная оптимальная скорость составила 0,775, а оптимальная подача - 0,7. Эффект повышения стойкости при приработке заниженной скорости почти в два раза превысил по сравнению с приработкой на заниженной подаче. Таким образом, можно считать, что приработка на оптимальной скорости резания эффективнее приработки на оптимальной подачи, и этот процесс варьировании скорости резания реализуется значительно проще. Оптимальный режим предварительной приработки инструмента обеспечивает наилучшие деформационно-тепловые условия упрочнения, который дополнительно можно повысить, если осуществлять
предварительную приработку на более твердом материале. Для уточнения этого обстоятельства специальными экспериментами было проведено исследование по выяснению влияния твердости обрабатываемого материала на износостойкость вторичной контактной структуры.
Результаты и обсуждение. Результаты данной серии опытов представлены на рисунке 3, где представлено влияние отношения твердости обрабатываемого материала к инструментальному на степень повышения стойкости инструментального материала после приработки по отношению к обычному инструменту.
ТА
4,0 3,0
2,0 1,0
0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 н„/н„
Рисунок 3 - Влияние отношения твёрдостей обрабатываемого (Нд) и инструментального (Ни) материалов на величину повышения стойкости предварительной приработки
Зависимость носит монотонно возрастающей характер, показывая, что с повышением твердости обрабатываемого материала эффект упрочнения рабочих поверхностей инструмента возрастает, при этом степень повышения стойкости может достигать значения на уровне 4,5... 4,6 раз. Характер указанной зависимости еще раз подтверждает, что в механизме формирования износостойкой вторичной контактной структуры важную роль играют деформационные процессы. Серьезным ограничивающим фактором, сдерживающим использование в качестве приработочных материалов более твердых металлов и сплавов, является потеря формоустойчивости режущего клина, когда вследствие высоких контактных нагрузок происходит пластическая его деформация с ухудшением режущих свойств, вызванных изменением геометрии режущей кромки.
Согласно существующим представлениям [9, 10] потеря формоустойчивости имеет место если отношение твердости инструментального материала к обрабатываемому перевисит 1,4.1,6. Тогда границу потери формоустойчивости на рисунке 3 можно изобразить вертикалью, проведенной через ось абсцисс на уровне "7 ~ 0,66. Двукратное повышение стойкости имеет место начиная с
соотношения твердостей на уровне 0,5. Поэтому диапазон твердостей обрабатываемых материалов, обеспечивающих двукратное повышение стойкости, составит 0,5.. .0,65. Выводы
Эффективность предварительной приработки режущего инструмента можно повысить, если использовать в качестве приработочного материала стали с повышенной твердостью и их соотношением на уровне 0,5. Более высокие контактные нагрузки, возникающие в процессе резания, обеспечивают большее деформационное упрочнение и сокращают время приработки. При этом обеспечивается двукратное повышение стойкости инструмента.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Дегтярёв, Н. М., Пастухов, А. Г. Характеристика электромеханической обработки при изготовлении и ремонте деталей машин // Агроинженерия - №1 (52). - 2012. - С. 74-77.
2 Доценко, А. И., Буяновский, И. А. Триботехника : Учебник. - 2-е издание, перераб. и доп. - М. : ИНФРА-М, 2020. - 399 с.
3 Шумейко, И. А., Касенов, А. Ж., Абишев, К. К. Роль машиностроения и особенности развития отрасли в Казахстане // Наука и техника Казахстана. -
2019. - № 4. - С. 81-89.
4 Ханцевич, А. В. Криогенные технологии повышения производительности процессов резания металлов : Монография. - Пенза : «Наука и Просвещение»,
2020. - С. 98-108.
5 Ходжибергенов, Д. Т., Шеров, К. Т., Касенов, А. Ж., Хожибергенова,
У. Д. Проблемы выбора технологии обработки нововнедренных материалов в производство // Наука и техника Казахстана. - 2018. - № 2. - С. 111-117.
6 Якубов, Ф. Я., Ким, В. А., Якубов, Ч. Ф. Особенности проявления закономерностей физической мезомеханики при трении и износе // Ученые записки Крымского инженерно-педагогического университета. - 2009. - № 18.
- С. 5-9.
7 Ким, В. А., Якубов, Ф. Я., Симашев, Э. Г. Способ повышения стойкости металлорежущего инструмента. А.С №1055991 от 22.07.1983.
8 Жумаев, А. А., Равшанов, Ж. Р., Исаев, Д. Т. Роль деформационно-термических процессов в структурной приспосабливаемости режущего инструмента. // Материалы Научном журнале «Вестник магистратуры». Т. 6-5 (69).- Россия, Республика Марий Эл, г. Йошкар-Ола, 2017. - С. 43.
9 Клепиков, В. В. Определение жесткости упругой технологической системы токарных и фрезерных станков статическим и производственным методами.
- М. : МГИУ, 2011. - 35 с.
10 Юликов, М. И., Горбунов Б. И., Колесов, Н. Б. Проектирование и производство режущего инструмента. - М. : Машиностроение, 2007. - 296 с.
REFERENCES
1 Degtyarov, N. M., Pastukhov, A. G. Kharakteristika elektromekhanicheskoy obrabotki pri izgotovlenii i remonte detaley mashin [Characteristics of electromechanical processing in the manufacture and repair of machine parts]. Agroengineering - № 1 (52). - 2012 .- P. 74-77.
2 Dotsenko, A. I., Buyanovskiy, I. A. Tribotekhnika [Tribotechnics] : Textbook.
- 2nd edition, revised. and add. - Moscow : INFRA-M, 2020. - 399 p.
3 Shumeyko, I. A., Kasenov, A. Zh., Abishev, K. K. Rol' mashinostroyeniya i osobennosti razvitiya otrasli v Kazakhstane [The role of mechanical engineering and the development of the industry in Kazakhstan]. Science and technology of Kazakhstan.
- 2019. - No. 4. - P. 81-89.
4 Hantsevich, A. V. Kriogennyye tekhnologii povysheniya proizvoditel'nosti protsessov rezaniya metallov [Cryogenic technologies for increasing the productivity of metal cutting processes] : Monograph. - Penza : Science and Education, 2020. -P. 98-108.
5 Khodzhibergenov, D. T., Sherov, K. T., Kasenov, A. Zh., Khozhibergenova, U. D.
Problemy vybora tekhnologii obrabotki novovnedrennykh materialov v proizvodstvo [Problems of choosing a technology for processing newly introduced materials into production]. Science and Technology of Kazakhstan. - 2018. - No 2. - P. 111-117.
6 Yakubov, F. Ya., Kim, V. A., Yakubov, Ch. F. Osobennosti proyavleniya zakonomernostey fizicheskoy mezomekhaniki pri trenii i iznose [Features of the manifestation of the regularities of physical mesomechanics during friction and wear] Uchenye zapiski of the Crimean Engineering Pedagogical University. - 2009. -No 18. - P. 5-9.
7 Kim, V. A., Yakubov F. Ya., Simashev E. G. Sposob povysheniya stoykosti metallorezhushchego instrumenta [A method for increasing the durability of a metal-cutting tool]. A.S No. 1055991, dated 07.22.1983.
8 Zhumayev, A. A., Ravshanov, Zh. R., Isayev, D. T. Rol' deformatsionno-termicheskikh protsessov v strukturnoy prisposablivayemosti rezhushchego instrumenta [The role of deformation-thermal processes in the structural adaptability of the cutting tool]. Materials of the Scientific journal «Bulletin of magistracy». T. 6-5 (69). Russia, Republic of Mari El, Yoshkar-Ola, 2017. - P. 43.
9 Klepikov, V. V. Opredeleniye zhestkosti uprugoy tekhnologicheskoy sistemy tokarnykh i frezernykh stankov staticheskim i proizvodstvennym metodami [Determination of the stiffness of the elastic technological system of turning and milling machines by static and production methods]. - Moscow : MGIU, 2011 - 35 p.
10 Yulikov, M. I., Gorbunov, B. I., Kolesov, N. B. Proyektirovaniye i proizvodstvo rezhushchego instrumenta [Design and manufacture of cutting tools]. - Moscow : Mashinostroenie, 2007. - 296 p.
Материал поступил в редакцию 17.12.21.
Б. Т. Мардонов1, Ж. Р. Равшанов2, *К. Т. Шеров3, Б. К. Смайлова4
1,2Науайы мемлекетлк тау-кен институты, Эзбеюстан, Науайы к;
3С. Сейфуллин атыцд^ы казак агротехникалык университетi,
Казахстан Республикасы, Нур-Султан к.;
4КараFанды техникалык университет^
Казакстан Республикасы, КараFанды к.
Материал баспаFа 17.12.21 тYстi.
ЭЦДЕЛЕТШ МАТЕРИАЛДЬЩ ЦАТТЫЛЫFЫНЫЦ АЛДЫН-АЛА ЭЦДЕУДЩ ОЦТАЙЛЫ ЖЫЛДАМДЬНЫНА ЭСЕР1Н ЗЕРТТЕУ
Куралдыц турацтылыгы мен сетмдШгт арттыру ddici реттде алдын-ала жумыс цымбат цуралга цатысты экономикалъщ тургыдан нег1зделген, оныц жумысы улкен материалдыц-техникалыц шыгындармен байланысты. Мундай цуралдарга тштд^ тic кескш, шлицтi вцдейтт цуралдар жэне басцалар жатады. Осы цуралдар тобын пайдалану барысында жылдыц взтдт шыгындар квбтесе бшдектщ цыимет кврсету цызметтен асып туседь Кесу цуралыныц тозу процесШц квп факторлы болуы бул цубылыстыц цатац математикалыц сипаттамасын циындататын негiзгi себеп болып табылады, сондыцтан зерттеу эдicтемеci цажет^з факторды азайтуга жэне цызыгушылыцты арттыруга мумктдж бердi.
Буган сэйкестж критерийлерт тиicтi санаумен бiрдей тэжiрибелер сериясын бiрнеше рет цайталау арцылы немесе калган факторлардыц турацтылыгын цатац сацтай отырып, процестщ бiр немесе ет факторымен взгеретт зертханалыц тэжiрибелер жyргiзу арцылы кол жеткiзiлдi.Бул мацалада вцделген материалдыц цаттылыгыныц алдын-ала вцдеудщ оцтайлы жылдамдыгына эсерт зерттеу нэтижелерi келтiрiлген. Каттылыгы жогарылаган болатты жумыс материалы реттде цолдану, кесу цуралын алдын-ала вцдеудщ тшмдшшн арттыруга болатындыгы аныцталды. Зерттеу БВ-Атех-2018-374 «взбекстан Республикасы жагдайында тicтi двцгелектердi вндiру технологиясын жетiлдiру» гранттыц жобасы шецбертде орындалды.
Кiлттi свздер: вцдеу, кесу цуралы, сапасы, цаттылыгы, деформациялыц берiктендiру.
B. T. Mardonov1, Zh. R. Ravshanov2, *K. T. Sherov3, B. K. Smaylova4
1,2Navoi State Mining Institute, Republic of Uzbekistan, Navoi;
3Saken Seifullin Kazakh AgroTechnical University,
Republic of Kazakhstan, Nur-Sultan;
4Karaganda Technical University, Republic of Kazakhstan, Karaganda.
Material received on 17.12.21.
RESEARCH oN THE INFLUENCE oF THE PRoCESSED MATERIAL HARDNESS oN THE oPTIMAL SPEED oF PREWoRKING
Preliminary running-in as a method of increasing the durability and reliability of a tool is economically justified in relation to an expensive tool, the work of which is associated with large material and technical costs. These tools include shaped, gear cutting, slotting tools and others. The annual operating costs of this group of tools often exceed the costs associated with maintaining the machine itself. The multifactorial nature of the process of cutting tool wear is the main reason that complicates a rigorous mathematical description of this phenomenon; therefore, the research methodology provided for minimizing the undesirable factor and strengthening the one of interest. This was achieved by multiple repetitions of the same series of experiments with the appropriate calculation of the adequacy criteria, or by conducting laboratory experiments with varying one or two process factors, while strictly observing the constancy of the rest. This article presents the results of a study of the influence of the hardness of the processed material on the optimal speed of preliminary running-in. The study was carried out within the framework of the grant project BV-Ateh-2018-374 «Improvement of the technology for the production of gear wheels in the conditions of the Republic of Uzbekistan».
Keywords: running-in, cutting tools, qualities, hardness, strain hardening.
Теруге 17.12.21 ж. жiберiлдi. БасуFа 27.12.21 ж. кол койылды. Электрондык баспа 5,07 Mb RAM
Шартты баспа Ta6aFbi 9,15 Таралымы 300 дана. БаFасы келiciм бойынша. Компьютерде беттеген: Е. Е. Калихан Корректор: А. Р. Омарова
Тапсырыс № 3875
«Toraighyrov University» баспасынан басылып шь^арыетан ТораЙFыров университетi 140008, Павлодар к., Ломов кеш., 64, 137 каб.
«Toraighyrov University» баспасы ТораЙFыров университет 140008, Павлодар к., Ломов к., 64, 137 каб. 67-36-69
e-mail: kereku@tou.edu.kz nitk.tou.edu.kz
