CC BY
8
Key words: welding, metal carbides, semicarbides, carbon concentration, optimal welding temperatures, activation energy of self-diffusion.
Gadalov Vladimir Nikolaevich, doctor of technical science, professor, [email protected], Russia, Kursk, Southwest State University,
Skripkina Elena Vasil'yevna, candidate of technical science, docent, lenagrant35@,mail. ru, Russia, Kursk, Southwest State University,
Besedin Aleksandr Gennad'yevich, candidate of physico-mathematical sciences, do-cent, [email protected], Russia, Kursk, Southwest State University,
Gvozdev Aleksandr Evgen'yevich, doctor of technical science, professor, [email protected], Russia, Tula, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University,
Kutepov Sergey Nikolaevich, candidate of pedagogical science, docent, kutepov. sergei@mail. ru, Russia, Tula, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University,
Pantjuhin Oleg Viktorovich, candidate of technicale sciences, docent, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.96
ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ МНОГОСТУПЕНЧАТЫХ РЕЖУЩИХ ПЛАСТИН С ДИСКРЕТНЫМ ИСПОЛНЕНИЕМ РЕЖУЩЕЙ КРОМКИ
С.Я. Хлудов, М.О. Борискина, А.С. Хлудов, А.О. Чечуга
Исследования проводились в производственных и лабораторных условиях с использованием промышленного оборудования и современных измерительных средств. Установлена закономерность влияния дискретной режущей кромки на температуру резания, стойкость режущей пластины и силу резания при черновом точении материалов групп P и M.
Ключевые слова: режущая пластина, стружкообразование, износ, задняя поверхность, составляющие силы резания, скорость резания.
В качестве объекта исследования были приняты экспериментальные многоступенчатые режущие пластины с дискретным исполнением режущей кромки.
Экспериментальные пластины изготавливались на инструментальном производстве ООО «Щекинский завод РТО». Формирование формы дискретной режущей кромки осуществлялось на режущей пластине электроэрозионным методом с использованием адаптивной системы выбора режима обработки станка «Sodick» мод. AQ 535L в соответствии с материалом обрабатываемого изделия.
При проведении экспериментов использовались режущие пластины трех исполнений. В первом случае многоступенчатая режущая пластина 8МУЮ 190616 (рис. 1) имела плоскую переднюю поверхность на трех ступенях, которые выполнены с равными радиусами при вершине
= Я2 = = 1,6мм и с равными радиусами гп; переходных участков режущей кромки
ГП1 = гп2 = Гп3 = 0,1мм .
Рис. 1 Экспериментальная многоступенчатая режущая пластина SNMG190616 с дискретным исполнением режущей кромки
на трех ступенях
Количество ступеней режущей пластины выбиралось с учетом значения глубины резания X = 6 мм. Каждая из ступеней срезала припуск с ^=2 мм.
Во втором случае, многовершинная режущая пластина БЫМС 190616 (рис. 2) имела плоскую переднюю поверхность на трех ступенях, которые выполнены с радиусами при вершине
= 2,4мм; Я2 = = 0,8мм и с равными радиусами Гш переходных участков режущей кромки
ГП1 = гп2 = гп3 = 0,2мм .
Рис. 2. Экспериментальная многоступенчатая режущая пластина SNMG190616 с исполнением режущей кромки на первой ступени
по лекальной кривой
78
На первой ступени активная часть режущей кромки формировалась по лекальной кривой. Количество ступеней режущей пластины выбиралось с учетом значения глубины резания 1 = 3,5 мм. Первая ступень срезала припуск глубиной резания 11=0,5мм, а вторая и третья ступени, соответственно, 12=1з=1,5мм. Оценка результатов экспериментальных исследований многоступенчатой режущая пластины осуществлялось в сравнении с результатами полученными при точении режущей пластиной БЫМС 190616 стандартного исполнения с плоской передней поверхностью (рис. 3).
Рис. 3. Режущая пластина ЛЛ1/6 190616 стандартного исполнения
с плоской передней поверхностью
В третьем случае многоступенчатая режущая пластина БЫМС 190608 (рис. 4) имела плоскую переднюю поверхность на двух ступенях, которые выполнены с радиусами при вершине ступени
= 1,2мм ; Я2 = 0,8мм , и с равными радиусами гп; переходных участков режущей кромки
ГП1 = Гп2 = гп3 = 0,15мм , и переднюю поверхность с индексом ММ на ступенях с радиусами при
Рис. 4. Экспериментальная многоступенчатая режущая пластина SNMG190608 (-ММ) с двумя ступенями с плоской передней поверхность и с передней поверхность с индексом ММ
вершине
Яг = 1,2мм ; Я2 = 0,8мм .
Количество ступеней режущей пластины выбиралось с учетом значения глубины резания t = 3,0 мм. Первая ступень и вторая ступени, соответственно, ^=2=1,5мм.
В качестве обрабатываемых материалов использовались стали групп Р и М по классификации ISO: 10; 45; 45Х1; 30ХГСА; 08Х18Н10Т; ЭИ 652.
Стойкостные эксперименты проводились на токарном станке 16К20. Резец устанавливался по линии центров. Положение вершины резца относительно линии центров фиксировалось с помощью рейсмуса или с использованием концевых мер длины. Износ пластины контролировался по задней поверхности с помощью инструментального микроскопа МИР-1.
Температура резания определялась методом естественно образующейся термопары [10]. Для исключения влияния «паразитных» термопар отсчет значений осуществлялся в момент стабилизации показаний милливольтметра через 3 4с после начала обработки.
Составляющие силы резания измерялись при помощи динамометра УДМ-600. В начале каждого эксперимента проводилась тарировка динамометра. Полученные сигналы передавались на усилитель, а с него на компьютер, оснащенный специальной измерительной платой La-2М.
Для преобразования сигналов использовалась программа «ADCLab». Эта программа позволяет увидеть сигнал, измеряемый с помощью устройства АЦП, в реальном времени, а также его спектр. Результаты измерения сохранялись в виде файлов с расширением dat. Используя программу «ADCLab» и данные тарировки устанавливались результаты измерения силы резания.
Разделение припуска на части, предопределяет разделение тепловых потоков. Каждая ступень работает в условиях меньших тепловых нагрузок и, соответственно, в более благоприятных условиях по сравнению с работой режущей пластины стандартного исполнения.
Экспериментальная многоступенчатая режущая пластина SNMG 190616 с дискретным исполнением режущей кромки на трех ступенях при точении с подачей s=0,39 мм/об и глубиной резания t=6мм, что соответствует режимам чернового точения, имела длину активной части режущей кромки Lа = 8,13мм. Длина активной части режущей кромки режущей пластины SNMG 190616 стандартного исполнения при тех же условиях работы была 5,36 мм (рис. 5).
Таким образом, при равных условиях обработки экспериментальная многоступенчатая режущая пластина SNMG 190616 с дискретным исполнением режущей кромки на трех ступенях имела на 36% большую длину ее активной части по сравнению с режущей пластиной SNMG 190616
80
стандартного исполнения. Увеличение активной части режущей кромки, как отмечают многие исследователи, обеспечивает более интенсивный отвод образующегося при точении тепла, что снижает среднюю температуру резания [10, 27, 34].
Рис. 5. Длина Ьа активной части режущей кромки режущих пластин с многоступенчатым и стандартным исполнением при 8=0,39 мм/об
и 1=6мм
При точении стали 45Х1 экспериментальной многоступенчатой режущей пластины 8КМО 190616 с дискретным исполнением режущей кромки на трех ступенях со скоростью резания У=196м/мин, подачей Б=0,39мм/об и глубиной резания 1=6мм при измерении методом естественно образующейся термопары были получены показания милливольтметра 7,1 мВ. При работе режущей пластиной стандартного исполнения с плоской передней поверхностью показания равнялись 9,4 мВ (рис. 6). Из рис. 6 видно, что при точении экспериментальной многоступенчатой режущей пластины 8КМО 190616 с дискретным исполнением режущей кромки на трех ступенях разделение тепловых потоков и увеличение активной части режущей кромки обеспечивает уменьшение средней температуры резания по сравнению с режущей пластиной стандартного исполнения на 20...25%.
В процессе работы экспериментальной многоступенчатой режущей пластина 8КМО 190616 с исполнением режущей кромки на первой ступени по лекальной кривой при точении с подачей б=0,43 мм/об и глубиной резания 1=3,5мм, что соответствует режимам чернового точения, имела длину активной части режущей кромки Ьа = 4,43мм. Длина активной части режущей кромки режущей пластины 8КМО 190616 стандартного исполнения при тех же условиях работы была 3,16 мм. При равных условиях обработки экспериментальная многоступенчатая режущая пластина 8КМО
190616 с исполнением режущей кромки на первой ступени по лекальной кривой имела на 28% большую длину ее активной части по сравнению с режущей пластиной 8КМО 190616 стандартного исполнения.
Рис. 6. Влияние дискретного исполнения режущей кромки
на термо-ЭДС
При точении стали 30ХГСА экспериментальной многоступенчатой режущей пластины 8КМО 190616 с исполнением режущей кромки на первой ступени по лекальной кривой со скоростью резания У=174м/мин, подачей Б=0,43мм/об и глубиной резания 1=3,5мм при измерении методом естественно образующейся термопары были получены показания милливольтметра 6,4мУ. При работе режущей пластиной стандартного исполнения с плоской передней поверхностью показания равнялись 8,1 мУ. Из приведенных результатов видно, что при точении экспериментальной многоступенчатой режущей пластины 8КМО 190616 с исполнением режущей кромки на первой ступени по лекальной кривой разделение тепловых потоков и увеличение активной части режущей кромки обеспечивает уменьшение средней температуры резания по сравнению с режущей пластиной стандартного исполнения на 23%.
Анализ результатов полученных при точении многоступенчатой режущей пластиной показал, что разделение припуска на части обеспечивает снижение температуры резания по сравнению со стандартной режущей пластиной на 20 - 25%, что объясняется увеличением длины активной части режущей кромки и разделения тепловых потоков по ступеням.
При сохранении постоянной площади поперечного сечения среза силы резания уменьшаются по мере уменьшения ширины и одновременно увеличения толщины [10, 27, 34]. При использовании многоступенчатых режущих пластин разделение припуска на части приводит к уменьшению силы резания. Тангенсальная составляющая силы резани Р2 при точении
стали 45 и 08Х18Н10Т со скоростью У=126м/мин, подачей Б=0,26мм/об и глубиной резания 1=3 мм режущей пластиной 8КМО 190608 (-ММ) с двумя ступенями с плоской передней поверхность и с передней поверхность с индексом ММ, соответственно на 5% и 18% была меньше, чем при работе режущей пластиной режущей пластиной 8КМО 190608-ММ.
Измерение составляющих силу резания показало, что дискретная режущая кромка оказывает влияние на соотношение радиальной и осевой составляющих силы резания. Уменьшение радиальной Ру составляющей силы резания при использовании режущей пластиной 8КМО 190608 (-ММ) с двумя ступенями с плоской передней поверхность и с передней поверхность с индексом ММ по отношению к результатам, полученным при точении СМП стандартного исполнения, составило 15...20%, что позволяет предполагать о возможности повышения виброустойчивости.
Стойкость многоступенчатой режущей пластины контролировалась по величине 8 износа задней поверхности на каждой из ступеней. По полученным результатам построены графики изменения износа по задней поверхности в зависимости от времени работы резца (рис. 7).
Рис. 7. Изменение ширины фаски износа задней поверхности при точении стали 08Х18Н10Т при скорости резания V = 126 м/мин,
8=0,26мм/об и 1=3мм режущими пластинами: 1 - стандартного исполнения; 2 - на второй ступени SNMG190608 с двумя ступенями;
3 - на первой ступени SNMG190608 с двумя ступенями
Из графиков видно, что разделение тепловых потоков и уменьшение глубины резания, обеспечило повышение стойкости на второй ступени в 1,75 раза по сравнению со СМП стандартного исполнения. При точении пластиной с двумя ступенями нарастание износа задней поверхности на первой ступени происходит равномерно вдоль всей активной части режущей кромки.
Результаты измерения шероховатости обработанной поверхности при точении экспериментальной многоступенчатой режущей пластины 8КМО 190616 с исполнением режущей кромки на первой ступени по лекальной кривой и режущей пластиной стандартного исполнения режущей кромки приведены на рис. 8.
мкм
20 15 10
0 0,1 0,2 0,3 0,4 в, об/мин
Рис. 8. Влияние подачи на шероховатости обработанной поверхности
при точении стали 30ХГСА со скоростью резания V = 154 м/мин и глубине резания * = 3мм резцом, оснащенным СМП: 1 - 8ММС190616;
2 - SNMG190616 с исполнением режущей кромки на первой ступени
по лекальной кривой
При точении СМП - 8КМО 190616 стандартного исполнения шероховатость обработанной поверхности заготовки из стали 30ХГСА была выше шероховатости, полученной при точении СМП с двумя ступенями, на всем диапазоне изменения подачи.
Список литературы
1. Борискин О.И., Зябрев С.В., Хлудов С.Я. Исследование работоспособности режущих пластин с дискретным исполнением режущей кромки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2010. Вып. 2. Ч. 1. С. 130-135.
2. Хайкевич Ю.А., Хлудов С.Я., Хлудов В.С. Исследование влияния формы режущей кромки у вершины СМП на процесс чистового точения // Известия Тульского государственного университета. Технология машиностроения, 2006. Вып. 5. С. 156 - 159.
3. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов [Текст] / В.Ф. Бобров. М.: Машиностроение, 1975. 344с.
4. Борискин О.И., Зябрев С.В., Нуждин А.В., Хлудов С.Я. Многофункциональные сменные многогранные пластины //Сборник тезисов и аннотаций XV МНТК «Фундаментальные проблемы техники и технологии -2012» Москва-Орел.: Изд-во «Спектр». С.246-248.
84
Хлудов Сергей Яковлевич, д-р техн. наук, профессор, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Борискина Маргарита Олеговна, аспирант, polyteh2010@mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Хлудов Алексей Сергеевич, аспирант, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Чечуга Антон Олегович, студент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
STUDIES TO CAPACITY TO WORKMNOGOSTUPENCHATYH CUTTING PLATES WITH DISCRETE PERFORMANCE OF THE CUTTING EDGE
S.Y. Khludov, M.O. Boriskina, A.S. Khludov, A.O. Chechuga
The Studies were conducted in production and laboratory condition with use the industrial equipment and modern measuring facilities. The Installed regularity of the influence of the discrete cutting edge on the temperature of the cutting, stability of the cutting plate and power of the cutting at черновом sharpening material of the groups P and M.
Key words: cutting plate, shaving, wear-out, back surface, forming power of the cutting, velocity of the cutting.
Khludov Sergei Yakovlevich, doctor of technical sciences, professor, polyteh2010@,mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Boriskina Margarita Olegovna, postgraduete, polyteh2010@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Khludov Aleksey Sergeevich, postgraduete, _polyteh2010@,mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Chechuga Anton Olegovich, student, polyteh2010@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
