CC BY
49
3. Сутягин О.В. Контактное взаимодействие твердых тел / О.В. Сутягин. Калинин: КГУ, 1986. 35 с.
4. Пряхин И.В. Особенности контактного взаимодействия рабочих поверхностей подшипника при нанесении функционального покрытия в процессе их совместной доработки в собранном виде / И.В. Пряхин, О.Ю. Давиденко // Вестник СГТУ. 2009. №3(41) Вып. 2. С. 61-164.
Пряхин Иван Владимирович -
аспирант кафедры «Технология машиностроения» Саратовского государственного технического университета
Давиденко Олег Юрьевич -
доктор технических наук, профессор, декан машиностроительного факультета Саратовского государственного технического университета
Pryahin Ivan Vladimirovich -
post-graduate faculty «Technology of mechanical engineering» Saratov State Technical University
Davidenko Oleg Yurevich -
Doctor of technical sciences, professor,
dean of faculty of machine-building Saratov
State Technical University
Статья поступила в редакцию 11.05.2011, принята к опубликованию 24.06.2011
УДК 621.91
Д.И. Седов, Т.Г. Насад
КАЧЕСТВО ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ОБРАБОТКИ С НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ
Исследовано качество обработанной поверхности деталей из труднообрабатываемых материалов. Получены зависимости, устанавливающие взаимосвязь между температурой резания, скоростью резания и шероховатостью поверхности.
Качество поверхности, скорость резания, температура резания
D.I. Sedov, Т-G. Nasad
QUALITY OF PROCESSING SURFACE UNDER SPEEDIEST PROCESSING WITH
LOW-TEMPERATURE BY COOLING
Explored quality of processing surface of details from hard-processed material. Received dependencies, installing intercoupling between the temperature of cutting, velocity of cutting and quality surface.
Quality of surface, velocity of cutting, temperature of cutting
К современной продукции машиностроения предъявляют всё более жесткие требования по качеству, надёжности и долговечности агрегатов и узлов, что ведет к применению новых материалов с высокими эксплуатационными свойствами, такими как: жаропрочность, жаростойкость, высокопрочность, кислотостойкость, износостойкость и пр. В основном та-
кие материалы являются труднообрабатываемыми, характеризуются повышенным теплообразованием в зоне резания, что влияет на стойкость режущих материалов и ограничивает диапазон применимых скоростей, следовательно, возрастает время на обработку и увеличивается себестоимость изготовления.
Для компенсации неблагоприятных факторов, связанных со свойствами труднообрабатываемых материалов, на первый план выходят способы оптимизации и модернизации производства с применением методов обработки, основанных на структурных изменениях обрабатываемого материала в процессе резания и увеличении производительности за счёт повышения скорости обработки.
Существует множество способов изменения структуры обрабатываемого материала, например термические (высокотемпературные и низкотемпературные), химическо-термические, магнитные, облучение малыми дозами гамма-квантов или электронов и другие способы, а также различные их комбинации [1].
Одним из способов воздействия на физические свойства материалов является предложенный метод высокоскоростной обработки с дополнительным охлаждением, подробно рассмотренный в [3].
Теоретические и экспериментальные исследования в области тепловых явлений возникающих при ВСО с предварительным охлаждением, показали:
- При высокоскоростном точении с дополнительным охлаждением титановых сплавов с увеличением скорости резания с 80 до 120 м/мин происходит снижение теплового потока на 8,5 - 11,2 %.
- Предварительное охлаждение заготовки от 293°К (+20°С) до 250°К (-20°С) снижает тепловую нагрузку на 5,34 - 8,7%.
- Совокупное снижение температуры в зоне резания составляет 15 - 19%.
- Температурный запас позволяет увеличивать скорость обработки титана (температурное ограничение для титановых сплавов - возгорание пыли при 1400°С, возгорание стружки при 1600°С).
Однако процесс формирования шероховатости поверхности, образующейся после ВСО с предварительным охлаждением, требует детального изучения.
Шероховатость обработанной поверхности определяется наличием в профиле периодической и случайной составляющих. Периодическая составляющая профиля шероховатой поверхности зависит от геометрии режущего инструмента, способа его заточки, режимов резания и колебаний в зоне резания. Случайная составляющая зависит от интенсивности протекания пластических деформаций при резани и режимов обработки, механических свойств обрабатываемого материала, геометрии режущего инструмента. Известны зависимости, выражающие численную величину различных структурных составляющих профиля шероховатой поверхности от различных факторов при традиционных способах механообработки [2].
В случае ВСО с дополнительным охлаждением данные закономерности не работают, поскольку имеет место изменение механических свойств обрабатываемого материала. В работах Степанова Г.В., Насад Т.Г. и др. приведён анализ высокоскоростного резания, при котором был выявлен эффект охрупчивания, также из материаловедения и работ, проведённых Кумабе Д. по исследованию низкотемпературного резания, был подтверждён эффект низкотемпературного охрупчивания у углеродистых сталей (ОЦК-решётка) при (-18°С) - (-20°С). В обоих направлениях исследования результатом охрупчивания стало уменьшение доли пластической деформации при формировании шероховатой поверхности при резани с высокими скоростями, также и при резании с низкими температурами, следствием стало уменьшение доли случайной составляющей.
В ходе проведённой работы было исследовано совокупное влияние скорости и предварительного охлаждения заготовки на качество поверхности таких марок стали как Ст45,
30ХГСН и ВТ2-1. На рис. 1 приведены профилограммы, снятые с образцов марки ВТ2-1 при ВСО без охлаждения и при ВСО с дополнительным охлаждением. Изучение обработанной поверхности показало:
- чёткий след режущего клина, расположенный на величину подачи;
- в профиле в обоих случаях преобладание периодической составляющей.
Рис. 1. Профилограммы ВТ2-1 V - 100 м/мин, S - 0.2 об/мин, t - 0,5 мм (вверху без охлаждения, внизу с охлаждением)
На основании проведенных экспериментов была выявлена зависимость шероховатой поверхности от режимов и температуры заготовки, полученная методом планирования экспериментов с преобразованием исследуемого параметра и факторов. В результате уравнение линейной регрессии, выраженное через действительные значения исследуемых параметров, будет иметь вид Для Ст45:
t - Tp V - К»
Rz = 10,031 + (-1,156) х-+ (-0,987) х-^ m
T - T ■ V - V ■ (1)
cp min cp min
Для сплава ВТ2-1:
T - T V - V
Rz = 6,225 + (-0,54) х X-^ + (-1,085) х-cp (2)
T - T V - V (2)
cp min cp min
Для 30ХГСН:
T - Tp V - VCD Rz = 10,3925 + (-1,4445) х-^ + (-1,1955) х-cp (3)
Tcp Tmin Vcp Vmin
где T - температура заготовки, V - скорость резания.
На рис. 2 приведены зависимости шероховатости от скорости резания и температуры заготовки экспериментальные и их аппроксимации.
Rz жм
10
RzBii-1 8 ♦ ♦ ♦
RzBt2-1dx 6
л л л
М1(+20) 4
М2(-20) - 2
Rz жм
104 112 120 V м мин
104 112 120 V »' мин
104 112 120 V м мин
а б в
Рис. 2. а) экспериментальные данные для ВТ2-1; б) экспериментальные данные для 30ХГСН;
в) экспериментальные данные для СТ45 ♦♦♦ - без охлаждения ▲▲▲ - с охлаждением,
графики 1, 2 - аппроксимации
Выводы
1. При ВСО с дополнительным охлаждением наблюдается снижение шероховатости 1,5 ^ 2 раза по сравнению с ВСО без охлаждения.
2. Чёткий след режущего клина, расположенный на величину подачи и преобладание периодической составляющей.
3. Параметры качества обработки после ВСО с дополнительным охлаждением прогнозируемы и следовательно управляемы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Насад Т.Г. Высокоскоростная обработка труднообрабатываемых материалов / Т.Г. Насад, И.Е. Кирюшин, Д.Е. Кирюшин. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2009. 148 с.
2. Насад Т.Г. Влияние теплового фактора на формирование качества поверхности деталей при высокоскоростной обработке с фрикционным нагревом зоны резания / Т.Г. Насад, А.А. Шевченко // Технический вуз - наука, образование и производство в регионе: материалы Всерос. науч.-техн. конф. / Тол. гос. ун-т. Тольятти, 3-4 октября 2001 г. Тольятти, 2001. С. 79-85.
3. Седов Д.И. Повышение эффективности обработки титановых сплавов за счёт предварительного охлаждения / Д.И. Седов, Т.Г. Насад // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2011. №1(52). Вып. 1.С. 88-96.
Насад Татьяна Геннадиевна -
доктор технических наук, профессор, заведующая кафедрой «Технология и оборудование электрофизических и электрохимических методов обработки» Энгельсского технологического института Саратовского государственного технического университета
Nasad Tatiyana Gennadievna -
Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department of «Technology and Equipment of Electro-chemical and Electro-physical Processing Methods» of Engels Technological Institute (branch) of Saratov State Technical University
Седов Дмитрий Игоревич -
аспирант кафедры «Технология и оборудование электрофизических и электрохимических методов обработки» Энгельсского технологического института Саратовского государственного технического университета
Статья поступила в редакцию 16.05.2011, принята к опубликованию 24.06.2011
Sedov Dmitrij Igorevich -
post-graduate faculty «Technology of Electrochemical and Electro-physical Processing Me-thods» of Engels Technological Institute (branch) of Saratov State Technical University
