МЕТОДИКА ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ПРИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ НАПЛАВЛЯЕМОГО ТВЕРДОГО МАТЕРИАЛА Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.9:004

DOI: 10.24412/2071-6168-2022-8-465-469

МЕТОДИКА ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ПРИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ НАПЛАВЛЯЕМОГО ТВЕРДОГО МАТЕРИАЛА

О.А. Темпель, Ю.А. Темпель

Для обеспечения максимальной прибыли и качества выполняемых услуг предприятия машиностроения используют новые методы, средства и способы обработки. Новые материалы, которые обладают высокими прочностными характеристиками, применяют для наплавки на пораженные участки, чтобы продлить срок службы изделия. Однако, данные виды материалов относятся к категории «труднообрабатываемых» из-за высокопрочных свойств, состав которых оптимизирован для работы в определенных температурных условиях. В работе представлена методика выбора оптимальных режимов при механической обработке труднообрабатываемых материалов.

Ключевые слова: труднообрабатываемые материалы, оптимизация, режимы резания, температура, методика.

На данный момент времени с ростом развития машиностроительной отрасли меняются и требования к производству объектов более выгодными методами и экономически целесообразными.

Для обработки труднообрабатываемых сплавов применяются различные устройства, способы, методы, смазочно-охлаждающие жидкости и смазочно-охлаждающие технологические среды. Обработка резаниям данных видов материалов осуществляется с большими трудностями. Высокая температура, образуемая в зоне контакта с обрабатываемым материалом, вызывает разупрочнение стандартных твердых сплавов и, как следствие, снижение стойкости инструмента и скорости резания [1,2,3,4].

В связи с выше представленным, тема работы актуальна.

В данной работе представлена методика выбора оптимальных режимов при механической обработке труднообрабатываемых материалов.

Материал и методы исследования. В работе были использованы методы статистической обработки информации, а так же программные средства: Deform 2.0 и MS Excel.

Результаты исследования и их обсуждения. Труднообрабатываемые материалы приобретают широкое применение для наплавки на пораженные участки различных деталей, агрегатов и узлов. При обработке в зоне резания возникают высокие температуры, которые необходимо минимизировать. Поэтому планируется сокращение количества тепла, поступающего в деталь, стружку и инструмент. Зная оптимальную температуру, можно определить оптимальные режимы резания, что, непосредственно, влияет на максимальную производительность.

Для достижения результата в кратчайшие сроки и с минимальными затратами на все виды ресурсов предлагается методика повышения производительности и стойкости режущего инструмента при обработке труднообрабатываемых материалов за счет оптимальных режимов механической обработки наплавляемого материала и обеспечения оптимальной температуры в зоне резания, которая представлена на рис. 1.

Первым этапом является расчет режимов резания.

Рациональным режимом резания будет такой, при котором деталь требуемого качества изготовляют при минимальных затратах средств (с учетом затрат на инструмент). Этот режим соответствует экономическому периоду стойкости инструмента.

Далее осуществляется этап выбора условий и параметров для проведения эксперимента. Результаты исследования, проведенные в программе Deform, представлены в табл. 1.

По предлагаемой методике (внешняя среда, температура заготовки и инструмента перед началом обработки составила -50 градусов), было определено, что минимальная температура в зоне резания на шаге расчета №112 при V=100 (м/мин) и N=354 (об/мин) составила 975 градусов (рис. 2).

В результате анализа данных было определено, что при одновременном охлаждении внешней среды, заготовки и инструмента происходит снижение температуры в наивысшей степени. Поэтому для дальнейших исследований для определения режимов резания при оптимальной температуре резания за основу были взяты данные, полученные по данному опыту.

Выбор режущего инструмента, заготовки, оборудования

Расчет режимов резания:

Выбор условий и параметров при компьютерном анализе в программе Deform 2,0: s, v, t, q, k

I :

Выбор Факторов и откликов при проведении эксперимента: Х1 =с> v (м/мин) Х2 =£> п (об/мин)

_у |=£> t (град)_

*

>

Параметры

обработки

Тип осра сотки Глубина резания

Требуемая шероховатость

Обозначение

Пр окодной р езец

Т=б0ы

Черновое

Rj=63mk

Расчетаое

Тангенциальная

Длина L=490mm Диаметр Р=90мм

Сравнение результатов предлагаемого способа с традиционным

-Tool- Workpiece Irrt erf. Shear friction factor

[oF

Heat transfer coefficient J 45

J

№ Исходные данные параметры

S Фактор (Xi) V (м-мин) Фактор (X;) N(oo. мин) г*

1 Vi N] t]

: S<«r V; N- tj

з S<«r v3 N5 tj

Составление матрицы планирования 22

Характеристики эксперимента: интеравал варьирования 50

Оценка значимости коэффициентов корреляции в соответствии с ГОСТ Р 8,736-2011

Математическая модель: y=bo+biXi+ Ьгхг

Хара ктер истнха Хь Хг'

Основнойуровень 2Ю 550

Интервал варьирования 50 50

Верхний уровень (-1) 250 600

Нижнийуровень f-1) 150 500

Y=1023,25-41,75x]+71,75xj

Обобщение результатов и выбор граничных условий при изменении фактора Хг

Обработка результатов. Выводы и рекомендации

№ Исходные данные Выходные параметры

S V N (ofrMHH) Температура Температура. инструмента, t°

1 0,1 100 400 -50 -50 999

2 450 791

- 150 500 ИЗО

4 550 S33

: 200 600 1070

ô 650 1060

250 700 S92

» ™ 1 пи

J

Рис. 1. Методика выбора оптимальных режимов механической обработки

Таблица 1

№ Исходные данные Выходные параметры

S (мм/об) V (м/мин) N (об/мин) Температура внешней среды, t° Температура заготовки и инструмента, t° t°

1 0,1 100 354 -50 -50 975

2 200 707 -50 -50 1070

3 250 884 -50 -50 1120

Следующий этап в предлагаемой методике - составление матрицы планирования 22 и определение уточняющих характеристик для более точного получения результатов и выбора оптимальных критериев.

На следующем этапе осуществляется значимость выбранных факторов. По результатам модельного эксперимента были получены коэффициенты регрессии. Для оценки значимости коэффициентов корреляции были определены: критерий Стьюдента, среднее квадратиче-ское отклонение, среднеквадратическая ошибка в определении коэффициентов уравнения регрессии в соответствии с ГОСТ Р 8.736—2011.

Следующий этап - обобщение результатов и выбор граничных условий для продолжения исследования. Результаты компьютерного исследования представлены в табл. 2.

Temperature (С)

975

Рис. 2. Результаты анализа по предлагаемой методике обработки труднообрабатываемого материала (предварительное охлаждение внешней среды,

инструмента и заготовки)

Результаты эксперимента с выбранными граничными условиями

Таблица 2

Исходные данные

Выходные параметры

№

S (мм/об)

V

(м/мин)

N (об/мин)

Температура внешней среды, ^

Температура заготовки и инструмента, ^

t°

0,1

100

400

450

150

500

550

-50

-50

200

600

650

250

700

750

999

1070

1130

833

791

1060

892

1120

Было установлено, что:

1) максимальная температура в зоне резания на шаге расчета №112 при У=150 (м/мин) и N=500 (об/мин) составила 1130 градусов (табл.2);

2) минимальная температура в зоне резания на шаге расчета №112 при У=200 (м/мин) и N=600 (об/мин) составила 791 градус (рис. 3).

Step 200

Tt-npirmiif рс)

Рис. 3. Температура в зоне резания по предлагаемому способу

467

Определение оптимальной температуры при найденных режимах резания в процессе обработки труднообрабатываемого материала позволит сохранить геометрические параметры инструмента, предотвратить снижение режущих свойств и износа.

Выводы:

1. Подтверждена результативность предлагаемого способа охлаждения внешней среды, заготовки и инструмента перед началом резания для труднообрабатываемых материалов, проведенными экспериментальными (компьютерными) и теоретическими исследованиями.

2. Принимая во внимание разработанную методику выбора параметров оптимизации, стоит отметить, что для получения максимальной производительности при обработке твердых материалов и обеспечении надежной работы режущего инструмента необходимо учитывать, что для достижения оптимальной температуры резания, скорость должна быть в пределах 150200 м/мин, а число оборотов шпинделя от 550-700 об/мин.

3. Результаты исследования могут быть применимы в области механической обработки труднообрабатываемых материалов при использовании токарных станков с ЧПУ таких деталей, которые подлежат восстановлению с наплавкой на них твердых материалов.

Список литературы

1. Верещака А.С. Обработка труднообрабатываемых материалов инструментом из твердого сплава с Re-Со-связкой повышенной теплостойкости и нано- структурированным износостойким покрытием [Электронный ресурс] / А.С. Верещака, и др. // Материалы МНТК ААИ «Автомобиле- и тракторостроение в России: приоритеты развития и подготовка кадров», посвященной 145-летию МГТУ «МАМИ». [Электронный ресурс] URL: http://mospolytech.ru/science/mami145/scientific/article/s08/s08 04.pdf (дата обращения: 10.05.2022).

2. Верещака А.С., Дачева А.В., Аникеев А.И. Повышение работоспособности режущего инструмента при обработке труднообрабатываемых материалов путем комплексного применения наноструктурированного износостойкого покрытия и твердого сплава оптимального состава // Известия МГТУ «МАМИ». 2010. №.1 (9). С. 99-105.

3. Артамонов Е.В., Васильев Д.В., Утешев М.Х. Резание металлов и температурный фактор: учебное пособие. Тюмень: ТюмГНГУ, 2012. 150 с.

4. Некрасов Р.Ю., Темпель О.А., Васьков Д.Е. Определение оптимальных режимов резания при обработке труднообрабатываемых материалов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2022. Вып. 4. С. 484-488.

Темпель Ольга Александровна, старший преподаватель, tempel_o@mail.ru, Россия, Тюмень, Тюменский индустриальный университет,

Темпель Юлия Александровна, канд. техн. наук, доцент, tempeljulia@mail.ru, Россия, Тюмень, Тюменский индустриальный университет

METHOD OF SELECTION OF OPTIMUM MODES IN MECHANICAL PROCESSING OF

SURFACED SOLID MATERIAL

O.A. Tempel, Yu.A. Tempel

To ensure maximum profit and quality of services provided, engineering enterprises use new methods, means and methods of processing. New materials that have high strength characteristics are used for surfacing on the affected areas in order to extend the service life of the product. However, these types of materials are classified as "difficult to machine" due to their high strength properties, the composition of which is optimized for work in certain temperature conditions. The paper presents a methodology for choosing the optimal modes for machining hard-to-cut materials.

Key words: difficult-to-cut materials, optimization, cutting conditions, temperature, methodology.

Tempel Olga Aleksandrovna, senior lecturer, tempel_o@mail.ru, Russia, Tyumen, Tyumen industrial university,

Tempel Yulia Aleksandrovna, candidate of technical sciences, docent, tempeljulia@mail.ru, Russia, Tyumen , Tyumen industrial university