CC BY
19
УДК 621.9
В.В. Иванов, д-р техн. наук, проф., 8(4872)33-25-38, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
А.А. Пряжникова, магистрант, 8-910-151-75-20, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
ОГРАНИЧЕНИЕ ВЗАИМНОГО КОНТАКТА СТРУЖКИ С ИНСТРУМЕНТОМ ЗА СЧЕТ УГЛА ПРИ ЕГО ВЕРШИНЕ
Выдвинуты предположения о возможности применения укороченной передней поверхности для чистовой токарной обработки. Проведена серия экспериментов, подтверждающих данное предположение.
Ключевые слова: чистовая токарная обработка, твердосплавные сменные многогранные пластины, укороченная передняя поверхность, площадь контакта, стружка, плоская передняя поверхность, угол при вершине.
В теории резания хорошо известны резцы с укороченной передней поверхностью, предложенные немецким инженером Клопштоком еще в 20-е годы прошлого столетия [1]. Их основное преимущество заключается в снижении сил и температуры резания, которое достигается за счет уменьшения площадки контакта стружки с передней поверхностью. Как следствие, это повышает стойкость инструмента, что является резервом для повышения скорости резания и соответственно производительности обработки. Существенный недостаток таких резцов - низкая прочность их режущей части, особенно, из твердого сплава. Поэтому в «чистом» виде эти резцы не используются. Однако положительный эффект от применения укороченной передней поверхности в последнее время нашел достаточно широкое воплощение в конструкциях современных твердосплавных сменных многогранных пластин (СМП) со сложной топографией передней поверхности, например, с локальными сферическими выступами. Их наличие уменьшает фактическую площадь контакта со стружкой, что реализует принцип укороченной передней поверхности без потери прочности рабочей части.
Ограничить площадь контакта стружки с передней поверхностью можно не только за счет геометрической формы последней, но и за счет конфигурации в плане ее вершины. Это возможно в следующей ситуации. В номенклатуре СМП для чистовой токарной обработки присутствует ромбическая форма типа V с острым углом при вершине 35°. Чистовая обработка характеризуется малой глубиной резания, и образующаяся стружка завивается преимущественно в плоскости передней поверхности. Поэтому при малой ширине сходящей стружки по плоской передней поверхности естественная длина контакта с ней может оказаться искусст-
венно ограниченной контуром такой острой вершины, а именно положением вспомогательной режущей кромки. Естественно предположить, что практическое использование такого приема уменьшения площади контакта инструмента со стружкой будет ограничено областью чистовой обработки по той же причине низкой прочности острой вершины инструмента. Кроме того, обязательное наличие стружкозавивающих элементов на передней поверхности современных СМП, например, в виде канавок, будет полностью локализовать естественную длину контакта в пределах даже острой вершины СМП, что сведет на нет преимущества укороченной передней поверхности.
Тем не менее, приведенные выше рассуждения открывают дополнительные возможности по проектированию новых видов СМП для чистовой токарной обработки, основанные на эффекте укорочения длины взаимного контакта стружки с плоской передней поверхностью за счет конфигурации в плане острой вершины инструмента. При этом в качестве стружкозавивающего элемента необходимо использовать не канавку, расположенную вдоль главной режущей кромки, а уступ, рабочая часть которого перпендикулярна биссектрисе угла при вершине СМП. Несмотря на узкую область применения такой СМП (чистовая обработка), она является наиболее ответственным этапом в общей технологии механической обработки, поскольку именно на этом этапе окончательно формируются требуемые показатели точности и качества изготавливаемых деталей.
Создание конкурентоспособных отечественных СМП является весьма актуальной и своевременной задачей, поскольку за годы перестроечных реформ машиностроительная промышленность РФ оказалась практически в полной зависимости от зарубежных поставщиков инструментов, что подрывает экономическую безопасность государства.
Любая разрабатываемая конструкция должна быть обоснованной, апробированной и уточненной по результатам апробации. Только после этого возможен ее промышленный выпуск. Приведенное логическое обоснование новой конструкции СМП для чистовой токарной обработки нуждается в экспериментальной проверке, некоторые результаты которой приведены ниже.
На первом этапе были проведены эксперименты с применением плоской передней поверхности на СМП правильной 3 - гранной формы 2008-0153 ТУ 48-19-307-80 (аналог по ИСО ТРОК 160304) из твердого сплава Т5К10, взятых из одной партии изготовления. На отдельных СМП
были заточены грани с углом при вершине е = 30°. После установки СМП в резцовую державку с углом ф = 60° обеспечивались следующие геометрические параметры: у = 0°, а = 11°, 1 = 0°. За счет разворота резцедержа-
теля выдерживали главный угол в плане ф = 90° . Обработке подвергали заготовку из стали 38Х2МЮА (материал группы Р по ИСО) твердостью НВ180 с подачей S = 0,15 мм/об и глубиной резания t = 0,5 мм без применения СОТС. Во время обработки через каждые 15 секунд с помощью цифрового мультиметра проводили измерение термоЭДС, для чего заготовка и резец были изолированы от станка диэлектрическими прокладками. Результаты этих экспериментов представлены в таблице. Там же приведено среднее значение термоЭДС (Е) по результатам ее измерений на протяжении всего времени работы резца.
Результаты экспериментов
Марка сплава е, ° V, м/мин 1, мин 5, мм Е, mV
Т5К10 30 110 6,50 0,40 13,70
60 0,42 14,21
МС3210 30 187 4,00 0,19 11,70
60 0,08 10,20
Из таблицы видно, что, несмотря на существенное различие в углах при вершине е, на них был достигнут практически одинаковый износ задней поверхности 5. Это обусловлено тем, что вершине с меньшим углом е , как это не парадоксально, соответствует меньшее значение термоЭДС Е (температуры резания). Специально проведенными экспериментами было установлено, что данное противоречие объясняется искусственным ограничением естественной длины контакта стружки с передней поверхностью, вызванным конфигурацией узкой вершины с углом е = 30°. Это также хорошо видно из фотографий, приведенных на рисунке.
Реально существующие СМП имеют стружкозавивающие элементы на передней поверхности. Поэтому на втором этапе исследований были проведены эксперименты с использованием СМП правильной 3- гранной формы 2008-0422 (аналог TPMR 160304 по ИСО), со стружкозавивающи-ми канавками из твердого сплава с покрытием марки МС3210 при тех же условиях, но с большей скоростью резания. Полученные результаты (см. таблицу) показывают, что в условиях данного эксперимента вершина с углом е = 30° прогревается больше и, как следствие, больше изнашивается. Это объясняется тем, что стружкозавивающая канавка локализует естественную длину контакта стружки с передней поверхностью даже в пределах
вершины с углом е = 30° .
Образование стружки на сравниваемых вершинах СМП:
а - e= 60°; б - e= 30°
Таким образом, полученные результаты подтверждают выдвинутые выше предположения о наличии эффекта ограничения взаимного контакта стружки с плоской передней поверхностью за счет уменьшения угла при вершине резца. Это дает основания для его использования при разработке новой конструкции СМП для чистового точения. Однако для ее практического применения необходимо решить вопрос формирования компактной стружки при плоской передней поверхности за счет соответствующего расположения уступа, оптимальные параметры которого будут определены в ходе последующих экспериментальных исследований.
Список литературы
1. Панкин А.В. Обработка металлов резанием. М.: Машгиз, 1961.
520 с.
V. V. Ivanov, A.A. Pryazhnikova
LIMITATION OF MUTUAL CONTACT CHIP WITH TOOL DUE TO THE ANGLE AT THE TOP
The possibility of a shortened front surface for finish turning is hypothesized about a series of experiments that confirm this assumptionere made.
Key words: fair turning processing, firm alloy the replaceable many-sided plates, the truncated forward surface, the contact area, a shaving, a flat forward surface, a corner at top.
Получено 14.12.11
