CC BY
19
УДК 621.9:004
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-4-484-489
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ
ПРИ ОБРАБОТКЕ ТРУДНООБРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
Р.Ю. Некрасов, О.А. Темпель, Д.Е. Васьков
Машиностроение в настоящее время широко развивается: проектируются новые конструкции изделий; режущих инструментов; применяются различные инновационные виды обработки; а так же разрабатываются новые сверхтвердые материалы. Новые материалы, обладающие высокими прочностными характеристиками, коррозийной стойкостью, устойчивы к износу, сохраняют долговечность и способны выдерживать различного рода нагрузки. Важным аспектом до сих пор остается сохранение функциональных возможностей изделия до окончания срока службы как можно дольше. Поэтому труднообрабатываемые материалы, например, такие, как стеллит применяются в качестве наплавки на изношенные участки крупногабаритных изделий для сохранения работоспособности изделий, а так же сокращения издержек на утилизацию и приобретение нового элемента. Однако, данный вид материала достаточно сложно обработать из-за основных высокопрочных свойств, состав которых оптимизирован для работы в определенных температурных условиях. В работе представлены результаты модельного эксперимента по выявлению оптимальных режимов резания с оптимальной температурой.
Ключевые слова: труднообрабатываемые материалы, оптимальные режимы резания, температура, модельный эксперимент.
На данный момент времени с ростом развития машиностроительной отрасли, меняются и требования к производству объектов более выгодными методами и экономически целесообразными.
Развитие данной отрасли поддерживается за счет разработок различных программ и стратегий в машиностроительной отрасли, важными задачами, которых является совершенствование моделей конечной сборки и стимулирование локализации производства [1,2].
Для обработки труднообрабатываемых сплавов применяются различные устройства, способы, методы, смазочно-охлаждающие жидкости и смазочно-охлаждающие технологические среды.
Причем, 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 [1,3,4].
В данной работе проведены виртуальные исследования по способу охлаждения внешней среды, инструмента и заготовки для определения оптимальных режимов резания.
Материал и методы исследования. В исследовании применялись методы обработки данных, обобщения, а так же программный комплекс Deform 2.0 для выполнения модельного эксперимента и выявления оптимальной температуры и режимов резания при токарной обработке.
Результаты исследования и их обсуждения. Объектом исследования является палец ковша экскаватора, так как входит в категорию частей, которые подлежат быстрому изнашиванию, представленный на рис. 1.
Пальцы после истирания поверхностей утилизируют, но целесообразнее применять наплавку из труднообрабатываемого материала на пораженный участок с дальнейшей механической обработкой.
Рис. 1. Палец ковша экскаватора
Целью работы является выявление оптимальных параметров режимов резания при точении для достижения максимума производительности при обработке поверхности изделия.
При проведении компьютерного анализа в программе Deform 2.0 учитывались следующие условия и параметры:
1) Вид обработки: точение;
2) Тип резца: проходной резец с ромбовидной пластиной;
3) Подача: S=0,1 (мм/об);
4) Глубина резания: t=2 (мм);
5) Диаметр заготовки: 90 (мм);
6) Тепловой поток q=10 (Вт/м2);
7) Теплоемкость твердого материала 460 (Дж/кг-К).
8) Температура заготовки и инструмента перед началом обработки составила 20 градусов.
Для максимально эффективной производительности и качества обработанных поверхностей деталей из труднообрабатываемых сплавов необходимо учитывать факторы, влияющие на общий процесс обработки.
Для проведения экспериментальных исследований были выделены такие факторы, как скорость резания (х1), число оборотов шпинделя (х2).
При обработке труднообрабатываемых материалов в зоне резания возникают высокие температуры, которые необходимо минимизировать. Поэтому, планируется сокращение количества тепла, поступающего в деталь, стружку и инструмент.
Ограничительные условия параметров скорости резания Vmin < V оп ^ Vmax.
В качестве параметров отклика, то есть выходными величинами оптимизации, будут являться: изменение температуры в зоне резания, режущего инструмента и заготовки. В случае нахождения критерия оптимальности это будет влиять на максимальную производительность.
Был составлен план эксперимента и построены матрицы планирования для эксперимента:
- по традиционной методике (пример представлен в табл. 1);
- с охлаждением внешней среды;
- с охлаждением внешней среды, инструмента и заготовки.
Таблица 1
Матрица планирования для эксперимента по традиционной методике
№
Исходные данные
Выходные параметры
S (мм/об)
Sconst Sconst Sconst
V (м/мин) Vi V2 V3
N (об/мин) Ni N2 N3
t°
В результате моделирования процесса резания были получены следующие значения, представлены в табл. 2 - 4.
Таблица 2
Результаты для эксперимента по традиционной методике _
№ Исходные данные Выходные параметры
S (мм/об) V (м/мин) N (об/мин) Температура внешней среды, ^ Температура заготовки и инструмента, ^ ^
1 0,1 100 354 20 20 1060
2 200 707 20 20 1150
3 250 884 20 20 1270
Таблица 3 Результаты для эксперимента с охлаждением внешней среды
№ Исходные данные Выходные параметры
S (мм/об) V (м/мин) N (об/мин) Температура внешней среды, ^ Температура заготовки и инструмента, ^ ^
1 0,1 100 354 -50 20 1000
2 200 707 -50 20 1100
3 250 884 -50 20 1170
Таблица 4
Результаты для эксперимента с охлаждением внешней среды, инструмента
и заготовки
№ Исходные данные Выходные параметры
S (мм/об) V (м/мин) N (об/мин) Температура внешней среды, ^ Температура заготовки и инструмента, ^ ^
1 0,1 100 354 -50 -50 975
2 200 707 -50 -50 1070
3 250 884 -50 -50 1120
Так, при традиционной методике обработки труднообрабатываемых материалов (температура заготовки и инструмента перед началом обработки составила 20 градусов) было определено, что максимальная температура в зоне резания на шаге расчета №112 при V=100 (м/мин) и N=354 (об/мин) составила 1060 градусов (рис. 2).
Тетр8га1иге (С)
Рис. 2. Результаты анализа по традиционной методике обработки труднообрабатываемого материала
По предлагаемой методике (внешняя среда (-50) градусов, температура заготовки и инструмента перед началом обработки составила 20 градусов), было определено, что максимальная температура в зоне резания на шаге расчета №112 при V=100 (м/мин) и N=354 (об/мин) составила 1000 градусов (рис. 3).
486
Temperature (С)
loa
Рис. 3. Результаты анализа по предлагаемой методике обработки труднообрабатываемого материала (предварительное охлаждение внешней среды)
По предлагаемой методике (внешняя среда, температура заготовки и инструмента перед началом обработки составила -50 градусов), было определено, что максимальная температура в зоне резания на шаге расчета №112 при V=100 (м/мин) и N=354 (об/мин) составила 975 градусов (рис. 4).
Temperature (С)
Рис. 4. Результаты анализа по предлагаемой методике обработки труднообрабатываемого материала (предварительное охлаждение внешней среды,
инструмента и заготовки)
В результате анализа данных было определено, что при охлаждении внешней среды, заготовки и инструмента одновременно 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.
Выводы. По результатам выполненного модельного эксперимента в программном продукте Deform 2.0 было установлено:
1) при предварительном охлаждении внешней среды, заготовки и режущего инструмента температура снижается, следовательно, данный метод позволит повысить производительность и стойкость режущего инструмента при обработке труднообрабатываемых материалов;
2) полученные результаты позволили выявить следующие действия по планированию эксперимента и нахождению точки оптимума.
487
3) определение оптимальной температуры при найденных режимах резания позволит сохранить геометрические параметры инструмента, предотвратить снижение режущих свойств и износостойкости инструмента.
Список литературы
1. Верещака А. С. Обработка труднообрабатываемых материалов инструментом из твердого сплава с Re-Co-связкой повышенной теплостойкости и нано- структурированным износостойким покрытием / 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: 10.02.2022).
2. Распоряжение Правительства РФ от 2011 г. №2227-р О Стратегии инновационного развития РФ на период до 2020г. [Электронный ресурс] URL: https://www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/70006124 (дата обращения: 10.02.2022).
3. 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.
4. Сварка. Материалы и оборудование. [Электронный ресурс] URL: https://svares.ru/alloy-stellite-6 (дата обращения: 10.02.2022).
Некрасов Роман Юрьевич, канд. техн. наук, доцент, заведующий кафедрой, Nekrasovri@,tyuiu.ru, Россия, Тюмень, Тюменский индустриальный университет,
Темпель Ольга Александровна, аспирант, tempel o@niail.ru, Россия, Тюмень, Тюменский индустриальный университет,
Васьков Данил Евгеньевич, студент, vaskovde@tyuiu.ru, Россия, Тюмень, Тюменский индустриальный университет
DETERMINATION OF OPTIMAL CUTTING CONDITIONS WHEN PROCESSING HARD-
TO-PROCESS MATERIALS
R.Yu. Nekrasov, O.A. Tempel, D.E. Vaskov
Mechanical engineering is currently developing widely: new designs of products are being designed; cutting tools are being used; various innovative types of processing are being used; as well as new superhard materials are being developed. New materials with high strength characteristics, corrosion resistance, resistant to wear, retain durability and are able to withstand various kinds of loads. An important aspect still remains the preservation of the functionality of the product until the end of its service life as long as possible. Therefore, hard-to-process materials, _ for example, such as stellite, are used as surfacing on worn-out sections of large-sized products to preserve the operability of products, as well as to reduce the costs of disposal and the purchase of a new element. However, this type of material is quite difficult to process due to the basic high-strength properties, the composition of which is optimized _ for operation in certain temperature conditions. The paper presents the results of a model experiment to identify optimal cutting modes with optimal temperature.
Key words: hard-to-process materials, optimal cutting conditions, temperature, model experiment.
Nekrasov Roman Yurievich, candidate of technical sciences, head of chair, docent, nekrasovrj@tyuiu.ru, Russia, Tyumen, Tyumen industrial university,
488
Tempel Olga Aleksandrovna, postgraduate, tempel_o@mail.ru, Russia, Tyumen, Tyumen industrial university,
Vaskov Danil Evgenevich, student, vaskovde@tyuiu.ru, Russia, Tyumen , Tyumen industrial university
УДК 621.91.02
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-4-489-493
ПРОГРЕССИВНЫЕ КОНСТРУКЦИИ СМП С УВЕЛИЧЕННЫМ
РЕСУРСОМ
Е.В. Маркова, С.Я. Хлудов, О.В. Чечуга
В статье рассмотрены возможности увеличение ресурса сменной многогранной пластины за счет изменения формы переходной режущей кромки. Приведена методика проектирования режущей кромки двухвершинных СМП. Установлены закономерности влияния радиуса при вершине на величины максимально допустимой глубины резания при точении второй вершиной и значения радиуса переходного участка.
Ключевые слова: сменная многогранная пластина, режущая кромка, радиус при вершине, ресурс.
Для современного металлообрабатывающего производства при использовании станков с ЧПУ характерно применение режущих инструментов с механическим креплением твердосплавных сменных многогранных пластин (СМП). Эффективность использования таких инструментов зависит от ресурса режущей пластины. Ресурс СМП определяется количества режущих вершин, принимающих участие в работе. Двусторонние пластины обладают увеличенным в два раза ресурсом по сравнению с односторонними пластинами [1 - 3].
При исполнении переходной режущей кромки в форме двух вершин, каждая из которых принимает участие в срезании припуска и формообразовании обработанной поверхности при определенной установке в резцовые державки с разными главными углами в плане.
Режущая кромка двухвершинной СМП выполняется по лекальной кривой, состоящей из трех сопряженных между собой дуг окружностей (рис. 1). Процесс проектирования режущей кромки выполненной по лекальной кривой двухвершинных режущих пластин заключается в ее дискретном представлении [4 - 5].
При проектировании режущей пластины точка О является центром окружности отверстия СМП стандартного исполнения и принимается за начало системы координат. Исходных параметрами при дискретном представлении режущей кромки двухвершинной СМП являются: L - длина режущей кромки СМП стандартного исполнения, мм; R - радиус при вершине СМП стандартного исполнения, мм; Р - угол при вершине СМП стандартного исполнения, рад.
Принимая в качестве условия проектирования равенство:
К= Й! =й2, (1)
тогда вершины режущей пластины расположены семерично относительно оси Y. Данный вариант исполнения предполагает, что окружности с радиусами Rl и R2 имеют общую точку В, которая находится на оси Y.
