CC BY
31
УДК 621.7
М.ШОДОЛЬСЬКИЙ, А.1. АБЛЯТШОВ, ГВ.ПРИСЯЖНЮК
Херсонський нацюнальний технiчний унiверситет
ВИЗНАЧЕННЯ ЗАЛЕЖНОСТ1 РОЗПОД1ЛУ ТЕМПЕРАТУРИ Р1ЗАННЯ В1Д ТОВЩИНИ Р1ЖУЧО1 ПЛАСТИНКИ З ТВЕРДОГО СПЛАВУ
У po6omi розглянута залежтсть температури р1зання eid товщини твердосплавно'1' пластинки при токарнш о6ро6цi. Для до^дження у якостi оброблюваного матерiалу 6ули o6paHi сталь 40Х та Г13Л, що о6ро6лювались ргзцем оснащеним металокерамiчною рiжучою пластинкою Т30К4. До^дження показали, ступть залежностi величини тепла, по поглинаеться iнструментом при о6ро6ц eid товщини твердосплавно'1 рiжучоi пластинки i коефщента теплопередачi матерiалу заготовки i рiжучоi пластинки. Експериментально визначений розподш температури по о6 'ему пластинки.
Ключовi слова: токарна о6ро6ка, температура р1зання, коефщент теплопередачi, розподш
тепла.
М.И.ПОДОЛЬСКИЙ, А.И.АБЛЯТИПОВ, И.В.ПРИСЯЖНЮК
Херсонский национальный технический университет
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ РЕЗАНИЯ ОТ ТОЛЩИНЫ РЕЖУЩЕЙ ПЛАСТИНКИ ИЗ ТВЕРДОГО СПЛАВА
В ра6оте рассмотрена зависимость температуры резания от толщины твердосплавной пластинки при токарной о6ра6отке. Для исследования в качестве о6ра6атываемого материала 6ыли вы6раны сталь 40Х и Г13Л, которые о6ра6атывались резцом оснащенным металлокерамической режущей пластинкой Т30К4. Исследования показали, степень зависимости величины тепла, поглощаемой инструментом при о6ра6отке от толщины твердосплавной режущей пластинки и коэффициента теплопередачи материала заготовки и режущей пластинки. Экспериментально исследовано распределение температуры по о6ъему пластинки.
Ключевые слова: токарная о6ра6отка, температура резания, коэффициент теплопередачи, распределение тепла.
M.I.PODOLSKY, A.I .ABLYATIPOV, I.V.PRYSYAZHNYUK
Kherson National Technical University
DEFINITIONS AND DEPENDENCE CUTTING TEMPERATURE DISTRIBUTION ON THE THICKNESS OF THE CUTTING PLATE OF HARD ALLOYS
In this work the temperature dependence of cutting thickness tipped tool and turning during processing. For the study of the material as steel were chosen H13L 40X and that machining cutter equipped with metal cutting plate T30K4. Studies have shown the degree of dependence of the heat absorbed by the processing tool on the thickness of carbide cutting plate and the heat transfer coefficient of the workpiece material and the cutting plate. Experimentally determined temperature distribution over the volume of the plate.
Keywords: turning, cutting temperature, heat transfer coefficient, heat distribution.
Постановка проблеми
Теплота при р1занш розподшяеться м1ж стружкою, р1зцем, оброблювано! деталлю i навколишшм середовищем. Найб№ше li шльшсть (близько 70-80%) несеться стружкою, в рiзець надходить 20-25%, в деталь - 4-9% i близько 1% - в навколишнш проспр [1]. Однак, хоча в рiжучий шструмент надходить порiвняно невелика частка тепла, температура його названия iнодi досягае 900-1000 0С, що може призвести до втрати шструментом рiжучих властивостей та до зменшення його перюду стшкосп.
Аналiз останшх дослвджень та публшацш
Величина тепла, що минае в шструмент, а отже, впливае на його розмiрнi геометричш параметри, безпосередньо залежать ввд товщини i коефщента теплопередачi р1жучо! пластинки. Висока температура впливае на зносостшшсть р1жучого шструменту, а також викликае його теплову деформацш, яка знижуе точнють обробки. Тому для шдвищення стшкосп рiжучих шструменпв i якостi обробки бажаний такий тепловий баланс, при якому частка тепла, що минае зi стружкою, була б по можливосл бшьшою [2].
£ результати дослвджень, де використанi рiжучi пластини, яш встановлювалися на державцi, при цьому мiж опорною i рiжучоl пластиною формували спецiальний iнтерфейс, який полiпшуе тепловiдвiд в
р1жучий шструмент. Також застосовувалися спещальш теплопроввдш пасти, що наноситься на передню поверхню р1зщв [3]. Результати сввдчать про ютотне тдвищення працездатносп 1 надшносл шструменту, оснащеного тангенщальними пластинами ЬКМХ 301940 з1 сплаву АТ158 з тдвищеною теплопроввдшстю твердого сплаву 1 покриття на основ1 системи Т1-Т1М-Т1АВД, розробленими для токарно! обробки поверхш кочення колюних пар по!здв.
До недолЫв запропонованого способу можна вщнести складносп, пов'язаш з необхщшстю постшного контролю 1 щдтримки необхвдно! товщини контактного шару, що обмежуе впровадження даного методу для практичного застосування.
Формулювання мети дослiдження Метою дослщження е визначення залежносп змши величини теплоти р1зання, що передаеться до державки р1зця в1д товщини р1жучо! пластинки з металокерашчного твердого сплаву, а також вивчення законом1рност1 розподшу температури по об'ему р1жучо! пластинки, що в свою чергу може бути використано для розробки д1евих рекомендацш по тдвищенню теплопередач1 системи.
Викладення основного матер1алу дослiдження Одним з можливих шлях1в штенсифжацп тепловщведення 1з зони р1зання е зменшення товщини твердосплавних пластинки р1зця в раз1, коли теплопроввдшсть твердого сплаву нижче теплопровщносп матер1алу державки (наприклад, для твердого сплаву Т30К4 коефщент теплопроввдносп Х=0,04 кал/смсек °С, а для стал140ХХ=0,092 кал/смсек°С).
Загальний коефщент теплопроввдносп р1зця з тонко! твердосплавно! плапвкою можна розрахувати, користуючись поняттям про екивалентному коефщенп теплопроввдносп Хек, яка характеризуе теплоф1зичн1 властивосп багатошарово! стшки, що складаеться з п пластин р1зно! товщини 1 р1зних матер1ал1в
Яэк = ^
¿1=1 Ал
де 5i- товщина кожного шару;
Хькоефщент теплопровщносп кожного шару.
Розглянемо залежнiсть температури рiзання вiд товщини твердосплавно! пластинки при точшш сталi (рис.1).
Товщина пластинки - 3; 1.5; 0.7; 0,2 мм. Випробування проводилися одним рiзцем з послщовним зi шлiфуванням шару твердого сплаву. Геометричш параметри рiзцiв так1: у = 00, а = 120, ф = 450, ф1= 200, Х = 00.
Мaтерiaл твердого сплаву-Т30К4. Перетин державки 10х16 мм, матерiал державки-сталь 40. Мaтерiaл оброблювано! заготовки - сталь 40Х, та високомарганцева легована сталь Г13Л-135. Швидшсть рiзaння - 350 м/хв. Глибина рiзaння 0,2 мм, подача - 0,1 мм/об.
Рис. 1. Залежшсть температури р1зання при точ1нн1 сталей 40Х 1 Г13Л 1 екв1валентного коефщ1ента теплопров1дност1 рпця в1д товщини твердосплавних пластинки
Температура рiзaння вимiрювaлaся за допомогою природно! термопари. Зшмання електрорушiйно!' сили з заготовки, що обертаеться проводився ртутним струмознiмaчем. Для запобтання впливу паразитних термопар ЕРС ввд твердого сплаву рiзця вщводився через стовпчик з того ж мaтерiaлу. Величина ЕРС вимiрювaлaся багато граничний свiтловим гальванометром типу 167311.
На малюнку, ^м кривих температури рiзання. показана крива екывалентного коефщента теплопровiдностi рiзця. при рiзнiй товщинi твердосплавно! пластинки. Якщо позначити товщину твердосплавно! пластинки ^ а товщину всього рiзця Н,
де: Хп i Хд - ввдповщно коефiцieнти теплопровiдностi пластинки i державки.
Чим менше товщина твердосплавно! пластинки, тим б№ше еквiвалентний коефщент теплопровiдностi наближаеться до коефiцieнта теплопроввдносп матерiалу державки. Для пластинки товщиною 3 мм, Хек = 0,066 кал/смсек 0С, а для 0,2 Хек = 0,09 кал/см сек 0С.
Зменшення товщини твердосплавно! пластинки з 3 до 0,2 мм при обробщ сталi 40Х знижуе температуру рiзання на 35%, а при обробщ сталi Г13Л - на 50%. Як видно з малюнка, температура рiзання при точiннi сталi 40Х знижуеться прямо пропорцiйно тдвищенню еквiвалентного коефiцiентi теплопровiдностi. Рiзниця в зниженш температури рiзання при обробщ сталi 40Х i Г13Л пояснюеться низьким коефiцiентом теплопровiдностi останньо!.
Збшьшення тепловiдводу через рiзець викликае змша температури в рiзних дiлянках зони рiзання. При точiннi конструкцiйно!' сталi вiдбудуться змiни температур майже по всьому поперечному перерiзi стружки завдяки висок1й теплопровiдностi конструкцiйно! сталi. Значна частина тепла стружки перейде в рiзець. При точшш жаромiцно!' стал^ що мае низьку теплопровiднiсть (0,031 кал/смсек 0С), збiльшення тепловвдведення через рiзець викличе лише рiзке зниження температури в тонких шарах стружки, прилеглих до рiзця. Кiлькiсть тепла, яке перейде ввд стружки в рiзець вiдносно незначна . Отже, зниження температури рiзця буде б№ш ввдчутним, нiж при точiннi конструкцшно! сталi.
Зменшення температури рiзання при точшш сталi 40Х на 250 0С е переконливим доказом ефективносп запропонованого методу. Доречно нагадати, що застосування мастильно-охолоджувально! рвдини зменшуе температуру рiзання всього лише на 50-130 0С [4].
Значне зниження температури рiзання позитивно позначаеться на зносостшкосп рiзального iнструменту. Ведомо, що змша коефщента теплопровiдностi рiзця викликае змша перюду його стiйкостi за такими орiентовними спiввiдношенням [1]:
Зменшення товщини твердосплавно! пластинки знижуе мщшсть рiзця. тому даний спосiб зменшення температури рiзання застосуемо в тих випадках. коли зусилля рiзання незначнi . Наприклад, при чистовому точiннi чавуну i сталi зусилля рiзання знаходяться в межах 1-5 кг .
Таким чином, коефщент теплопровiдностi Х чинить менший вплив на величину температури вздовж рiжучо! кромки, шж механiчнi характеристики оброблюваного матерiалу. Зi збiльшенням коефiцiента теплопровiдностi iнструментального матерiалу температура на рiжучо! кромцi зменшуеться, але, в той же час, характер змши температури вздовж р1жучо! кромки не залишаеться постiйним.
Проведений аналiз розподiлу температури за об'емом р1жучо! пластини за допомогою чотирьох термоiндикаторiв фарб з рiзними температурними переходами показав, що температура на задшх поверхнях уздовж р1жучо! кромки мае змшний характер (рис.2).
Параметри процесу рiзання:
Матерiал заготовки - Сталь 45. Матерiал рiзця - Т30К4,
Геометричш параметри рiзця ф = 45°, у = 0°, а = 12°, г = 0,8 мм;
Режими рiзaння: V = 160 м/хв, t = 1,3 мм, S = 0,39 мм/об.
Для бшьш повного порiвняльного уявлення температурних полiв на поверхнях СМП, були покaзaнi iзолiнi! температур 230 °, 456 °, 510 °, 570 ° на однш моделi (рис.3).
З малюнка видно, що зi зменшенням температури переходу лшя кордонiв дiлянок стае бшьш плавною. Картини iзотерм, отриманих як з експериментальних дослвджень, так i за допомогою числового розрахунку показали, що температура уздовж рiжучо! кромки прилеглих задшх поверхонь мае змшне значения, при тому, що теплофiзичнi характеристики на вигляд криво! розпод^ температури не впливають. Вiдведення теплоти на переднш поверхнi забезпечуеться за рахунок стружки, а вiдсутнiсть стоку теплоти в заготовку спостертаеться на допомiжнiй рiзaльнiй кромцi.
Яэк =
Н
/I н - /I ,
Яп Яд
Рис.2. 1зотерма термошдикаторноТ фарби ТВК №14 ТУ 6-09-79-76 з температурою колiрного
переходу Тпер = 570 ° С
Рис.3. Експериментально встановлений розподш температури по об'ему р1жучоТ пластини
Висновки
Збiльшення екывалентного коефiцiентa теплопровiдностi рiзця вдвiчi може привести при шших рiвних умовах до тдвищення стiйкостi iнструменту вщ 1,5 до 3 рaзiв.
Як показали проведет нами дослщження. при товщиш 0,3-0,4 мм мiцнiсть рiзця не порушуеться нaвiть при невеликих ударах, викликаних нaявнiстю на оброблювано! поверхнi рiзного роду канавок i отворiв. Велике значения для мщносп рiзця з тонкою пластинкою мае яшсть доведения передньо! поверхнi. Недопустим глибок1 мiкротрiщини та шорсткiсть.
Також встановлено, що при великий товщиш пластинки спостертаеться бiльший нaгрiв задньо! поверхиi внaслiдок близького розташування джерела нaгрiву та вiдносно великий ввдсташ до поверхнi державки.
Список використаноТ лггератури
1. Лашнев С.1., Юлика М.1. Проектування рiжyчоl частини шструменпв: Машинобудування, 1980. - 206 с.
2. Прогресивш технологiчнi процеси в автобудуванш: Механiчна обробка, збiрка / Щд. ред. проф. С.М. Степашк1на -М .; Машинобудування, 1980-320 с.
3. Пути снижения теплонапряженности режущего клина при колёсотокарной обработке. Куликов М. Ю., Попов А.Ю.,Флоров А.В. Известия высших учебных заведений. Выпуск № 4 (32) / 2014
4. Резников А.Н., Резников Л.А. Тепловые процессы в технологических системах. - М.: Машиностроение, 1990. - 288с.
5. Фшпов Г. Р. Рiжyчий шструмент.-Л. ; Машинобудування. 1981. - 211 с.
