CC BY
6
ПЕРСПЕКТИВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ РОТАЦИОННОГО ТОЧЕНИЯ МНОГОГРАННЫМИ РЕЗЦАМИ Дворянский Андрей Константинович, магистрант (e-mail: dvoryanskiy.andreyka@mail.ru) Гордеев Юрий Иванович, доцент (e-mail: tms-mtf@rambler.ru) Бинчуров Александр Сергеевич, доцент (e-mail: mexanixs@mail.ru) Сибирский Федеральный университет, г.Красноярск, Россия
В данной статье рассматривается кинематико-геометрическая схема ротационного точения многогранными резцами, которая прогнозирует размеры и форму стружки. Результаты экспериментальных исследований подтвердили возможность получения мелкодробленой стружки однородного фракционного состава.
Ключевые слова: дробление стружки, ротационное точение, многогранный ротационный резец.
Композиционные материалы, получаемые методами порошковой металлургии, находят все большее применение в различных отраслях промышленности, в частности в авиационной и ракетно-космической технике, где используются такие их свойства как высокая удельная прочность, стойкость к воздействию высоких температур и др. Для изготовления композиционных материалов используют в качестве наполнителей различные металлические и неметаллические материалы (волокна и порошки). Однако широкое их применение в ряде случаев сдерживается сложностью получения порошковых наполнителей требуемой формы и размеров [1]. В то же время, высокая пластичность (прессуемость) порошков алюминия позволяет использовать их и в качестве матричного материала при формовании композитов различными методами прокатки и экструзии, интенсивной пластической деформации [2-4].
Одним из перспективных методов получения порошков может быть метод ротационного точения многогранными резцами (РТМР), при котором формируется мелко-дробленная стружка, которая достаточно легко преобразуется в порошковые материалы методами измельчения - гранулирования с одновременным введением пластификатора [4]. Получение мелкой и достаточно однородной фракции стружки при РТМР объясняется чрезвычайно высокой интенсивностью деформационных процессов, поскольку одно из двух вращательных движений сообщается инструменту, а другое обрабатываемой заготовки, а значит результирующая скорость возрастает. Кроме того, режущая кромка резца многогранная и состоит из N режущих лезвий, резец совершает принудительное вращение вокруг своей оси, что приводит к постоянному обновлению контакта режущей кромки с заготов-
кой, а значит происходит гарантированное дробление стружки. Обработка ротационным резцом производится таким образом, что основное направление деформации стружки происходит вдоль режущей кромки резца [5-8]. В формировании единичного среза участвуют три движения: главное движение Ур, прямолинейное движение, или продольная подача Бпр„ и круговая подача Бкр (рис. 1).
Рисунок 1 - Схема обработки многогранным ротационным резцом
Для определения формы и размеров срезаемого слоя при ротационном точении многогранными резцами (РТМР) в процессе исследований была разработана графоаналитическая, стереологическая, модель [8]. Из приведенной кинематико-геометрической схемы (рис. 2а) видно, что толщина срезаемого слоя является величиной переменной и изменяется от 0 до величины, равной глубине резания. Аналогичный характер имеет зависимость ширины срезаемого слоя. Важнейшей особенностью модели является возможность прогнозирования размеров и формы срезаемого слоя и указывают на прерывистый характер процесса резания при РТМР, что должно способствовать дроблению срезаемого слоя материала.
Экспериментальные исследования проводились на токарно-винторезном станке, модель ИЖ250 ИТВМ.Ф1, с использованием инструментального модуля, состоящего из электрошпинделя, кронштейна, оправки и специально заточенных типовых многогранных твердосплавных пластин. Испытания проводились на оправке с образцами, материалы образцов сталь 45, Д16.
Изучение морфологии полученной экспериментально стружки убедительно подтверждает теоретические предположения о её форме и размерах, гарантированном дроблении. Значительный интерес представляют результаты сравнительного изучения стружки алюминиевого сплава: при обработке вершинными резцами формируется длинная сливная стружка, а при использовании метода РТМР на аналогичных режимах элементная мелкодробленая с размерами от 0,05 до 1,5 мм (рис. 2 б, в). При обработке заготовок из стали 45, также формируются разные типы стружек (рис. 2 в). Форму и фракционный состав стружки можно изменять за счет выбора требуемых режимов резания. Более того, совместное воздействие всех экстремальных по интенсивности в единицу времени силовых и температур-
ных факторов приводит к образованию совершенно новых структур стружки в виде полых сфер с размерами от 100 до 300 мкм и толщиной стенки от 0,5 до 2 мкм (рис. 2г, д). На поверхностях полых сфер наблюдаются следы сдвиговых деформаций и элементов структуры в виде ламелей с размерами по поверхностям сдвига около 2 мкм [9], что соответствует частоте образования элементов и=120000 сек-1. Необходимо подчеркнуть, что циклический характер нагрузок, действующих на режущую пластину при РТМР, потребовал использования для её изготовления твёрдосплавно-го материала с повышенной трещиностойкостью [10].
ТМ-1000_ 2016.1026 х1,0к 100 ит ТМ-1000_0446 2014,06.10 1135 .100 1 пл.
ТМ-1000 0443 2014.08.10 11:22 .100 1 шт
г) д)
Рисунок 2 - Форма и размеры стружки: а) теория (расчет); б, в) эксперимент (Д16); г, д) эксперимент (Сталь 45)
Обнаруженные экспериментально особенности формирования разных по морфологии типов стружек подтверждают, по нашему мнению, повышенную интенсивность деформационных процессов в срезаемом слое материала заготовки при РТМР. Достаточно однородный фракционный состав мелко-дробленой стружки открывает возможности для её гранулирования и дальнейшего использования в процессах порошковой металлургии и изготовлении композиционных материалов.
Список литературы
1. Сметанин С. Д., Шаламов В. Г. Получение порошков с частицами заданных формы и размеров ротационным фрезерованием // Вестник машиностроения. 2013. № 10. С. 62-64.
2. Шаламов В. Г., Савельев Д. А., Сметанин С. Д. Получение порошковых материалов ротационным точением // Вестник машиностроения. 2012. № 11. С. 56-58.
3. de Oliveira D., Gomes M. C., da Silva M. B. Spheroidal chip in micromilling // Wear. 2019. Vol. 426. P.1672-1682.
4. Гропянов А.В., Ситов Н.Н. , Жукова М.Н. Порошковые материалы: учебное пособие / ВШТЭ СПбГУПТД. - СПб., 2017. -74 с.
5. Шаламов В. Г., Сметанин С. Д. Системный подход к ротационному резанию при получении порошковых материалов //Металлообработка. 2013. №. 2 (74). С. 23-26.
6. Бинчуров А. С., Индаков Н. С., Способ получения наполнителей для композиционных материалов методом ротационным точением многогранными резцами // Техника и технологии: новые перспективы развития: материалы V Междунар. науч. практ. конф. (18 апреля 2012, г. Москва). М.: Издательство «Спутник +», 2012. С. 18-22.
7. Способ получения порошковых материалов ротационным точением многогранными резцами / Д. Е. Шенцев, Д. Б. Коризно, А. С. Бинчуров, Н. С. Индаков, Ю. И. Гордеев // Актуальные проблемы авиации и космонавтики: сб. материалов V Междунар. науч. практ. конф., посвящ. Дню космонавтики (08-12 апреля 2019г., Красноярск): в 3т./ под общ. ред. Ю. Ю. Логинова; СибГУ им. М.Ф. Решетнева. Красноярск. 2019. Т. 3. С. 958-960.
8. Шенцев Д.Е., Коризно Д.Б., Бинчуров А.С., Индаков Н.С., Гордеев Ю.И. Способ получения порошковых материалов ротационным точением многогранными резца-ми//Актуальные проблемы авиации и космонавтики: сб. материалов V Междунар. науч. практ. конф., посвящ. Дню космонавтики (08-12 апреля 2019г., Красноярск): в 3т./ под общ. ред. Ю. Ю. Логинова; СибГУ им. М.Ф. Решетнева. Красноярск, 2019. Т. 3. С. 958960.
9. Yasinski V. B., Lepeshev A. A. et al. Investigation of cutting temperature and chip formation during rotational turning by multifaceted cutters // Journal of Physics: Conference Series. 2017. Vol. 803. No. 1. IOP Publishing. pp. 012055.
10. Gordeev Y. I., Abkaryan A. K., Binchurov A. S. et al. Influence of Additives of Nano-particles on Structure Formation of Fine-Grained Hard metals // Key Engineering Materials. 2017. Vol. 743. pp. 3-8.
Dvoryansky Andrey Konstantinovich, master's student (e-mail: dvoryanskiy.andreyka@mail.ru) Gordeev Yuri Ivanovich, associate Professor (e-mail: tms-mtf@rambler.ru)
Binchurov Alexander Sergeevich, associate Professor
(e-mail: mexanixs@mail.ru)
Siberian Federal University, Krasnoyarsk, Russia
PRODUCTION OF POWDER MATERIALS BY ROTARY TURNING WITH POLYHEDRAL CUTTERS
Abstract. This article discusses the kinematic-geometric scheme of rotary turning with multi-faceted cutters, which predicts the size and shape of the chips. The results of experimental studies confirmed the possibility of obtaining finely crushed chips of a homogeneous fractional composition.
Keywords: chip crushing, rotary turning, multi-faceted rotary cutter.
