CC BY
29
16. Шифрин, Б.М. Моделювання взаемоди пневматика з дорожшм покриттям [Текст]/Б.М. Шифрин// Держ. льотна aкaдемiя Украши.-Кровоград, 2007.-14с. -Укр.-Деп. в ДНТБ Украши 16.04.07, №22-Ук2007. Реф. В РЖ «Депоноваш науковi роботи» 2007, №1-2.
17. Бидерман, В.Л. Теория механических колебаний[Текст]/В.Л. Бидерман// М.: Высшая школа, 1980. - 408 с.
18. Боголюбов, Н.Н. Асимптотические методы в теории нелинейных колебаний [Текст]/Н.Н. Боголюбов, Ю.А. Митрополь-ский//М.: ГИФМЛ, 1963.- 412 с.
19. Бидерман, В.Л. Нестационарное качение пневматической шины [Текст]/ В.Л. Бидерман, В.В. Шумаев//Известия Вузов, Машиностроение. - 1977. - №12. - С. 85-90.
20. Журавлев, В.Ф. О модели сухого трения в задаче качения твердых тел/ В.Ф. Журавлев// ПММ. - 1998. - Т.62, вып. 5. - С.762-767.
Приведеш загальш напрями дослидження процесу адгезшног взаемоди фiзичних явищ, як супроводжують процес рiзання. Описат основш мехатзми ди адгезшног взаемоди на фiзичт явища i взаемозв'язок мiж явищами на основi адгези, а також nодальшi напрями дослидження цих процеЫв
Ключовi слова: адгезiя, глибоке свердлен-
ня, фiзичт явища, процес рiзання
□-□
Приведены общие направления исследования процесса адгезионного взаимодействия физических явлений, которые сопровождают процесс резания. Описаны основные механизмы действия адгезионного взаимодействия на физические явления и взаимосвязь между явлениями на основе адгезии, а также дальнейшие направления исследования этих процессов
Ключевые слова: адгезия, глубокое сверление, физические явления, процесс резания □-□
The general directions of adhesive contact of the physivalphenomena process research, accompany the cutting process are presented. The basic mechanisms of adhesive contact action jn the physical phenomena and intercommunication between the phenomena on the basis of adhesion and also the further directions of these processes research are deseribed
Keywords: adhesion, deep boring, physical phenomena, cutting process
УДК 621.91
щодо
особливостей визначення адгезшно1
взаемодпв
умовах глибокого свердлення
В.П. Маршуба
Кандидат техычних наук, доцент* Контактний тел.: 095-669-78-19
О.В. Чернякова
Астрант, асистент* Контактний тел.: 066-207-85-50
1.Б. Плахотн1кова
Старший викладач* Контактний тел.: (057) 702-05-11 *Кафедра полiграфiчного виробництва i комп'ютерноТ
графки
УкраТнська шженерно-педагопчна академiя вул. Ушверситетська 16, м. Хармв, УкраТна, 61003
1. Актуальшсть мендованими для цього режимами рiзання. Крiм того,
по мiрi розвитку сустльства, виникае потрiбнiсть
Процесу рiзання рiзноманiтних матерiалiв в тепе- зб^ьшити продуктившсть основного виробництва,
ршнш час прид^яеться досить велика увага, тому що призводить до зростання застосованих режимiв
що постшно з'являються новггш матерiали, яю потре- рiзання, тодi як конструкцп iснуючого рiжучого ш-
бують нового пiдходу щодо 1х обробки, з-за того, що струменту вже здеб^ьшого не задовольняють появу
щ матерiали суттево вiдрiзняються вiд вже кнуючих нових вимог.
фiзико-механiчними властивостями. Тому новиш ма- Новий тдхвд до розглядання цього питання перед-
терiали частенько не можуть оброблятися вже кну- бачае рiшення деюлька напрямкiв цiеi проблеми: тоб-
ючими конструкцiями рiжучих iнструментiв та реко- то створення принципово нових конструкцш рiжучих
шструменпв, з урахуванням нових фiзико-механiчних властивостей матерiалу, що обробляеться; застосуван-ня шших марок iнструментального матерiалу з ввдмш-ними властивостями, у порiвняннi з тими що iснують зараз; оптимiзацiя режимiв рiзання щодо окремих матерiалiв або груп матерiалiв зi схiдними фiзико-механiчними властивостями; створення напрямку до-слiдження фiзичних явищ, що супроводжують процес рiзання, у свiтлi переходу розглядання цього питання на принципово новому рiвнi з урахуванням всього комплексу взаемодш фiзичних явищ, якi виникають, супроводжують процес рiзання, та впливають одно на шше, як на макрорiвнi, так i мiкро рiвнi.
В цш статтi розглядаеться питання адгезiйноi при-роди взаемодii iнструментального матерiалу та того, що оброблюеться, в умовах обробки глибоких отво-рiв. Це питання ввдноситься до одного з багатьох, яке характеризуе процес рiзання, та суттево впливае на нього. Адгезшна взаемодiя iнструментального матерь алу та того, що оброблюеться, викликае дiю деюлька супутнiх фiзичних явищ, якi супроводжують процес рiзання рiзноманiтних матерiалiв. Так наприклад, на контактних поверхнях стральних свердел при сверд-луваннi глибоких отворiв, це явище призводить до циклiчних навантажень, дестабiлiзуе сили рiзання i момент, що крутить, температуру i коефiцiент тертя в зош контакту, а також iншi фiзичнi параметри процесу рiзання, сприяе виникненню наростiв оброблюваного матерiалу на передшш поверхнi рiжучого iнструменту, втомноi напруги в ньому i вiдриву мжро- i макрочасток iнструментального матерiалу з передньоi та задньоi поверхнi свердла. Все це призводить до небажаних на-слщюв в процесi обробки, так на приклад: руйнуван-ню або раптовому вiдмовленню рiжучого шструменту; до появи браку готовоi продукцп; як слiд, великих затрат на виготовлення даного виду продукцп, тому необхщно бшьш ретельне дослiдження цього питання у свил проведення останшх експериментiв рiзними дослiдниками та напрямюв розвитку сучасноi науки.
2. Аналiз останнiх дослiджень i публiкацiй
Питанням дослвдження адгезiйноi природи взаемодп iнструментального матерiалу та того, що оброблюеться, в умовах процесу рiзання рiзноманiтних ма-терiалiв та рiзних видах обробки придiлялась досить велика увага.
В ходi пошукових дослiджень та литературного ана-лiзу було виявлено, що iз-за обмеженого проникнення ЗОТС (змащувально-охолоджувального технолопчно-го середовища) в зону рiзання, що пiдтверджуеться роботами А.К. Синельщикова i Г.В. Фшшпова [1] та шши-ми, i у мiру збiльшення глибини отвору, пiдвищуеться сила тертя мiж поверхнями отвору, що обробляеться, шструментом i стружкою. Це явище сприяе тдвищен-ню температури в зош рiзання, зростанню впливу сил адгезп мiж матерiалами iнструменту i загопвки, виникненню задирiв на стшках отвору i збiльшенню ак-тивност процесу наростоутворення на контактних поверхнях свердла. Все вище згадане призводить до того, що при обробщ адгезшно активних матерiалiв, досягши ледве тiльки глибини отвору 3,5..^, вiдбуваеться масо-вий вiдрив нароспв вiд контактних поверхонь свердла.
Розглянутий процес зростае до частоти 3000...4000 раз на хвилину. Масовий ввдрив часток наросту в умовах досить великих температур та питомого контактного тиску призводить до схоплювання його iз стружкою, тсля чого утворюються локальш ушдльнення, що веде до подальшоi появи ознак локалiзацii процесу та зро-стання розмiрiв локальних ущшьнень. Отримана пiд час локалiзацii грудка ущшьнюеться в стружковому ка-налi свердла, i починаеться процес пакетування стружки [2] в стружкових канавках рiжучого шструменту.
У техшчнш лiтературi з питань впливу фiзичних явищ на процес рiзання матерiалiв при обробцi глибоких отворiв в рiзноманiтних матерiалах, також видано небагато роби комплексного характеру, оскшьки об'ем дослiджень, необхiдний для вивчення взаемозв'язку i впливу усiх явищ одного на шше, дуже великий. Тому серед великого об'ему наукових видань, що призна-чеш дослщженню питання впливу фiзичних явищ на процес рiзання, в основному е роботи, яю присвяченi або дii окремих явищ, або де яким з них (наприклад: виникнення, зростання i зрив нароспв з рiзальних кромок; адгезшна взаемодiя iнструментального i оброблюваного матерiалiв; контактна напруга i температура на ГРО (головна рiзальна окрайка) в зош рiзання; роль ЗОТС в процеа рiзання i ii проникаюча здатнiсть та ш.). Але усi цi явища розглянуп або в процесi вшь-ного рiзання, або без зв'язку з процесом обробки мета-лiв рiзанням, тобто автори цих дослiдницьких роби вирiшували питання обробки глибоких отворiв в дуже вузьких рамках, незважаючи на розроблеш численнi методики i способи вивчення того, або iншого впливу фiзичного явища, яке виникае в проце« рiзання рiзно-маштних матерiалiв.
Крiм того цi роботи видаш досить давно, або мктять тiльки окрему iнформацiю стосовно одного виду обробки, або вщносяться до обробки тшьки окремого типу матерiалiв. Тому розглядання цього питання в свг^ загального процесу взаемодп фiзичного явища на процес рiзання при обробцi рiзноманiтних матерiалiв, мае дуже великий вплив. Це питання, яке розглянуто в за-гальному виглядi, дае можливкть знайти новi пiдходи до проектування принципово нових конструкцш рiжу-чого шструменту, застосування оптимiзованих режи-мiв рiзання щодо окремих груп матерiалiв та iнше.
3. Цiлi стати
Розглядання питання адгезiйноi природи взаемодп шструментального матерiалу та того, що оброблюеться, в умовах обробки глибоких отворiв та визначення основних напрямюв дослщження цього питання з урахуванням широкоi змiни фiзико-механiчних властивостей нових видiв матерiалiв, що обробляються. Пропонування нових напрямюв вивчення фiзичних явищ, що виникають, супроводжують та впливають одне на iнше при дослщженш процесу рiзання рiзно-маштних матерiалiв.
4. Виклад основного матерiалу дослiдження
Розглянемо ряд питань у свг^ питань адгезiйноi взаемодii, що пов'язаш з дiею фiзичних явищ, яю ви-
никають, супроводжують процес р1зання та вплива-ють одне на шше, при обробщ р!зномаштних матер!а-л1в за порядком вказаним рашше. На думку автор!в це пов'язано з д1ею декшька ф!зичних явищ:
1. По ¿снуючим уявленням на цей час, цикл!чш на-вантаження виникають тд д1ею двох ф!зичних явищ: по-перше, це процес утворення елемент1в стружки, або процес вимушених коливань, що супроводжують процес р1зання; по-друге, поява 1 руйнування «мкт-юв схоплювання», яю утворюються при взаемодп шструментального матер1алу, та того, що оброблю-еться.
Перша причина утворення цикл1чних навантажень дуже добре вщома, тод1 як шша, менш вщома, не див-лячись на те, що розглянута досить давно. Тому роз-глянемо насамперед пльки другу причину.
Цикл1чш навантаження, як1 утвореш за рахунок ди такого ф1зичного явища, як адгезшна взаемод1я 1 викликаються появою та руйнуванням так званих «мктюв схоплення». Зпдно з ¿снуючими уявленнями про адгезшну взаемодж твердих т1л на утворення 1 руйнування «м1стк1в схоплювання» основний вплив чинять ф!зико-мехашчш властивост1 матер1ал1в, нормальна напруга 1 температура в зош контакту. Для р1зних твердих т1л встановлений 1 експериментально тдтверджений [3] бшомшальний закон адгезшного тертя, зпдно з яким тангенщальна мщшсть адгезшно-го зв'язку (та):
=то +РР ,
де т0 - отр адгезшного зв'язку, що зрушуе; р - фак-тичний контактний тиск (нормальна напруга в зош контакту); в - коефщ1ент змщнення адгезшного зв'язку. Параметри т0 и р е функщею температури в зош контакту за даними роботи [3].
Тангенщальна мщшсть адгезшного зв'язку на кон-тактних поверхнях шструменту визначаеться тод1, якщо в1дом1 законом1рност1 опору, що зрушуе 1 значен-ня коеф1ц1ента зм1цнення зв'язку залежно вщ температури. Для 1х визначення використовують отриман1 емтричш залежност1 та = f (р), що отримаш досл1д-ницьким шляхом при р1зних температурах. Коефщь ент зм1цнення адгез1йного зв'язку в як ввдношення приросту та, до приросту р :
в = Дта/ Ар .
Отр, що зрушуе т0 при р1зних температурах виз-начали екстраполящею залежностей та = f (р), на нор-мальну нульову напругу:
то = тa, ^ при р =
Таким чином, поява та руйнування «м1стк1в схоплювання» п1д д1ею адгез1йно1 взаемод11 1нструмен-тального матер1алу та того, що обробляеться, викли-кае цикл1чн1 навантаження, так як поява м1стк1в п1д д1ею шдвищено! температури та адгез1онно1 взаемо-ди викликае зростання напруження в зон1 р1зання, тод1 як 1х руйнування викликае деяке зниження цього навантаження. Вщтак, якщо поява м1стк1в та 1х руйнування викликае зростання, тод1 1х зникнення - зниження напруження по часу, звщти 1 виникае пе-
р1одичн1сть навантаження або 1х цикл1чн1сть. Так як значення навантаження цикл1чно зростае, то це при-зводить 1 зростання дИ сили р1зання та моменту, що крутить, причому зростання останшх також вщбува-еться цикл1чно. Це в1дбуваеться за рахунок приросту сили р1зання та моменту, що крутить необхщного для подолання виниклих перешкод у вигляд1 «м1стк1в схоплення», як1 з'явились. Зниження приросту сили р1зання та моменту, що крутить вщбуваеться у той момент, коли «м1стки схоплення» зр1зуються або руйнуються.
Запропонован1 стандартами м1ри для подолання негативного наслщку сукупност1 ди цих явищ у ви-гляд1 пол1рування передн1х поверхонь, нанесення зно-сост1йких покритт1в на робочу частину шструмент1в дають т1льки часткове ршення ц1е1 проблеми, тобто необх1дно продовжити пошуков1 експерименти для здолання негативних наслщюв цих причин. Одним з ршень направлених на подолання негативного на-сл1дку ц1е1 проблеми е застосування оптимальних геометричних параметр1в та конструктивних елемен-т1в р1жучих шструмент1в з урахуванням ф1зико-меха-н1чних властивостей матер1алу, що обробляеться, або невелико! групи матер1ал1в сх1дних по сво1м власти-востям.
Пов'язування дИ цих двох суперечливих причин в едине щле, при розгляданш впливу ф1зичних явищ на процес р1зання, досить в повному обсяз1 не виконував шхто, так як ця спроба передбачае дуже великий об'ем експериментальних дослщжень та викликае досить велик1 фшансов1 затрати, необх1дн1 для придбання сучасного обладнання, велико! к1лькост1 зразк1в з новишх матер1ал1в, та часу для проведення значно'! к1лькост1 опит1в. Тому на сучасний час передбачаеться застосування лиш твзаход1в для подолання негативного впливу, який розглянуто вище.
Використання сучасних досягнень дуже обме-жено по причиш того, що заруб1жш виробники ш-струменту, посилаючись на комерц1йну таемницю, не розголошують основн1 сво'! досягнення, що з'явились за останнш час, а лише констатують факт, що для подолання перешкод, що виникли в процес1 р1зання р1зномаштних матер1ал1в, необх1дно застосовувати р1зш 1нструменти, як за конструкщею, так 1 з р1зними геометричними параметрами, що сшвпадае з думкою автор1в.
2. 1нша проблема при обробщ глибоких отвор1в пов'язана з другим ф1зичним явищем - наростами, як1 виникають, зростають та зриваються з передшх та задн1х поверхонь р1жучого 1нструменту з1 швид-к1стю до 4000 раз за хвилину, в процес1 р1зання матер1алу. Нарости виникають в умовах дп високих температур 1 велико'! контактно! напруги. Кр1м того, поява нарост1в, також пов'язана з штервалом швид-костей р1зання, в якому працюють р1жуч1 1нструмен-ти з швидкор1жучо! стал1 (при великих швидкостях р1зання нарости не з'являються). Тому в процес1 глибокого свердлшня швидкор1жучими 1нструмен-тами часто по штенсивност1 появи нарост1в судять про адгез1йну взаемод1ю шструментального 1 оброб-люваного матер1ал1в. Осюльки нарости виникають в результат! не лише адгезшно!, але ! мехашчно! взае-мод1! (при заклинюванн! невеликих об'ем1в прикон-тактного шару металу в мжро нер1вностях поверхн!
шструменту), це призводить до помилкових виснов-юв по долi адгезiйноi взаемодп в силi рiзання. Крiм того процес появи та зриву наросив також мшливий, так як залежить вщ дii багатьох факторiв (режими рiзання, фiзико-хiмiчнi властивостi контактних ма-терiалiв та iнше), тому необхщно бiльш детально роз-глянути цей процес з точки зору адгезiйноi взаемодп. Крiм того дiя цього фiзичного явища дуже впливае на зростання значення сили рiзання та моменту, що крутить.
На основi кiлькiсноi оцiнки дii сил адгезiйноi i ме-ханiчноi взаемодii можна встановити причину утво-рення наросту на контактних поверхнях рiзального iнструменту та застосувати дшсш мiри на подолання цього недолжу.
3. Як вщомо, адгезiйна взаемодiя шструментально-го i оброблюваного матерiалу е одним з чинникiв, що впливае на стшюсть рiзального iнструменту. То для встановлення впливу дп сил адгезii на знос рiзального iнструменту, необхiдно виявити закономiрностi змiни тангенцiальноi мiцностi адгезшного зв'язку, так як стiйкiсть шструменту з швидкорiжучоi сталi визнача-еться, зносом по заднш поверхнi головних рiзальних окрайок i перемички. У свою чергу при визначенш величини сили адгезiйноi взаемодii по заднш поверх-нi iнструменту, '¿х розраховували, використовуючи приведенi в статтi [4] даш про закономiрнiсть змiни середньоi нормальноi напруги на контактних майдан-чиках, температури рiзання, а також встановлених за-кономiрностей змiни параметрiв адгезiйноi взаемодii т i в .
Розрахована тангенщальна мiцнiсть адгезшною зв'язку на заднiх поверхнях рiжучого iнструменту матиме деяке середне значення, осюльки нормальнi напруження на контактних майданчиках змшюеться за експоненцiальному законом та ш мiцнiсть розпо-рошена по всiй площинi майданчика. Тому нормальна напруга на заднш поверхш шструменту мае найб^ьше значення поблизу рiзальноi кромки i на д^янщ контактного майданчика буде максимальна тангенщальна мщшсть адгезiйного зв'язку.
Форма епюри нормальноi напруги мало змшюеться вщ умов обробки [5], тому можна вважати, що змша середнього значення тангенцiальноi мщност адгезш-ного зв'язку т0 залежно вщ швидкостi рiзання вщби-ватиме змшу сили адгезiйноi взаемодii на контактнш поверхнi майданчику.
На мщшсть адгезшного шва чинять вплив два чинники: його теплове раз змщнення i деформацшне змiцнення пiд дiею нормальних напруги.
Висновки
1. В стати розглянуи тiльки 0CH0BHi напрямки дослщжень впливу фiзичних явищ, що виникають, супроводжують та впливають на процес рiзання, а саме ильки ть в основi дii яких е адгезiйна вза-
eмодiя шструментального матерiалу та того, що обробляеться, дослщження яких виконувалось на макрорiвнi.
2. Розглянутi вище питання, щодо дii фiзичних явищ в процеа рiзання на пiдставi впливу адгезiйноi взаемодii на силу рiзання та момент, що крутить, як розглянуп на макрорiвнi, необхiдно на думку авторiв, також розглядати та виршувати ще i на мiкро рiвнi, що на цей час практично не виконувалось. Так по окремим науковим статтям до ще'1 проблеми вчеш пльки почи-нають пщступати.
3. Поеднання мiкро- та макрорiвня дослiджень впливу фiзичних явищ на силу рiзання та момент, що крутить, на думку автора призведе до значного прориву в област конструювання та використання нових конструкцш рiжучого iнструменту при обробщ новiтнiх матерiалiв, застосування зб^ьшених режи-мiв рiзання на межах мщносп iснуючого iнструменту та застосування рiзноманiтних свердел нових кон-струкцш з новими конструкцiйними матерiалами зi збiльшеними режимами рiзання та пщвищеною про-дуктивнiстю та iнше.
4. Визначення впливу фiзичних явищ на силу рiзання та момент, що крутить на пiдставi адгезiйноi взаемодп лиш на мiкрорiвнi без поеднання об'ему знань, що здобуи на макрорiвнi. не призведе до знач-ного прориву в рiшеннi цього питання, та не дозволить виробити основш напрямки ршення проблеми i розробити рекомендацii щодо подолання негативних наслщюв.
Лiтература
1. Синельщиков А.К., Филиппов Г.В. Производительная об-
работка отверстий длиной 3-7d спиральными сверлами. // Междунар. науч.-техн. сборник. «Современная обработка металлов резанием.» - М.: - 1973, - С. 3-7.
2. Маршуба В.П., Дрожжин В.И. Повышение эффектив-
ности глубокого сверления отверстий в алюминиях на агрегатных станках и автоматических линиях спиральными сверлами малого диаметра за счет совершенствования условий отвода стружки. // Междунар. науч.-техн. сборник. «Резание и инструмент в технологических системах.» №52. - Харьков: ХГПУ. - 1997. - С. 81-87.
3. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов В.С. Основы
расчета на трение и износ. - М.: Машиностроение, 1977, 526 с.
4. Михин М.Н. Трение в условиях пластического контакта.
- М.: Наука, 1968, 104 с.
5. Маршуба В.П. Адгезионное взаимодействие быстроре-
жущей стали с литейными алюминиевыми сплавами. // «Высокие технологии в машиностроении: тенденции развития, менеджмент, маркетинг». Труды междунар. науч.-техн. семинара 24-28 сентября 1997 г в г. Алушта.
- Харьков: ХГПУ, 1997 г. С.185-187.
