CC BY
36
Библиографический список
1. Артингер, И. Инструментальные стали и их термическая обработка / И. Артингер. — М.: Металлургия, 1982. — 312 с.
2. Геллер, Ю. А. Инструментальные стали / Ю. А. Геллер. — М.: Металлургия, 1983. — 526 с.
3. А. с. 1516499 СССР, МКИ С 21 О 9/22. Способ термической обработки быстрорежущей стали / Р. А. Тофпенец, И. И. Шиман-ский, К.С.Будровский, В. Б.Левитан,Г. Р.Рудницкая. — №4251587/ 31 -02; заявл. 27.05.87 ; опубл. 06.10.89, Бюл. № 39. - 1 с.
4. А. с. 1502636 СССР, МКИ С 21 О 9/22. Способ обработки быстрорежущей стали / О. А Кайбышев, П. Ш. Тордия, Ю. Б. Тимошенко, А Н. Краснов. - № 4320669/31-02 ; заявл. 09.07.87 ; опубл. 21.08.89, Бюл. №31. - 1 с.
5. Федюкин, В. К. Термоциклическая обработка металлов и деталей машин/В. К. Федюкин, М.Е. Смагоринский. — Л. Машиностроение, 1989. — 255 с.: ил.
6. Рекомендации по назначению и применению быстрорежущих сталей повышенной производительности. — М.: Всесоюз. науч.-исслед. инструмент, ин-т, 1978. — 48 с.
7. А с. 1368336 СССР, МКИ С 21 0 9/22. Способ термической обработки вольфрамовых и вольфрамо-молибденовых быстрорежущих сталей / Ю. С. Ушаков, В. А. Колпаков, В. М. Истягин, В. В. Красноперов. - №4124019/22-02 ; заявл. 04.07.86 ; опубл. 29.12.87, Бюл. №3. - 2 с.
КОРЗУНИН Юрий Константинович, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры материаловедения и технологии конструкционных материалов Омского государственного технического университета (ОмГГУ).
МЕРКУШЕВ Евгений Николаевич, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Машины и технология обработки металлов давлением» ОмГГУ.
РАСЩУПКИН Валерий Павлович, кандидат технических наук, профессор кафедры «Конструкционные материалы и специальные технологии» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии, г. Омск.
БУРГОНОВА Оксана Юрьевна, старший преподаватель кафедры материаловедения и технологии конструкционных материалов ОмГГУ. Адрес для переписки: e-mail: oksbourg@mail.ru
Статья поступила в редакцию 02.03.2011г. © Ю. К. Корзунин, Е. Н. Меркушев, В. П. Расщупкин, О. Ю. Бургонова
УДК 621.9.02:620.178.16 £ КУШНЕР
О. Ю. БУРГОНОВА С. В. ЛАНГЕМАН
Омский государственный технический университет,
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР И СИЛ РЕЗАНИЯ ДЛЯ ИНСТРУМЕНТОВ ИЗ БЫСТРОРЕЖУЩИХ СТАЛЕЙ
Предложена методика учета влияния изменения действительного переднего угла и усадки стружки при точении и фрезеровании сталей на температуры передней и задней поверхностей режущего лезвия. Зависимости действительного переднего угла и усадки стружки от средней расчетной температуры передней поверхности определяются на основании ранее выполненных или специально поставленных опытов и используются в качестве исходных данных к расчету температур и сил резания. Показано, что учет влияния нароста повышает точность теоретического определения температуры и сил резания.
Ключевые слова: температуры резания, силы резания, быстрорежущие стали.
Актуальная для машиностроительного производства задача назначения рациональных режимов резания при инструментальной обработке различных материалов, а также обоснования геометрических и конструктивных параметров режущих инструментов, решается путем создания различных нормативов режимов резания [ 1 ]. Обоснованием этих рекомендаций, как правило, является относительное небольшое количество экспериментальных данных и производственных наблюдений, относящихся к относительно узкой области условий обработки резанием. Значи-
тельные ошибки могут быть допущены при экстраполяции экспериментальных результатов за пределы области, в которой они получены. Основанием для такой экстраполяции обычно служат эмпирические степенные функции или представления разработчиков рекомендаций. Погрешности, возникающие при экстраполяции, связаны с изменением физических закономерностей при изменении условий резания. Проведение эксперимента в более широком диапазоне изменения условий резания связано с резким увеличением числа необходимых опытов в связи с
0 5/0
Скорость резания, мАнин
а)
20 40
Скорость резания, м/мин
б)
Рис. 1. Сопоставление расчетных и экспериментально измеренных температур (а) и составляющей силы резания Pz (б) при точении стали а,= 550 МПа,5 =0,24, у = 30°, f = 4 мм, Ь = 0,5 мм резцом Р18
га 40
S-
30
"О <Ь Q.
20
10
<ь
et
✓ и* ^"ч^ Cmax
л ч \
N V \ л
N ^ d SmiM
200 300 400 500 600 Температура, °С
Рис. 2. Зависимости действительного переднего угла и усадки стружки от температуры по данным [2]
большим числом факторов, влияющих на рациональные режимы резания, и исключительно сложной взаимосвязью этих факторов процессе резания. Таким образом, разработка более эффективных путей решения этой задачи актуальна для машиностроительного производства.
Альтернативным путем решения этой задачи является экстраполяция экспериментальных результатов на основании учета физических ограничений, например, ограничений по теплостойкости режущего инструмента, а также по допускаемым силам резания и их колебаниям в процессе обработки заготовок. Применение этого подхода основывается на разработке надежных и достоверных методов расчета температур контактных поверхностей режущего лезвия.
Ранее применявшиеся методики расчета температуры и сил при резании не учитывали действительных механических характеристик обрабатываемых материалов при резании, взаимосвязи предела текучести и температуры, влияния на температуру задней поверхности застойных зон, имеющих место вблизи режущей кромки и т. д. [1,2,3]. Намина основе применения термомеханического подходе разработаны алгоритмы и программы для расчета распределений температуры на поверхностях режущего лезвия и сил резания [4]. Однако эти теоретические методы расчета сил и температуры поверхностей режущего инструмента основывались на схеме процесса резания, не учитывавшей особенностей, связанных с образованием нароста на режущих лезвиях.
На производстве наряду с твердосплавными режущими инструментами достаточно широко используются и режущие инструменты из быстрорежущих сталей, эксплуатируемые при температурах менее 600°С, т. е. в области режимов, при которых на режущих лезвиях возникает нарост. Из быстрорежущих сталей изготавливают, как правило, наиболее
сложные и дорогие режущие инструменты, в том числе концевые и цилиндрические фрезы, зуборезные инструменты, протяжки и др. Все быстрорежущие инструменты весьма чувствительны к повышению температуры при приближении ее к температуре теплостойкости быстрорежущих сталей (около 600 °С). В связи с этим для обеспечения работоспособности быстрорежущих инструментов и определения рациональных режимов резания необходимо иметь возможность рассчитывать температуры поверхностей этих инструментов теоретически.
Экспериментальное и теоретическое определение температуры существенно осложняется при наличии нароста на режущем лезвии. Непосредственно в зонах контакта нароста со стружкой и деталью, т. е. на участках наиболее высоких температур термоэлектродвижущая сила не возникает, поскольку материал нароста, стружки и детали одинаков по химическому составу.
Как показало сопоставление расчетных результатов [4] с экспериментальными данными многих исследователей, начиная с первых данных, полученных Я. Г. Усачевым [2] методом полуискусственной термопары, в области температур, близких к температуре исчезновения нароста, равной около 600°С, расчетные температуры и силы резания близки к экспериментальным (рис. 1).
Однако при применении методики расчета температуры и сил, не учитывавшей изменения действительного переднего угла режущего лезвия в области меньших температур (300 —500°С), соответствовавших образованию на инструменте нароста, расчетная температуры и силы заметно превышали измеренную. Эта разница наблюдалась, несмотря на то, что опыты Я. Г. Усачева проводились резцом с передним уотом у= 30°. При меньших передних углах отличие расчетных температур и сил от экспериментально измеренных еще более существенно.
Для обеспечения возможности расчета температур для инструментов из быстрорежущих сталей методика теоретического определения температуры, разработанная без учета влияния нароста [4], доработана с целью учета влияния действительного переднего угла, усадки стружки на температуру передней поверхности и влияния высоты застойной зоны на температуру задней поверхности.
На основании исследований А. М. Розенберга и А. Н. Еремина [3] принято, что при резании сталей нарост достигает максимума при 300 °С и исчезает при 600 °С. При этом действительный передний угол схода стружки уменьшается по выпуклому закону, близкому к параболе, от удк 40 — 45 °С до статического переднего угла режущего лезвия ур, а усадка стружки возрастает по вогнутому параболическому закону от С(п А° Сих' определяемых для каждого конкретного материала экспериментально (рис. 2).
г >
Е х
X
о
№ >
■о
ib Q.
I
5 £
600 500 400 300 200
У
И /
10 15 20 25 30 35 40 45 50 Скорость резания, мАшн
■ без учета нароста
-сучетом нароста
а)
10 20 30 40 Скорость резания, м/мин
- Без учета нароста
- с учетом нароста
б)
Рис. 3. Нулевое приближение (без учета нароста) и уточненная (с учетом нароста) зависимость температуры (а) и составляющей скорости резания Р1 (б) от скорости резания при точении стали 2000 НВ, Тр = 0°, Ф = 60°, Ь, = 0,5 мм, в=0,2 мм/об, ( = 4 мм
Согласно разработанному алгоритму в качестве нулевого приближения рассчитывается средняя температура передней поверхности впП при Стах и у = у. Затем по полученной температуре вп{) с помощью функций, аппроксимирующих зависимости, представленные на диаграмме (рис. 2) определяются значения у и £ По найденным значениям уд и С рассчитывается следующее приближение температуры вп1. Итерации повторяются несколько раз до достижения требуемой точности (рис. 3).
Усовершенствованные программы для расчета температуры и сил на поверхностях быстрорежущих инструментов были использованы для определения режимов резания при работе быстрорежущими цилиндрическими и концевыми фрезами.
Из сопоставления рис. 1 и рис. 3 следует вывод о том, что учет влияния нароста по предложенной методике позволяет теоретически рассчитывать температуры и силы не только при отсутствии нароста, но и в области режимов, при которых он образуется. Это позволяет использовать результаты теоретического расчета температур и сил резания для назначения режимов резания с учетом ограничений по теплостойкости режущего инструмента и силам резания.
Библиографический список
1. Общемашиностроительные нормативы режимов резания: справочник. В 2 т. Т. 2 / А. Д. Локтев [и др.]. — М. : Машиностроение, 1991. — 640 с.
2. Русские ученые — основоположники науки о резании металлов. — М. : Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1952. — 480 с.
3. Розенберг, А. М. Элементы теории процесса резания металлов / А. М. Розенберг, А. Н. Еремин. — Москва — Свердловск: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1956. — 320 с.
4. Васин, С. А. Резание материалов: Термомеханический подходксистемевзаимосвязей при резании: учеб. длятехн. вузов / С. А. Васин, А. С. Верещака, В. С. Кушнер. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2001. - 448 с.
КУШНЕР Валерий Семёнович, доктор технических наук, профессор (Россия), заведующий кафедрой «Материаловедение и технология конструкционных материалов».
БУРГОНОВА Оксана Юрьевна, старший преподаватель кафедры « Материаловедение и технология конструкционных материалов ».
ЛАНГЕМАН Светлана Владимировна, студентка направления подготовки магистров СИМ-619. Адрес для переписки: e-mail: oksbourg@mail.ru
Статья поступила в редакцию 02.03.2011 г. © В. С. Кушнер, О. Ю. Бургонова, С. В. Лангеман
Информация
Конкурсный отбор региональных программ развития образования
На сайте Министерства образования и науки Российской Федерации опубликованы объявления о проведении конкурсного отбора региональных программ развития образования в целях предоставления бюджетам субъектов Российской Федерации субсидий на поддержку реализации мероприятий Федеральной целевой программы развития образования:
— на 2011 — 2015 годы по направлению «Разработка и внедрение программ модернизации систем профессионального образования субъектов Российской Федерации» (читать на сайте Министерства http://mon.gov.ru/ \гогк/копк/8567/).
— по направлениям: «Достижение во всех субъектах Российской Федерации стратегических ориентиров национальной образовательной инициативы «Наша новая школа» и «распространение на всей территории Российской Федерации современных моделей успешной социализации детей» (читать на сайте Министер-ства:Ьир://топ.доу.ш/шогк/копк/8567/).
Источник: http://www.rsci.ru/gTants/gTant_news/267/229829.php (дата обращения : 15.06.11).
