CC BY
10
УДК 621.941:621,S1
Андрей А. Крутъко, Audrey. A. Knitko, e-mail:krutko@omgtu.ru Алексей А. Крутько, Alexey. A. Krutko, e-mail: projektorl3@yandex.ru Фисенко В.И., Fisenko V.I., e-mail: enklav_yiialka@mail.ru Омский государственный технический университет, т. Омск. Россия Omsk State Technical University. Omsk, Russia
ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РЕЖИМОВ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ В ТЯЖЕЛЫХ УСЛОВИЯХ РЕЗАНИЯ С УЧЁТОМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОГРАНИЧЕНИЙ
THE RMOME С HANI С AL RATIONALE MODES TURNING OF STEEL PARTS UNDER TRYING CONDITIONS CUTTING WITH REGARD TECHNOLOGICAL LIMITATION
Установлено, что одним нз эффективных направлений повышения износостойкости режущего инструмента и точности обработанного профиля в тяжелых условиях резания является оптимизация формы режущего лезвня н режимов резання на основе термомеханнческого подхода с учетом влияния пластических деформаций режущих пластин. Даны рекомендации по оптимизации геометрических параметров режущих пластин и режимов резания при восстановлении профиля железнодорожных колес
It is established that огье of tlie most effective ways to increase the wear resistance of the cutting tool and the profile accuracy of the processed heavy cutting conditions is to optimize the form of the cutting blade and cutting mode through thenuomechaiiical approach taking into account the influence of plastic deformation of the cutting inserts. Recommendations on optimization of geometrical parameters of the cutting inserts and. cutting at restoring a profile of railway wheels.
Ключевые слова: режимы резания, режущая пластина, железнодорожное колесо
Keywords: cutting mode, the cutting inserts, railway wheel
Согласно рекомендациям н нормативам [1], рациональные режимы точения стальных деталей с крупными сечениями срезаемого слоя (глубина резания до 8 мм. подача свыше 1 мм/об) назначаются, как правило, с учетом только одного критерия - износостойкости режущего инструмента. Однако на практике часто приходится учитывать также ограничения, связанные с технологическими требованиями к точности и шероховатости обработанной поверхности. Так. например, в связи с повышением скоростей движения железнодорожного тягового подвижного состава свыше 120 км/час допуски на биение обработанной поверхности ужесточаются с 1.0 мм до 0,3 мм, а требования к шероховатости обработанной поверхности - от Rz<80 мкм до Rz<40 мкм (рнс.1).
Ъг
допуск- на биение обрабогэн-юй поверхности.
□ колеса, эксплуатурукнцеся со скоростью дв ювэнич не более 70 км/ч
■ колеса, эксплуат^укнц*гся со скоростью дв №кт не более 120 км/ч
□ колеса, эксплуатирующееся со скоростью дв №кт не более 200 км/ч
□ требовашя, предъявляемые аэ рубежом
t
Я
шероховатость обработанной поверхности Rz, мкм
□ требования, регламентированн ые инструкциями по ремонту
■ требования, регламентированн ые ГОСТ 110182000
□ требования, регламентированн ые за рубежом
Рис.1. Анализ технологических требований, предъявляемых к обработанному профилю железнодорожного колеса
Эти тенденции согласуются и с зарубежной практикой, согласно которой отклонения обработанной поверхности не должны превышать 0.12 - 0,15 мы. а шероховатость, не более 20 мкм.
Практически применяемые при восстановлении профиля колес режимы резания [1] иг учитывают этих требований и направлены, главным образом, на достижение наибольшей
Следуя Ф.Тейлору, до настоящего времени назначение рациональной скорости резания, как правило, производится на основании зависимостей стойкости режущего инструмента от ско-ростн резання. определённых исключительно эмпирически и достоверных лишь для того узкого диапазона условий резания, в котором проводились опыты. Существенным недостатком такого подхода является то. что не учитывается нелинейность зависимостей параметров износа от пути резания, различных критериев затупления. влияние многих факторов, характеризующих свойства обрабатываемого и инструментального материалов, формы и геометрии режущего инструмента и др.
Таким образом, теоретическое определение рациональных режимов токарной обработки и геометрических параметров режущего лезвия б тяжелых условиях резания с учетом ограничений по износостойкости и точности обработанной поверхности является актуальной задачей.
Такую задачу позволяет решить разработанная термомеханическая модель [2]. учитывающая не только влияние закономерностей изнашивания режущего инструмента, характерных для более легких условий резания, но и его пластическую деформацию, которая наблюдается в тяжелых условиях резания,
На основании разработанной модели, была проанализирована технология восстановительной токарной обработки профиля железнодорожных колес.
Установлено, что для повышения сопротивления режущего лезвия пластическим деформациям целесообразно предварительно притуплять режущее лезвие по задней поверхности на величину И0 ~ 0.1 мм, Такое притупление не приводит к существенному изменению отклонений Д„ и не увеличивает температуры формоусгойчивостн Тф. но позволяет снизить напряжения о. действующие на режущий клин резца (рис. 3).
Уменьшение переднего угла у также повышает сопротивление режущего лезвия пластическим деформациям, однако при этом возрастают силы резания и вызванные ими отклонения обработанной поверхности (Др=0.2 - 0.3 мм). Кроме того, с уменьшением переднего угла резко возрастает склонность к возникновению вибраций. В связи с этим целесообразно применять либо небольшие положительные (у =10°) либо нулевые передние углы.
Для уменьшения толщины срезаемого слоя (до а» 0.6 мы) и температуры формо-устойчнвости (до 950 - 1000 °С) при обработке колес по поверхности катания, призматическую пластину необходимо располагать под утлом в плане 30 - 40
Наблюдения за износом режущих пластин показали, что увеличение радиуса при вершине втрое (ог 4 до 12 мм) в некоторой окрестности вершины резца {1.5-2)5 примерно в 1.5 раза уменьшает коэффициент неравномерности износа, что обеспечивает соответствующее увеличение стойкости инструмента или пройденного вершиной пути резания. Кроме того, это способствует примерно двукратному уменьшению шероховатости обработанной поверхности (1^=20 мкм).
Как показали расчеты и производственные испытания, применение усовершенствованных пластин призматической формы, способствовало увеличению в 1.5 - 2.0 раза их износостойкости. а в ряде случаев, позволило исключить необходимость выполнения второго (чистового) прохода, тем самым, сократив машинное время обработки примерно в 2 раза.
Также установлено, что. при восстановлении профиля стандартными пластинами с увеличением твёрдости колеса НВ ог 2850 до 3600 МПа. для обеспечения допуска радиального биения 2Д*=0.3 мм и шероховатости Е.г=40 мкм. необходимо снижать режимы резания (табл. 1).
Таблица 1
Черновой проход (призматическая пластина)
Твердость НВ. МПа 1Ш й, мм-об. п. об .''НИН Т МИН ММ/МИН N. кВт Мч, кНм
2850 8 1,2 8,3 10 10 2x41 14
3600 8 1,2 4.2 20 5 2x25 16
Уменьшение отклонений обработанной поверхности при использовании стандартных призматических режущих пластин и рекомендованных режимов резания позволило обосновать уменьшение припусков на чистовой проход, который, как было установлено, целесообразно выполнять круглыми (чашечными) режущими пластинами.
Выявлено, что при обработке поверхности катания на чистовом проходе, выполняемым круглыми (чашечными) режущими пластинами, припуск не должен превышать 0.5 - 0.7 мм (табл 2). При этом даже при увеличении подачи до 2 мм/об., наибольшая толщина срезаемого слоя (а » 0.45 мы) примерно вдвое меньше, чем при резании призматическими пластинами.
Таблица 2
Чистовой проход (чашечная пластина)
Твердость НВ. МПа 1. мм ММ/06. п, об/мнн Т ^ каш.- мнн V мму'мнн N. кВт М^ , кН м
2850 0,6 2 18 5,6 36 2x10 2,4
3600 0,5 2 12,5 8 25 2x10 2,5
Таким образом, при примерно одинаковых для чернового и чистового проходов температурах. применение чашечных пластин на чистовом проходе обеспечивает существенное увеличение производительности и благодаря большим радиусам при вершине (г ж 14 л/л/1 достигается шероховатость поверхности К2 < 40 мкм.
Библиографический список
1. Кушнер. В. С. Совершенствование технологии восстановления профиля железнодорожных колес / В. С. Кушнер. А. А. Кругько И Омский научный вестник. Серия Приборы, машины и технологии. - 2007. - N 2 (56), - С, 124-126.
2. Кушнер. В. С. Термомеханнческое обобщение влияния условий резания на отклонения обработанной поверхности, вызванное силами резания и изнашиванием режущего инструмента при черновой токарной обработке сталей / В. С. Кушнер, А. А, Воробьёв, А. А. Кругько // Современные проблемы машиностроения: груды IV Междунар. науч.-техн. конф. - Томск : Изд. ТПУ, 2008. -С. 603 - 607.
