CC BY
8
ИЗВЕСТИЯ ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
Том 225 1972
ВЛИЯНИЕ СПОСОБА ПОДВОДА И ДАВЛЕНИЯ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ НА ТЕМПЕРАТУРУ РЕЗАНИЯ ПРИ СВЕРЛЕНИИ СТАЛЕЙ БЫСТРОРЕЖУЩИМИ СВЕРЛАМИ
Д. В. КОЖЕВНИКОВ, Ю. В. ЩЕПЕТИЛЬНИКОВ
(Представлена научным семинаром кафедры станков и резания металлов)
Процесс сверления сопровождается интенсивным выделением тепла, источником образования которого служит пластическая деформация обрабатываемого металла при переходе его в стружку и трение на контактных поверхностях инструмента и изделия.
Температура резания тесно связана со всеми физическими явлениями, сопровождающими процесс резания металлов, и оказывает решающее влияние на износ и стойкость режущего инструмента. Специфические услови'я процесса сверления (переменность скорости резания и геометрии по длине режущих кромок, затрудненный отвод стружки) значительно осложняют картину теплообразования и распределения температуры. Кроме того, закрытый характер протекания процесса резания при сверлении приводит в результате длительного контакта стружки, несущей основную долю образующегося тепла, с корпусом сверла к дополнительному его нагреву.
С целью снижения температуры резания сверление сталей производят с подводом смазочно-охлаждающей жидкости. Однако применяемый обычно при сверлении метод охлаждения — свободный полив сверху — малоэффективен, так как охлаждающая жидкость прежде всего встречается с нагретой стружкой и вращающимся корпусом сверла, препятствующим ее проникновению в зону резания. На стойкость инструмента оказывает влияние главным образом теплота резания, концентрирующаяся 'в поверхностных слоях режущего инструмента, в зоне контакта его со стружкой и обрабатываемым материалом. Именно отсюда нужно в первую очередь интенсивно отводить тепло. Теплофизиче-ским анализом доказано, что наибольшее снижение температуры резания достигается тогда, когда охлаждающая среда прежде всего встречает на своем пути инструмент, а затем уже стружку и изделие [1]. При сверлении это условие выполняется в полной мере только в случае подвода охлаждающей жидкости непосредственно в зону резания через внутренние отверстия в сверле.
Исследования, проведенные в лаборатории резания металлов ТПИ сверлами из быстрорежущей стали Р9 диаметром 23 мм с прокатанными отверстиями (конструкция ВНИИ) на различных по своим физическим свойствам сталях, убедительно подтверждают сказанное.
Опыты были проведены на модернизированном вертикально-сверлильном станке 2А150. Измерение температуры резания проводилось ме-98
^оДбм естественной термопары при сверлении сталей 45Г17ЮЗ, ЭИ—316, Х25СНЗД, 1Х18Н9Г, ст. 45, ст. 20. Схема установки для измерения температуры резания представлена на рис. 1. Охлаждающая жидкость подводилась в зону резания под давлением до 45 кг/см2 от специальной насосной станции через патрон 1, закрепленный иа шпинделе станка, н отверстия в сверлах. Чтобы избежать возникновения паразитных термопар, зона сверления изолировалась о^ окружающего пространства за-
Рис. I
щитным кожухом 2, охлаждающая жидкость из которого отводилась через отверстия в ■бак, не (связанный .со стаканам. Термоэдс, возникающая в процессе резания между сверлом и заготовкой 6, снималась с медного кольца 3> закрепленного/на шпинделе станка, меднографитовыми
7*. ^ 99
щётками 4 и регистрировалась малоинерционным милливольтметром 5' 'типа М 136/А с ценой деления 0,05 ту.
' Измерения проводились на острозаточенных сверлах, угол при вер-йине 2<р=120о, задний угол а=12°. Охлаждающая жидкость—5 °£-ный раствор эмульсола в воде.
Результаты измерений температуры резания при скорости, 21,2 м/мип в зависимости от давления охлаждающей жидкости, для всех сталей представлены на рис. 2. Из анализа приведенных зависи-
Ыкрла из Р9 ч> гз тт :
V -- 21? т/тин 5 = 015 """/об (з - ст ■ .. -
* - ст 20 о - Х15СНЗ-Д
0 • за Ш
о - 1Х18Н9Т Ш!?И>3-
10 1У ?!) 25 50
Лайпение охлаждающей Жидкости
Р КГ/шг
Рис. 2
мостей следует, что наибольшее снижение температуры резания наблюдается, в случае замены охлаждения поливом подводом ' охлаждающей жидкости непосредственно в зону резания. При увеличении давления охлаждающей жидкости температура резания вначале продолжает, уменьшаться и при достижении какого-то «критического» для данного материала и. режима резания значения в дальнейшем остается практически неизменной. Причем эта «критическая величина» давления больше для сталей с меньшей теплопроводностью; Так для стали 45Г17ЮЗ это около 25 кг/'ем2, а для стали 45 температура резания остается практически неизменной, уже начиная с давления 5 кг/см2. Поэтому при одинаковых режимах сверления сталей с различной теплопроводностью разя пость в температуре резания уменьшается с ростом давления (табл. 1).
Таблица 1
Вид , , охлаждения Полив 1 ■ кг ¡см2 5 кг/ел2- ' г : . ■ ! 15 кг!см- 25 кг ¡см2 35 кг ¡см2 45 кг! см2
Разность температуры при сверлении ст. 45Г17ЮЗ и ст. 45 446° 356° 268° 252° 245° ■ V ' 240° 235°
Следовательно, сверление жаропрочных и нержавеющих сталей, обладающих худшей, по сравнению с конструкционными материалами, теплопроводностью, следует вести при большем давлении охлаждающей жидкости в подводящей системе, чем при сверлении конструкционных сталей.
При увеличении скорости резания температура резания для всех сталей увеличивается более интенсивно в случае сверления без подвода охлаждения и при охлаждении поливом. При внутреннем охлаждении с увеличением давления охлаждающей жидкости на всех скоростях резания, наблюдается снижение температуры, при этом интенсивность такого снижения по мере увеличения давления охлаждающей жидкости уменьшается (рис, 3).
Значительное снижение температуры резания в случае замены охлаждения внутренним напорным поливом обеспечивает существенное
Рис. 3
повышение стойкости сверл. Как показали проведенные в дальнейшем стойкостные исследования, стойкость быстрорежущих сверл при сверлении сталей 1Х18Н9Т и 45Г17ЮЗ в случае замены охлаждения поливом внутренним при давлении охлаждающей жидкости 25 кг/см2 увеличивается в 20—25 раз.
Выводы
1. Подвод охлаждающей жидкости под давлением в зону резания через внутренние отверстия в сверле обеспечивает значительное снижение температуры резания особенно при сверлении сталей с низкой теплопроводностью.
2. Величина давления охлаждающей жидкости, обеспечивающая наибольшее снижение температуры по сравнению с подачей ее поливом тем выше, чем ниже теплопроводность обрабатываемого материала. :
ЛИТЕРАТУРА
1. 'А. Н. Резников. Конструирование и практика внедрения^высокостойких режущих инструментов. «Машиностроитель», НТО Машпром, № 6, М., 1966.
