CC BY
15
УДК 621.9.025:621.787
ВПЛИВ УМОВ Р13АННЯ НА ЕФЕКТИВШСТЬ ДРОБОСТРУМИННОГО ЗМ1ЦНЕННЯ ТВЕРДОСПЛАВНОГО 1НСТРУМЕНТУ
Н.О. Лалазарова, доц., к.т.н., Д.О. Донченко, студ., Харк1вський нацюнальний автомобшьно-дорожнш ушверситет, Л.Г. Хает, доц., к. т.н., ДВНЗ Донбаський державний педагопчний ушверситет, м. Слов'янськ
Анотац1я. Наведет результаты досл1джень еплиеу rneudKOcmi р1зання i перериечастого характеру обробки на мщтстъ твердосплавных токарних р1зц1в та ефективтстъ ix дробостру-минного змщнення.
Ключов1 слова: твердый сплав, чорнове точтня, дробострумынне змщнення, руынувалъна подача.
ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ РЕЗАНИЯ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ДРОБЕСТРУЙНОГО УПРОЧНЕНИЯ ТВЕРДОСПЛАВНОГО ИНСТРУМЕНТА
Н.А. Лалазарова, доц., к.т.н., Д.А. Донченко, студ., Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет, Л.Г. Хает, доц., к.т.н., ГВУЗ Донбасский государственный педагогический университет, г. Славянск
Аннотация. Приведены результаты исследований влияния скорости резания и прерывистого характера обработки на прочность твёрдосплавных токарных резцов и эффективность их дробеструйного упрочнения.
Ключевые слова: твёрдый сплав, черновое точение, дробеструйное упрочнение, разрушающая подача.
INFLUENCE OF CUTTING CONDITIONS ON THE EFFICIENCY OF SHOT-PEENING HARDENING OF THE TOOL MADE OF A HARD ALLOY
N. La^arova, Assoc. Prof., Ph. D. (Eng.), D. Donchenko, St., Kharkiv National Automobile and Highway University, L. Hayet, Assoc. Prof., Ph. D. (Eng.), SHEI Donbass State Pedagogical University, Slavyansk
Abstract. The results of studies of the influence of the cutting speed and the intermittent nature of the treatment on the strength of hard-alloy turning tools and the efficiency of their shot-peening hardening are presented.
Key words: hard alloy, rough turning, shot-peening hardening, destroying feed.
Вступ
Ефективнють експлуатацп сучасного высокопродуктивного металор1зального облад-нання значною м1рою визначаеться мщнютю та надшнютю шструменту. Одним з досить простих i ефективних засоб1в шдвищення р1зальних властивостей твердосплавного ¿н-струменту е обробка дробом [1].
Анал1з публжацш
Радянськими вченими оптим1зована техноло-гш змщнення, створено вщповщне облад-нання, дослщжено ефективнють обробки дробом твердосплавних р1зщв для точшня стал1 1 чавуну. Установлено, що змщнення дозволяе шдвищити подачу до 1,3 раза або знизити витрати шструменту до 3 раз1в. Рекомендовано шддавати змщненню чорновий
1 натвчистовий шструмент, напайний 1 з ме-хашчним кршленням [2].
3 урахуванням позитивного ефекту дробост-руминного змщнення шструменту для обро-бки стал1 1 чавуну становить науковий 1 прак-тичний штерес поширення отриманих результата на бшьш широке коло оброблю-ваних матер1ал1в, зокрема на титанов! спла-ви. Виробництво цих сплав1в зростае випере-джаючими темпами, !х номенклатура 1 д1апазон властивостей безперервно розши-рюються, а роль у народному господарств1 й забезпеченш експорту зростае.
Сплави титану мають низку специф1чних властивостей, що обумовлюе виникнення в зош р1зання температур в 2-3 рази бшьших шж шд час обробки сплав1в на основ! зал1за 1 алюмшю [3]. Обробка титанових сплав1в характеризуеться високим контактним тис-ком, низьким коефщентом усадки стружки, штенсивними адгезшними явищами [4]. По-верхш заготовок титанових сплав1в покрш! твердою юркою з дуже неоднородною структурою. На поверхш оброблюваних зливюв часто е ливарш дефекти значних розм1р1в типу раковин, трщин, наплив1в, непроплав1в та ш. [5].
Щдвищеш силов1 1 теплов1 навантаження на шструмент призводять до низького р1вня йо-го надшностг Анал1з вплив1в у ряду: власти-восп титанових сплав1в - характеристики процесу 1х обробки р1занням - процеси, що призводять до вщмови шструменту - характеристики його безвщмовносп 1 довгов1чнос-т1, - дозволив установите загальну схему впливу умов р1зання на надшнють шструмен-та для обробки титанових сплав1в [6].
Область рацюнального застосування дробо-струминного змщнення шструменту багато-м1рна 1 мае складну форму. Вплив умов рь зання на ефектившсть змщнення шструменту часто визначаеться змшою мехашзму його вщмови. Верхня межа зони рацюнального використання змщненого шструменту визначаеться деструкщею змщнених структур, що швелюе змщнювальний фактор. Так, межа ефективного використання шструменту, змь цненого дробом, визначаеться знемщненням його р1зально! частини внаслщок рекристаль зацшних процес1в [7] у поверхневому шар1 твердих сплав1в. Температура р1зання може перевищити температуру рекристал1зацп у
процес1 поеднання високих швидкостей рь зання, подач 1 мщносп оброблюваного мате-р1алу [8].
Дефекти поверхневого шару, похибки геоме-трично! форми зливюв 1 1х установления (центрування) на верстав обумовлюють ди-нам1чний характер навантаження шструменту, у його спектр! виникають перевантажен-ня. Вщомо, що перевантаження знижують ефектившсть поверхневого наклепу [9].
Поверхневий шар зливка надае абразивну дда на р1зальну частину, що може призводи-ти до швидкого видалення змщненого шару внаслщок його абразивного зношування. Зниження ефективносп дробоструминного змщнення шструменту пов'язуеться з мож-ливютю зношування змщненого шару [1]. Рекомендуеться застосовувати дробостру-минне змщнення твердосплавних р1зщв у процес1 обробки титанових сплав1в лише за вщсутносп ливарно! юрки [6].
Таким чином, факторами, що визначають можливе зниження ефекту змщнення шструменту тд час обробки заготовок чорних ме-тал1в 1 титанових сплав1в, е: наявнють удар1в у процес1 р1зання, шдвищена температура та прискорене абразивне зношування.
Осюльки у виробничих умовах щ, а також шш1 фактори ддать у комплекс!, взаемо-пов'язано, важко визначити !х роздшьний вплив на надшнють шструменту й ефектившсть його змщнення. Доцшьно вивчити !х в умовах контрольованого лабораторного екс-перименту.
Мета 1 постановка завдання
Мета роботи - вивчити вплив умов р1зання на надшнють шструменту й ефектившсть його дробоструминного змщнення. Для дося-гнення мети необхщно проведения повнофа-кторного експерименту, де буде оцшено вплив переривчастосп та швидкосп р1зання, а також змщнення шструменту.
Матер1ал 1 методика дослщжень
Для диференцшного вивчення впливу темпе-ратури 1 переривчастосп р1зання на ефектившсть змщнення шструменту дробом провели повнофакторний експеримент 23 [10]. Подбором р1вшв фактор1в змоделювали необхщш умови випробувань р1занням (табл. 1).
Таблиця 1 Р1вт фактор1в та штервали 1х вартовання
Кодування позна-чення фактора Найменування доонджуваного фактора Значения фактора, що в1дпов1дае його р1вням
-1 +1
Х1 Наявшсть уривчастосл р1зання Ввдсутне Наявне
Х2 Швидюсть р1зання V = 0,0785 м/с V = 1,57 м/с
Хз Наявшсть змщнення шструмента дробом Ввдсутне Наявне
Лабораторш випробування шструменту на мщшсть [1] проводилися на токарному верстав мод. 163. Матер1ал заготовки - прокат стал1 40Х, вихщний д1аметр - 150 мм, дов-жина - 1200 мм. Для забезпечення уривчас-тосп р1зання на поверхш заготовки простругали паз уздовж поздовжньо! ос1 завширшки 6 мм.
Випробовуваш пластини кршили прихватом у спещальнш державщ власно! конструкцп, тод1 як р1зальну пластину кршили на твердо-сплавнш опор1 К20. Опорш поверхш р1заль-них 1 опорних пластин попередньо притирали на чавуннш доводочнш плитг Вил1т державки з р1зцетримача - 40 мм, вил1т пластини над шдкладкою - 2,5 мм, головний кут у плаш - 90°, рад1ус за умови вершини -0,5 мм.
Випробуванню на мщшсть поддавали 120 твердосплавних пластин ВК8 до шдр1зних р1зщв по 15 пластин на кожен ¿спит. Половина пластин (60 шт.) змщнена дробом на при-
Методом найменших квадрат1в розраховува-ли коефщенти р1внянь регресп такого
а = Ь0 + Ь1х1 + Ь2х2 + Ь3х3 + Ь12х1х2 +
+ ЬПХ1Хз + Ь2зХ2бз + Ь12зХ1Х2Хз, (1)
де а - дослщжуваний параметр (м^, «^ь ^р); Ь - коефщенти р1вняння регресп (1); х1, х2, х3 - змшш фактори (табл. 1).
стро! В-4 власно! конструкций Режими змщ-нення були попередньо оптим1зоваш. Випробування проводили за умови частоти обер-тання заготовки 10 об./хв (V = 0,0785 м/с) 1 200 об./хв (V = 1,57 м/с). Глибина р1зання -2,0 мм, величину подач1 шдвищували посту-пово, час роботи на кожному ступеш - 10 с. Критерш вщмови - поламка р1зально! пластини. Фшсували подачу, за яко! вщбувалася поламка пластини, 1 час роботи на останньо-му ступеш. Пластини дослщжували з чергу-ванням р1зних вар1ант1в для дотримання ще-нтичносп умов випробувань 1 виключення впливу змш жорсткосп системи протягом випробувань (рандом1зований план експери-менту).
Матриця планування експерименту передба-чала 8 вар1ант1в умов, для яких наведен! ре-зультати випробувань: М«р - середня руйшв-на подача з 15 дослав, БЗР - середньо-квадратичне (стандартне) вщхилення руй-швно! подач1, У5Р - коефщент вар1ацп руйшвно! подач1 (табл. 2).
Перев1рка отриманих р1внянь (1) за допомо-гою критерш Фшера [10] шдтвердила !х адекватнють.
Значущють коефшдекпв р1внянь регресп ви-значали методом дов1рчих штервал1в [10] -коефщент значущий, якщо його абсолютна величина бшьша шж дов1рчий штервал
А = (t•/S)/Vn, (2)
Таблиця 2 Умови I результаты випробувань твердосплавних пластин
№ експерименту Кодоваш значения дослщжуваних фактор1в Результата випробувань пластин на мщшсть
Х1 Х2 Хз М«р ««р У«р
1 + + + 0,65 0,18 0,30
2 + + - 0,41 0,13 0,39
3 + - + 0,97 0,28 0,30
4 + - - 0,37 0,17 0,54
5 - + + 0,61 0,10 0,17
6 - + - 0,46 0,05 0,13
7 - - + 1,22 0,40 0,33
8 - - - 0,52 0,08 0,17
де А - дов1рчий штервал коефщ1ент1в р1в-няння (1); t - критерш Стьюдента; - серед-не середньоквадратичне вщхилення руйшвно! подач1 (середньоквадратичне значения з 8 результата у передостанньому стовпщ (табл. 1)); п - кшькють паралельних дослав.
Результати дослщжень та Ух обговорення
Обробкою результата експерименту отрима-ли таю р1вняння регресп (з урахуванням зна-чущосп коефщента показан! тшьки значу-щ1). Мщнють шструменту, И середньоквадратичне вщхилення 1 коефщент вар1ацп вщповщно
М5р = 0,65 + 0,21хз - 0,12x2 - 0,11*2*3, (3)
^ = 0,17 - 0,06x2 + 0,07x3, (4)
У5Р = 0,29 + 0,09x1 - 0,07x13 . (5)
Значения дов1рчого штервалу для р1вняння (3) дор1внюе 0,09, у цьому випадку значущи-ми виявилися лише коефщенти за умови двох фактор1в I одше! парно! взаемодп.
Анал1з р1вняння (3) з урахуванням значущос-т1 його коефщ1ента показав, що в дослщжу-ванш обласп умов обробка дробом (х3) за-безпечило середне пщвищення руйшвно! подач1 вдв1чг Значения приросту мщносп внаслщок обробки дробом знаходяться у верхнш частиш д1апазону величин, знайде-них рашше [1, 2]. Це можна пор1вняти також з пщвищенням руйшвно! подач1 за умови оптимального округления лез шструменту -вщ 1,1 до 2,0 раз1в [1].
Пщвищення швидкосп р1зання (х2) знижуе величину руйшвно1 подач1 (коефщент -0,12) за рахунок посилення впливу мехашч-ного 1 теплового фактор1в пщ час р1зання. У бшьш вузькому д1апазош змши швидкосп р1зання (вщ 0,28 до 0,41 м/с) було вщзначено невелике (5 %) пщвищення руйшвно! подач1 [11], що в нашому експеримеш! не могло бути виявлено через наявнють усього двох значень швидкосп. Можна припустити зага-льну форму залежносп руйшвно! подач1 вщ швидкосп у вигляд1 криво! з максимумом. Тод1 в [11] могла бути виявлена лише гщка, що сходить, а в нашому експеримеш! - 1 та, що спадае.
Дуже важливою е наявнють значущо! взае-модп фактор1в у р1внянш (3), що показуе суттеве зниження ефекту дробоструминного змщнення з пщвищенням температури р1зан-ня (коефщент -0,11). У вузькому ж д1апазош змши швидкосп був вщзначений протилеж-ний ефект: зростання ефекту змщнення з1 збшьшенням швидкосп [11]. Мабуть, з ростом швидкосп р1зання вщповщно, температури р1зально! частини мщнють останньо! спочатку пщвищуеться внаслщок твердшня, а пот1м падае через процеси рекристал1зацп змщненого шару аналопчно, наприклад, [7].
У той же час наявнють удару шд час р1зання не впливае на ефектившсть змщнення дробом (коефщент за умови XI незначний). Це корелюе з даними про високу ефектившсть дробоструминного змщнення фрез Т5К10 пщ час обробки стал1 40ХН [1]. Несуттевий вплив динам1чного навантаження шструменту на е ф ектив нють йог о змщн ення може бути результатом впливу двох протилежно ддачих чинниюв: наявнють удар1в у процес1 р1зання може викликати знемщнення шструменту, а охолодження р1зально! частини в перервах м1ж р1занням знижуе можливий ефект рекри-стал1зацп твердого сплаву.
Висновки
Дробоструминна обробка шструменту приз-водить до збшьшення руйшвно! подач1 за умови точшня до 2 раз1в за рахунок змщнення поверхневого шару твердого сплаву.
Переривчастють р1зання, наявнють мехашч-ного удару не мае ютотного впливу на ефектившсть змщнення дробом.
Основним фактором, що визначае вщмш-нють ефективносп змщнення шструменту в процес1 обробки сталей 1 титанових сплав1в, е температура в зош р1зання. Значне збшьшення температури в зош р1зання ютотно знижуе ефект змщнення дробом.
Якщо не ставиться спещальне завдання ви-вчення розсдавання, то пщ час випробувань р1зального шструменту на стшюсть як пока-зник розсдавання варто брати середньоквадратичне (стандартне) вщхилення перюду стшкосп, а за умови випробувань його на мщнють - коефщент вар1ацп руйшвно! подачг
Лггература
1. Хает Г.Л. Прочность режущего инстру-
мента / Г.Л. Хает. - М.: Машиностроение, 1975. - 168 с.
2. Хает Л.Г. Упрочнение твердосплавного
режущего инструмента поверхностным деформированием / Л.Г. Хает, В.М. Гах, В.И. Левин. - М.: ВНИИМАШ, 1981. -54 с.
3. Кривоухов В. А. Обработка резанием тита-
новых сплавов / В. А. Кривоухов, А.Д. Чубаров. - М.: Машиностроение, 1970. - 180 с.
4. Резание труднообрабатываемых материа-
лов / Под ред. П.Г. Петрухи. - М.: Машиностроение, 1972. - 176 с.
5. Андреев А. Л. Титановые сплавы: Плавка и
литьё титановых сплавов / А. Л. Андреев, Н.Ф. Аношкин. - М.: Металлургия, 1994.
- 316 с.
6. Хает Л.Г. Сборные резцы для чернового
точения труднообрабатывамых материалов / Л.Г. Хает, П.Б. Гринберг. - М.: ВНИИТЭМР, 1986. - 64 с.
7. Влияние нагрева на стабильность упроч-
нения магниевых сплавов поверхностным наклёпом / H.A. Бородин, С.П. Борисов, М.Н. Степнов, И.И. Хазанов // Вестник машиностроения. - 1969. - № 1.
- С. 11-13.
8. Хает Л.Г. Эффективность упрочнения ре-
жущего инструмента при обработке материалов разной твёрдости / Л.Г. Хает, H.A. Лалазарова, Н.В. Омельченко// Современная технология упрочнения, вос-
становления и механической обработки деталей с покрытиями. - К.: Знание, 1993. - С. 32-33.
9. Шашин М.Я. Увеличение сопротивляемо-
сти разрушению при повторных ударах в случае применения упрочняющих обработок / М.Я. Шашин // Вестник машиностроения. - 1963. - № 9. - С. 12-14.
10. Адлер Ю.П. Планирование эксперимента
при поиске оптимальных условий / Ю.П. Адлер, ЕВ. Маркова, Ю.В. Грановский. - М.: Наука, 1976. - 280 с.
11. Хает Л.Г. Влияние дробеструйной обработки и скорости резания на прочность твёрдосплавных резцов / Л.Г. Хает, Б.А. Брусиловский. - Депонированная рукопись, НИИИНФОРМТЯЖМАШ,
1976, № 161. - 12 с. (Реферат ВИНИТИ,
1977, № 11).
12. Маслов А.Р. Инструментальные системы машиностроительных производств / А.Р. Маслов. - М.: Машиностроение, 2006. - 336 с.
13. Хает Г.Л. Теория проектирования инструмента и её информационное обеспечение: маркетинг, квалиметрия, надёжность, оптимизация. Раздел 3 / Г. Л. Хает, Л.Г. Хает, А.Л. Еськов. - Краматорск: ДГМА, 1994. - 138 с.
Рецензент: B.I. Мощенок, професор, к.т.н., ХНАДУ.
