CC BY
12ТЕХНОЛОГИЯ
закалки по режимам 1 и 2, предусматривающим ступенчатый нагрев под закалку, а именно: нагрев и выдержка при температуре 480±10 °С, подъем температуры до (490.. .500) ±10 °С с выдержкой при этих температурах в течение 0.5-1 ч и последующего старения. Временное сопротивление разрыву в этом случае составляет 450.460 МПа, относительное удлинение - 4 %, относительное сужение - 5.8-8.3 %. После закалки по режимам 4 и 5, не предусматривающим применения ступенчатого нагрева, в сплавах протекают процессы пережога, что обусловливает резкое снижение пластичности. Внешне пережог проявляется в образовании пузырей на поверхности поковок. Металлографически пережог характеризуется укрупнением частиц первичного кремния и других присутствующих в дисперсном виде фаз, коагуляцией и укрупнением эвтектики и ее оплавлением с образованием пористости, выявлением границ зерен.
Таким образом, за оптимальный для данных сплавов был принят следующий режим термической обработки: ступенчатый нагрев 480 ± 5 °С° (490.500) ± 5 °С с выдержкой 2 и 1 ч соответственно на нижней и верхней ступенях, охлаждение в холодную воду и последующее искусственное старение при 150 °С, 5 часов. В табл. 5 приведены физико-механические свойства исследуемых деформированных сплавов после термической обработки по указанному режиму. Видно, что в результате закалки и старения значительно, до 370.470 МПа, повышается прочность всех исследуемых деформированных заэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов, показатели пластичности остаются на достаточно высоком уровне. Коэффициент линейного расширения исследуемых сплавов после термической обработки составляет (17.4.18.6)-10-6 град-1 в интервале 50.150°С и (20.9.21.9)-10-6 град-1 в интервале 150.450 °С.
Металлографическое исследование деформированных сплавов после закалки и старения показало, что в
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
микроструктуре термообработанных поковок частицы кремния принимают более округлую форму. Упрочняющие фазы Mg2Si и СиА12 растворяются в твердом растворе в процессе нагрева под закалку, о чем свидетельствует усиление травимости а-твердого раствора и ее неоднородный характер. В дальнейшем при нагреве до температур старения распад пересыщенного твердого раствора обеспечивает упрочнение исследуемых сплавов.
Вывод. Разработан режим упрочняющей термической обработки для нового поршневого деформируемого заэвтектического силумина, содержащего фосфор и водород, заключающийся в ступенчатой закалке с выдержкой при 480 °С 2 ч и 490.500 °С 1 ч в холодную воду и последующим старением при 150 °С 5 ч. После термической обработки сплава в кованом состоянии его механические свойства значительно превышают (оВ более чем в 2 раза, 8 - в 1.5-3 раза) свойства аналогичных литейных сплавов типа АК21М2,5Н2,5 (АЛ26), а значения коэффициента линейного расширения находятся на таком же уровне.
Список литературы
1. Водород и свойства сплавов алюминия с кремнием / В. К. Афанасьев, И. Н. Афанасьева, М. В. Попова. - Абакан: Хакасское кн. изд-во, 1998. - 192 с.
2. Афанасьев В. К. Разработка и промышленное опробование технологии производства поршней из заэвтектического силумина / В.К. Афанасьев, А.Н. Прудников // Вестник РАЕН. ЗСО. - Вып. 2. - Кемерово, 1999. - С. 44-45.
3. Афанасьев В. К. Разработка поршневого заэвтектического силумина и технологии изготовления поршней обработкой давлением / В.К. Афанасьев, А.Н. Прудников // Изв. вузов. Цветная металлургия. - 1999. - №6. - С. 53-56.
4. Мондольфо Л. Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов / Л. Ф. Мондольфо. - М.: Металлургия, 1979. - 639 с.
УДК 621.941.1
ВЫБОР ПОДАЧИ ПРИ ЧИСТОВОМ РАСТАЧИВАНИИ ОТВЕРСТИЙ С ПРЕРЫВИСТОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ C УЧЕТОМ ПРОЧНОСТИ РЕЖУЩЕГО КЛИНА
А.М .ФИРСОВ, доцент, канд. техн. наук, В.Н. БЕЛЯЕВ, канд. техн. наук,
И.В. БОТКИН, канд. техн. наук БТИ АлтГТУ, г.Бийск
Проведен анализ процесса резания при растачивании отверстий с прерывистой поверхностью. Разработана методика выбора подачи, обеспечивающая прочность режущего клина.
The analysis of progess of cutting is corried out at boring apertures with a faltering surface. The technique of a choice of the giving, providing durability of a cutting wedge is developed
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА : РАСТАЧИВАНИЕ , ПРЕРЫВИСТАЯ ПОВЕРХНОСТЬ, УДАРНЫЕ НАГРУЗКИ, ПРОЧНОСТЬ РЕЖУЩЕГО КЛИНА, ПОДАЧА.
В настоящее время выбор режимов резания при чистовом растачивании отверстий обычно производится на основе нормативов [1] или рассчитывается по методике [2]. При этом учитывается вылет инструмента (глубина отверстия), шероховатость обрабо-
танной поверхности, точность отверстия. Однако при обработке отверстий с прерывистой поверхностью этих ограничений недостаточно и при их обработке на выбранных режимах наблюдается выкрашивание режущих граней инструмента, снижение точности и
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
возникновение вибраций. Основной причиной этого является недостаточная жесткость элементов технологической системы. Поэтому режимы резания, выбранные по нормативам, корректируются в меньшую сторону непосредственно на рабочем месте, что значительно снижает производительность обработки. В условиях современного производства, основанного на станках с числовым программным управлением, режимы резания необходимо назначать на этапе проектирования операции с учетом всех условий без дополнительной корректировки.
При растачивании наименее жестким элементом технологической системы, как правило, является инструмент. Рассмотрим методику выбора режимов резания при растачивании отверстий с прерывистой поверхностью с обеспечением прочности режущего клина.
Во время обработки на режущий инструмент, как известно, действует система сил Рх, Р Р2, под действием которых он деформируется. Под действием силы Ру расточная оправка 3 (рис.1) деформируется на величину Уин. Для расточной оправки, закрепленной консольно, величина деформации равна [3]:
Уин = pyL3/(3EI),
(1)
ТЕХНОЛОГИЯ
край отверстия глубина резания ? возрастет на эту величину, что приводит к увеличению сил. Также увеличение сил происходит из-за увеличения толщины срезаемого слоя в момент прохождения пересекающего отверстия, так как при прохождении отверстия инструмент не режет, но перемещается, и толщина срезаемого слоя в момент врезания будет равна
а = Э/ДлОвтф),
(2)
где Б - подача на оборот, мм/об; / - длина пересекающего отверстия, мм; С - диаметр растачиваемого отверстия, мм; ф - главный угол в плане, град.
Таким образом, в момент врезания в край пересекающего отверстия на инструмент будут действовать силы, которые больше чем при резании сплошного материала. Учитывая, что в момент врезания в край отверстия на инструмент действует не статическая, а динамическая сила (удар), то воздействие на инструмент еще больше увеличивается. Силу, которая действует на режущий клин инструмента во время врезания, можно определить по методике, используемой в сопротивлении материалов для ударов [4]:
(3)
где Ру - сила резания, Н; ^ - длина расточной оправки, м; Е - модуль упругости материала оправки, Па; I - момент инерции поперечного сечения оправки (для круглого сечения I « 0,05й4), м4.
где Рд - обобщенное динамическое усилие, действующее на ударяемое тело, Н; кд - динамический коэффициент; Р - усилие, действующее на тело, в статике, Н.
к„ = 1 +
№/8д = 1 + 4Ф/РЯ,
(4)
Рис. 1. Схема обработки отверстия с прерывистой поверхностью
При прохождении отверстия 2 (рис.1), пересекающего растачиваемое отверстие, инструмент упруго восстанавливается («проваливается» в отверстие) на величину Уин, в результате чего в момент врезания в
12 № 1 (42) 2009
где V0 - скорость движения ударяющего тела, м/с; 8 - линейное перемещение точки соударения при статическом действии силы Р, м; g - ускорение свободного падения, м/с2; j - жесткость ударяемого тела, Н/м.
Рассмотрим условие обеспечения прочности режущего клина. Прочность режущего клина в основном зависит от механических свойств материала режущей части инструмента и силы, воздействующей на клин.
Так как при растачивании материалом режущей части инструмента является твердый сплав, то при прерывистом резании наблюдается хрупкое разрушение режущего клина в виде микро- и макровыкрашиваний [3]. Микровыкрашивание происходит в пределах контакта инструмента с изделием и со стружкой, т. е. на расстоянии, равном ширине площадки пластического деформирования С. Макроразрушения возникают на расстоянии (2...2.5)С от режущей кромки [3]. В нашем случае рассматривается чистовое точение, при котором возникают микроразрушения, следовательно, скол режущего клина произойдет на расстоянии С от режущей кромки и по направлению от точки 1 к точке 2, которое является наименьшим расстоянием от передней до задней грани инструмента (рис.2).
Величина площадки пластического деформирования может быть определена по известной формуле [5]:
С = 5Бтф[К,(1 - 1дф) + весу],
(5)
Р
д
где Ка - утолщение (усадка) стружки; у - передний угол режущего клина, град.
Расстояние от точки 1 до точки 2:
Х = Сб^Р,
(6)
ного сечения срезаемого слоя, м. В данном случае ^ = аЬ = = 5/?/(лС(8тф)2).
После подстановки в уравнение (8) всех составляющих, выполнив ряд преобразований, получаем уравнение для определения величины подачи:
где р - угол заострения режущего клина (в = п/2 - у - а), град.
Длину скола вдоль режущей кромки можно принять равной ширине срезаемого слоя:
Ь = ?/втф,
(7)
где ? - глубина резания, мм.
Напряжения, возникающие в плоскости скола, будут равны:
Б < [о>Й8тр/(6КдКров!).
(11)
Полученное уравнение (с рядом допущений) позволяет определить подачу, при которой будет предотвращено выкрашивание режущего клина, и подача, определенная по этому уравнению, является дополнительным ограничением при выборе режимов резания для растачивания отверстий с прерывистой поверхностью.
о = М/Ш < [ои
(8)
Список литературы
где М - момент, действующий на режущий клин, Н/м; Ш - момент сопротивления поперечного сечения скола, м3. Для данного случая Ш = ХЬ2 /6; ои - предел прочности на изгиб материала режущей части инструмента, Па.
Момент, действующий на режущий клин, можно принять, при условии, что сила резания действует на режущей кромке, равным:
М = Р С = к РС.
дд
(9)
Для определения силы резания используем упрощенное уравнение [6]:
Р = №
(10)
где Кр - коэффициент резания, при резании углеродистых конструкционных сталей Кр = 2.5; ов - предел прочности обрабатываемого материала, Па; ^ - площадь попереч-
1. Общемашиностроительные нормативы времени и режимов резания для нормирования работ, выполняемых на универсальных и многоцелевых станках с числовым управлением. - М.: Экономика, 1990.- 472 с.
2. Справочник технолога-машиностроителя. В 2 т. Т2/ под ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова. - М.: Машиностроение, 1985. - 496 с.
3. Розенберг Ю.А. Износ и стойкость режущих инструментов, обрабатываемость металлов резанием: учеб. пособие.-Курган: Изд-во Курганского гос. университета, 2005 -101 с.
4. Пособие к решению задач по сопротивлению материалов: учеб. пособие для техн. вузов/ И.Н. Миролюбов, С.А. Енга-лычев, Н.Д. Сергиевский. и др. - М.: Высш. шк., 1985.- 399 с.
5. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов.- М.: Машиностроение, 1975. - 344 с.
6. ГрановскийГ.И., ГрановскийВ.Г. Резание металлов: учебник для машиностр. и приборостр. спец. вузов. - М.: Высш. шк., 1985. - 304 с.
