21.2.3 Кесумен өңдеу кезіндегі жылу процестері

Жоңқаны алғанда бүкіл кесу жұмысы жылудың балама мөлшеріне айналады. Жылу түзілу кесу процесіне елеулі әсер етеді. Бір жағынан, ол кесілетін қабат материалының деформациялануын жеңілдетеді, нәтижесінде құралдың тозу қарқындылығы азаяды және өңделген беттің сапасы жоғарылайды. Екінші жағынан, кесу жиегінің жанында температураның 800…1000 ^оС дейін жоғарылауы құрал материалының құрылымының және физика-механикалық қасиеттері­нің өзгеруіне, сондай-ақ оның қаттылығы мен кесу қабілеттілігінің жоғалуына әкеледі.

Кесу аймағында үйкелуге, деформациялануға және бұзылуға жұмсалатын механикалық энергия жылу энергиясына ауысады және оның шағын бөлігі ғана деформациялану аймағында материалдың бұрмаланған торының потенциалдық энергиясы түрінде жинақтала­ды.

Эксперименттік зерттеулермен бөлінген жылудың бірқалыпсыз таралатыны анықталған. Өңдеу шарттарына байланысты бүкіл бөлін­ген жылудың 25…85 %-ы – жоңқамен, дайындамамен – 10…50 %-ы, құралмен – 2…8 %-ы бөлінеді және 1 %-ға жуығы қоршаған ортаға сейіледі.

Жылудың шамалы бөлігі кескіштің денесіне кетсе де, оның кескіш жүздерінің температурасы 800…1000 ^оС-қа жетеді. Бұл аспаптық материалдардың жылу өткізгіштігі үлкен емес болғанда, құралдың кесу бөлігінің өңделетін дайындамамен үздіксіз жалғасуы­мен байланысты. Құралдың температурасына кесу жылдамдығы, берілісі және тереңдігі аса үлкен әсер етеді. Кесу жылдамдығының артуымен температура жоғарылайды, бірақ оның шамасы неғұрлым жоғары болса, құралдың температурасы соғұрлым баяу жоғарылай­ды. Бұл жоғары жылдамдықтар болғанда жылудың елеулі мөлшерінің жоңқамен әкетілуімен байланысты, сондай-ақ, үйкелу күштерінің және илемді деформациялардың шамасы азаяды. Сондай-ақ, кесу берілісі мен тереңдігінің ұлғаюымен құралдың температурасы біршама артады, алайда кесу тереңдігінің ұлғаюымен құралдың кескіш жүзінің белсенді бөлігінің ұзындығы ұлғаятынын есепке алу қажет, бұл жылудың бөліну шарттарын жақсартады. Алдыңғы бұрыштың γ кішіреюімен кесу күші, осыдан, кесу температурасы артады. Көріністегі φ бұрышының кішіреюімен кесу жиегінің белсенді бөлігі ұзарады, оның есебінен жылу бөлінуі жақсарады.

Кесу процесінде жылу таралуының үлкен практикалық маңызы бар. Жоңқамен бірге неғұрлым көп жылу кетсе, дайындама соғұрлым аз қызады және осыдан, өлшемдердің дәлдігіне және алынатын тетік­тің пішініне және оның беттік қабатындағы құрылымдық түрленулер­ге әсер ететін жылу деформациялары аз ықтимал болады. Құралға неғұрлым аз жылу жіберілсе, оның тозу қарқындылығы соғұрлым төмен болады. Дайындама және құрал температурасының жоғары­лауымен олардың алынатын қабат қалыңдығының және ақаулы тетіктер алыну ықтималдығының өсуіне әкелетін өлшемдері ұлғаяды.

Кесу аймағындағы температурадан басқа, сондай-ақ оның темпе­ратура өрісін білу қажет. Температура өрісі – белгілі уақыт момен­тінде деформацияланған қабаттың немесе құралдың белгілі бөлігінің барлық нүктелерінде температуралардың әр түрлі мәндерінің жиын­тығы.

Кесу температурасы – құралдың жоңқамен және дайындамамен түйісу бетіндегі орташа температура. Бөлінетін жылу мөлшерінің ұлғаюымен кесу температурасы жоғарылайды, ал жылуды бұрып әкетудің жақсартылуымен кесу температурасы төмендейді. Басқа тең жағдайларда өңделетін материалдың беріктігі мен қаттылығының ұлғаюымен кесу температурасы жоғарылайды және оның жылу өткізгіштігінің ұлғаюымен немесе технологиялық майлау-салқындату орталарын (ТМСО) қолданумен кесу температурасы төмендейді.

ТМСО қолдану кесу температурасының төмендеуіне, құралдың төзімділігінің ұлғаюына, өңделген бет сапасының жақсартылуына және кесу күшінің азаюына мүмкіндік туғызады. Өңдеудің техноло­гиялық әдісіне, өңделетін материалдың және құралдың қасиеттеріне, сондай-ақ кесу режимдеріне байланысты ТМСО әр түрлерін пайдала­нады: қатты, сұйық, илемді және газ тәрізді. Қатты ТМСО-ға орга­никалық емес материалдар (тальк, слюда, графит, бура, бор нитриді, молибден, вольфрам және титан дисульфидтері, күміс сульфаты); органикалық қосылыстар (сабын, балауыз, қатты майлар; металл қабаттық жабындар (мыс, жез, қорғасын, қалайы, барий, мырыш) жатады.

ТМСО алуан түрлеріне майлау-салқындату сұйықтықтары (МСС): минералдық электролиттердің сулы ерітінділері, эмульсия­лар; фосфор, күкірт және хлор (сульфофрезолдар) қоспалары бар ми­нералдық, жануарлар және өсімдік майлары; керосин және керосин­дегі беттік-белсенді заттар ерітінділері; қатты майлаушы заттардың қоспалары бар майлар мен эмульсиялар; металдардың, тұздардың және басқа заттардың қорытпалары жатады. МСС машина жасауда аса көп қолданыс тапты.

Илемді ТМСО-ға қою май тәрізді өнімдер жатады, оларды мине­ралдық және синтетикалық майларды қоюландыру жолымен алады.

Газ тәрізді ТМСО-ға ауа, азот, көміртек диоксиді, оттек, беттік-белсенді заттардың булары, тазартылған сұйықтықтар мен көбіктер жатады.

Майлау-салқындату заттары жылуды оның түзілген жерлерінен сыртқы ортаға бөліп әкетеді, сонымен бірге кескіш құралды, дефор­мацияланатын қабатты және дайындаманың өңделген бетін салқын­датады. Орталардың майлаушы әрекеті құралдың жұмыстық бетте­рінде шор түзілуіне кедергі келтіреді, оның нәтижесінде тетік бетінің кедір-бұдырлығы азаяды. ТМСО аталған оң қасиеттері кесудің тиімді қуатының 10…15 %-ға азаюына, кескіш құрал төзімділігінің артуына, оларды майлау-салқындату заттарын қолданбай өңдеумен салыстыр­ғанда өңделген беттер дәлдігінің жоғарылауына әкеледі.

ТМСО таңдау әрбір нақты жағдайда өңдеудің технологиялық әдісіне және режиміне, өңделетін және аспаптық материалдың фи­зика-механикалық қасиеттеріне байланысты болады. Ортаны тиімді салқындатушы әрекет талап етілгенде, дайындамаларды қаралтым және жартылай таза өңдеу кезінде электролиттердің және беттік-белсенді заттардың сулы ерітінділерін, май эмульсияларын қолдана­ды. Таза өңдеу кезінде таза және белсенділендірілген минералдық майларды қолданады. Жоғары температуралар мен қысымдардың әсер етуінен бұл заттар дайындамалар бетінде үйкелуді азайтатын қосылыстар (фосфидтер, хлоридтер, сульфидтер) түзеді. Морт мате­риалдарды (шойын, қола) қатты қорытпалы құралмен ТМСО ретінде өңдеу кезінде газдарды (қысылған ауа, көмірқышқыл газы) пайдала­нады.

ТМСО кесу аймағына әр түрлі беріледі. Аса кең таралғаны эмуль­сияны сопло арқылы 0,05…0,2 МПа қысыммен құралдың алдыңғы бетіне беру болып табылады. Бұл әдіс сұйықтықтың көп жұмсалуын (10…15 л/мин) талап етеді. Жоғары арынмен салқындату аса тиімді болады, мұндай салқындату процесінде сұйықтық құралдың артқы беттері жағынан 1,5…2 МПа қысыммен жұқа ағыспен беріледі (сұйықтық шығыны шамамен 0,5 л/минутқа тең). Егер сұйықтықты кесу аймағына келтіру қиындатылса, мысалы, терең тесіктерді бұрғы­лағанда, онда құралдың ішінен салқындатылуын қолданады, ол үшін олардың ішінде салқындату сұйықтығы айналатын арналарды жасай­ды.

Кескіш құралдың тозуы

Жоңқа мен дайындама беттерімен түйісіп, құралдың кескіш бөлігі жоғары қысымдардың, жылдамдықтар мен температуралардың әсерінен салыстырмалы түрде жылдам тозады. Кескіш құралдың тозуының негізгі себебі – түсетін жоңқаның кескіштің алдыңғы бетіне және кескіштің артқы беттерінің дайындаманың бетіне үйкелуі. Тозудың бірнеше түрін ажыратады.

Қажақты тозу – кескіш құрал өңделетін дайындаманың бетімен өзара әрекеттескенде оның түйіспелік беттеріндегі тегіссіздіктер қажалуының, опырылуының, кесілуінің және жаншылуының нәти­жесі. Тозудың бұл түрі морт материалдар мен қатты қосындылары (карбидтер, қоспалаушы элементтер, шор бөлшектері) бар материал­дарды өңдеу кезінде басым болады.

Кескіш құралдың беттік қабаттарының және өңделетін дайында­маның молекулалық ілінісу күштерінің әсер етуі нәтижесінде адге­зиялық тозу болады, ол материалдың ұсақ бөлшектері мен құралдың үздіксіз қайталанатын ұстасу және үзілу процестерінен тұрады.

Металдар мен қорытпаларды кесудің жоғары жылдамдықтарында қатты қорытпалы құралмен өңдеу кезінде диффузиялық тозу байқа­лады, ол кезде аспаптық материал өңделетін материалда ериді, оған жоғары температура, үлкен илемді деформациялар және түйісу айма­ғындағы ұстасу мүмкіндік туғызады. Тозудың бұл түрі өңделетін және аспаптық материалдарды кристалсызданды­ру температурасы-нан жоғары түйіспелік беттер температураларында болады. Диффузия нәтижесінде қатты қорытпа көміртектендіріледі (графит­тендіріледі) және қатты қорытпаның механикалық беріктігі төмен­дейді, бұл оның морт бұзылуын жеделдетеді.

Морт тозу аспаптық материал бөлшектерінің опырылуынан және боялуынан тұрады, нәтижесінде олар пісіріледі және жоңқамен немесе өңделетін материалмен әкетіледі. Тозудың бұл түрі циклдік пайда болатын температуралар және түйіспелік кернеулер динамика­лық жүктеме құрғанда, үзілмелі кесу процестерінде байқалады.

Оксидтер түзілуінің нәтижесінде құрал металының беттік қабат­тары бұзылған кезде тотықтырушы тозу орын алады.

Кесудің аз жылдамдықтарында жұмыс істейтін құралдар (бұрғы­лар, кеңейткіштер, бұранда ойғыштар, ұңғылағыштар, тарта жонғыш­тар және т.б.) басым көпшілігінде адгезиялық және қажақты тозудың бір мезгілде әсер етуі нәтижесінде үйкелу есебінен тозады. Тозудың қарқындылығы кесудің нақты температураларында құрал және дайындама материалы қаттылықтарының ара қатысымен анықталады. Кесу жылдамдықтары жоғары болғанда қатты қорытпалы құралдар­дың тозу қарқындылығы басты түрде диффузиялық өзара әрекеттесу­мен анықталады, ол адгезияның және морт тозудың бар болуымен себептелген.

Құрғақ және жартылай құрғақ үйкелу жағдайларында кесу кезін­де көптеген жағдайларда кескіштің алдыңғы және басты артқы бет­тері бойынша қажақты тозу басым болады. Дайындама материалына, құралдың конструкциясына, оның кесу бөлігінің геометриясына және кесу режимінің параметрлеріне байланысты тозудың негізгі ошағы не ені h_а артқы беттегі фаска 1 түрінде (21.12-сурет), не ені b және тереңдігі h_ш алдыңғы бетте шұңқырша 2 түрінде түзіледі. Тозудың екі түрі де бар болғанда кескіште ені f алаң түзіледі.

Кесу жылдамдықтары жоғары емес болғанда кесілетін қабаттың қалыңдығы аз (t < 0,1 мм) қатты, морт және илемді материалдарды өңдеу кезінде байқалады. Кескіштің бетінің басты артқы беті бойында тозуы кесу тереңдігін өзгертеді, өйткені кескіштің тесіп кетуі h₁ шамасына азаяды.

h_а

h_ш

1 – фаска; 2 – шұңқырша

21.12-сурет – Кескіш құрал тозуының негізгі ошақтары

Ол кезде құралдың әрі қарай жұмыс істеуі фаска енінің h_а кесу күшінің артуы, өңделген бет тазалығының нашарлауы немесе тетік өлшемдерінің берілген өлшемдерден ауытқуы салдарынан тоқтаты­луы тиіс болатындай шамасы мүмкін тозу шамасы деп аталады. Жылдам кескіш болаттан жасалған жону кескіштері үшін мүмкін шамасы h_а = 1,5…2 мм, қатты қорытпадан жасалған тілімшесі бар кескіштер үшін h_а = 0,8…1 мм, минералдық-керамика тілімшелері бар кескіштер үшін h_а = 0,5…0,8 мм. Тозу дәрежесін бағалау және мұқалған құралды дер кезінде ауыстыру үшін критерийлер болады, олардың бірі басты артқы беттегі құралдың f алаңының ені болып табылады. Қатты қорытпадан жасалған тілімшелері бар құралға – басты артқы бет бойынша, ал жылдам кескіш болаттан жасалған тілімшелері бар құралға алдыңғы және басты артқы беттер бойынша тозу тән.

Құралдың тозуы дайындама мен құралдың жоғары деформация­сын тудыратын үйкелу күшінің өсуіне әкеледі. Сонымен бірге өңдел­ген беттердің дәлдігі төмендейді және пішіні өзгереді, дайындама материалының қақталған беттік қабатының тереңдігі ұлғаяды және кесу аймағында жылу түзілуі жоғарылайды. Құралдың мүмкін то­зуына оның белгілі төзімділігі сәйкес келеді.

Кескіштің төзімділігі деп оның берілген кесу режимінде мұқалу моментіне дейін үздіксіз жұмыс істеу уақыты болып саналады. Кесу жылдам­дығы – кескіштің төзімділігіне әсер ететін басты фактор. Кесу жыл­дамдығы v және кескіштің төзімділігі T (төзімділік периоды) арасын­да тәуелділік бар:

v = A/Т^m,

мұнда А – өңделетін материалдың қасиеттеріне, кесу режиміне, кес­кіштің материалына және геометриясына байланысты тұрақты (кесте­лер бойынша анықталады); Т – кескіштің мұқалғанға дейінгі жұмыс уақыты (кескіштің төзімділігі), мин; m – төзімділіктің кесу жылдам­дығына әсер ету қарқындылығын сипаттайтын, салыстырмалы төзім­ділік көрсеткіші.

Жылдам кескіш болаттан жасалған кескіштер және қатты қорыт­палармен және минералдық керамикамен жасақталған кескіштер үшін m көрсеткішін сәйкесінше мыналарға тең етіп қабылдайды: 0,10…0,125; 0,20…0,30 және 0,30…0,40, ал төзімділік периодын – сәйкесінше: 30…60, 45…90 және 30…40 мин. m шамасы кіші болған­дықтан, онда тіпті кесу жылдамдығы елеусіз жоғарылаған кезде кес­кіштердің төзімділігі күрт төмендейді. Сондықтан өңдеуді есептік жылдамдықта жүргізу керек. Айналдырықтың айналу жиілігі сатылы реттелетін станоктарда дайындама айналуының есептік жиілігіне жа­қын кіші шамада өңдейді. Бұл жағдайда кесудің басты қозғалысының жылдамдығы шамалы азайғанда құралдың төзімділігі қабылданған­нан артық болады.