4.3.7. Положение о постоянстве оптимальной температуры резания

Большинство факторов, влияющих на интенсивность износа ин­струмента, являются функцией температуры. Это позволило проф. А.Д. Макарову в 1961 году сформулировать следующее положение: оптимальным скоростям резания (для заданного материала режущей части инструмента при различных комбинациях скорости резания, подачи, глубины резания и геометрии инструмента) соответствует постоянная температура в зоне резания – оптимальная температура резания, например 700 °С при протягивании сплава ЭИ787-ВД (рис. 109).

Из положения о постоянстве оптимальной температуры резания вытекает ряд важных для науки и практики следствий.

Например, для инструментов с любой комбинацией геометрических параметров режущей части (r, , , ₁,  и др.) точкам минимума кривых, выражающих зависимость интенсивности износа от скорости резания, соответствует одна и та же оптимальная температура резания, хотя уровень оптимальных скоростей резания при этом может колебаться весьма существенно (рис. 110). Большое значение ука­занного следствия состоит в том, что на его основе путем поддержания постоянства оптимальной температуры резания Т_о можно осуществить процесс резания в оптимальном режиме при использовании инструментов с любой комбинацией геометрических параметров режущей части без проведения весьма трудоемких и дорогостоящих стойкостных исследований. С физической точки зрения объяснение природы появления минимумов интенсивности износа связано с появлением так называемых зон провала пластичности обрабатываемого материала с увеличением температуры (скорости) резания. С целью определения влияния температуры на основные механи­ческие свойства исследуемых обрабатываемых материалов прово­дились испытания при одноосном растяжении круглых стандартных

а

б

Рис. 109. Влияние скорости резания V на изменение температуры резания Т (а) и интенсивности износа протяжек h_о.з.л (б) при протягивании жаропрочного сплава ЭИ787-ВД с различ­ными подачами на зуб: 0,02 мм/зуб; 0,06 мм/зуб;

0,1 мм/зуб

образцов на прессе Амслера с записью кривой деформации в диапазоне температур 293…1273 К. На рис. 111 приведены графики изменения механических свойств жаропрочного сплава ЭИ787-ВД в зависимости от температуры испытаний.

а б

в

Рис. 110. Влияниe (а), (б) и r(в) на температуру резания и поверх­ностный относительный износ резцов с различными геометрическими параметрами. Сталь ЭИ654; резцы ВК8

Анализ данных, приведенных на рис. 111, показывает, что изменение прочностных и пластических свойств этого сплава носит сложный характер: происходит снижение прочностных свойств с уве­личением температуры испытаний (порядка 873…973 К). При этих температурах предел прочности снижается с 1100…1200 до 800…900 МПа, т.е. на 20…30 %. Аналогичную картину можно наблюдать и для других сплавов ЭИ437БУ-ВД, ЭП109-ВД.

Рис. 111. Влияние температуры механических испы­таний Т на прочностные (_b) и пластические (, ) свойства жаропрочного деформируемого сплава

ЭИ787-ВД

_b;  ;  

Несколько иную картину дает изменение показателей пластичности (относительное удлинение  и относительное сужение ). С повышением температуры наблюдается общая тенденция к первоначальному росту этих показателей в диапазоне температур 473…573 К, затем происходит снижение параметров пластичности до минимальных значений при определенных температурах, характерных для каждого исследуемого материала. После этого наблюдается резкий рост пластичности у всех материалов. Анализ графиков показывает, что для всех исследуемых жаропрочных сталей и сплавов есть определенная температурная зона низкой пластичности или повышенной хрупкости. Часто такую зону называют зоной провала пластичности металлов.

Сравнивая графики на рис. 109 и 111, можно видеть, что оптимальная температура Т_о = 700 °С, при которой наблюдается минимум интенсивности износа инструмента, совпадает с температурной зоной минимума пластичности – с температурой провала пластичности обрабатываемого материала Т_п.п. Таким образом, можно с физической точки зрения объяснить необходимость обработки резанием данного сплава при заданных условиях с такой оптимальной скоростью резания V_o, при которой в зоне контакта инструмента и заготовки обеспечивается постоянная оптимальная температура Т_о, совпадающая по величине с температурой провала пластичности Т_п.п.