книги из ГПНТБ / Макаров, А. Д. Износ инструмента, качество и долговечность деталей из авиационных материалов учебное пособие

и изменяются с изменением сечения и прочих параметров резания. Однако соотношение (6.30) остается при этом справед­ ливым.

Эго обстоятельство связано с тем, что, когда на трущихся поверхностях инструментов имеет место достаточно высокая тем­ пература, ее влияние на износоустойчивость инструментального материала становится превалирующим. В то же время известно, что в экспериментальной зависимости температуры резания

т. е. подача оказывает на температуру резания большее влияние, чем глубина резания (за исключением тех случаев, когда s > £)• Неравенства (6.30) и (6.31) выражают второй закон резания:

1.Для обеспечения более высокой скорости резания V (при заданном периоде стойкости и постоянном сечении срезаемого слоя) выгоднее работать с большей глубиной резания.

2.При снятии небольших припусков всегда рациональнее увеличивать подачу за счет снижения скорости резания.

3.Скорость резания необходимо устанавливать только после выбора глубины резания и подачи.

Обобщенная формула для определения скорости резания

На основании изложенного о влиянии различных факторов на скорость резания можно написать скорость резания в общем виде:

• Кг Кг К3 К ,К 5 квк ;к 8 к ;к 10 Кгг, (б.ЗЗ)

где Cv — постоянная для определенной группы обрабатываемых

материалов; / ( 1 — коэффициент, учитывающий свойства заданного обра­

батываемого материала; Кг, Кг, Кл, Кь, К6, К-г, К8, К9, К10, Ки—коэффициенты, соответ­

ственно учитывающие влияние размеров поперечного сечения стержня рбНца, габаритов и жесткости детали, главного угла в плане резв#, вспомогательного угла в плане, радиуса закругле­ ния вершены1 резца, марки инструментального материала,'харак­ тера зщчхгорки и ее состояния, формы передней поверхности, применения сезонно-охлаждающих средств, вида обработки (точение, растнчЯСВание и т. д.), допустимого износа.

100

Следует заметить, что многие нормативы режимов резания в ®иде карт (таблиц) рассчитаны на основе стойкостных зависимостей

•вида (6.33). Необходимо иметь в виду их главные недостатки:

1. Они не связаны с размерной стойкостью и точностью об­ работки.

2. Показатели степени и коэффициенты не являются постоян­ ными величинами при изменении параметров резания; эти пока­ затели также не учитывают взаимовлияния параметров.

3. Требуют постоянства критерия затупления (что не всегда может быть выдержано) и высокой трудоемкости нахождения стой­ костных зависимостей.

О температурном методе исследования стойкости режущих инструментов

Стойкостные зависимости (6.33) устанавливаются эксперимен­ тально. Стремление снизить трудоемкость и металлоемкость ■стойкостных исследований постоянно заставляет искать пути ускоренного нахождения этих зависимостей на основе менее трудоемких исследований.

Метод определения стойкости режущего металлического ин­ струмента и обрабатываемости материала по температуре реза­ ния был предложен немецким ученым В. Рейхелем [15] и нашел поддержку в работах ряда отечественных ученых [16, 17 и др.]. Этот метод позволяет сократить трудоемкость стойкостных ис­ следований в сотни раз, поэтому требует особого рассмотрения.

Основой метода является положение о том, что любой комби­ нации параметров резания, отвечающей одному и тому же периоду стойкости, при данной паре «инструмент — обрабатываемая заготовка», соответствует одинаковая температура.

Однако в ряде случаев (особенно с появлением труднообра­ батываемых материалов), при изменении параметров резания в широком диапазоне, указанное положение дает значительные ■погрешности [5]: в определении скорости резания — на 30 ч- -г- 100%, а в определении периода стойкости — на 300 —■500%.

Положение Рейхеля использует физический фактор— темпе­ ратуру резания, обусловливающую основные явления износа ре­ жущих инструментов, и сопоставляет ее со временем работы ин­ струмента до затупления.

101

Но применительно к явлениям трения и износа не время,

Поэтому более правомерно сопоставлять температуру резания не с периодом стойкости Т, как это делает Рейхель, а с соответ­ ствующей величиной приведенного износа /inp или линейной ин­

износа (при заданной контактирующей паре), соответствует оди­ наковая температура.

Это положение сохраняется в том интервале значений пара­ метров, в котором они самостоятельно (через изменение размеров заторможенной зоны, характеристик срезаемого слоя и пр.) прак­ тически не влияют на износ, например, в условиях чистового то­ чения твердосплавным инструментом [18], когда элементы режима резания (подача, глубина и скорость резания), геометрия резцов- и другие параметры назначаются в соответствии с конструктив­ ными требованиями к обрабатываемой детали и имеют определен­

Отсюда можно определить границы изменения параметров ре-

где Св — постоянный коэффициент;

q — обобщенный параметр резания (подача, глубина резания, геометрия инструмента и др.).

Отсюда скорость резания

102

из твердого сплава ВК8, когда за счет бесступенчатого регулиро­ вания чисел оборотов поддерживалось постоянство заданной тем­ пературы резания, подтвердили возможность использования выра­ жения (6.41) для отыскания диапазонов изменения подачи и угла резания, при которых относительное изменение стойкости было в пределах 15%.

Следовательно, чтобы применить принцип Рейхеля, необхо­ димо сначала для данной инструментальной и обрабатываемой пары на основании температурных исследований найти степень влияния каждого из параметров резания на температуру и опре­ делить ожидаемое относительное отклонение периода стойкости. Затем по выражению (6.41) найти диапазоны возможных измене­ ний параметров q.

В работе [9] показано, что зависимость стойкости режущего инструмента от параметров резания (а следовательно, и от тем­ пературы) является весьма сложной, что затрудняет ее матема­ тическую аппроксимацию. Поэтому в работе [21] предлагается: следующий порядок определения стойкости режущего инструмен­ та (при заданном обрабатываемом материале), основанный на положении о равенстве графиков «высота изношенного слоя — путь резания (трения)», полученных при различных комбинациях параметров резания, отвечающих одной и той же температуре..

1.Провести 10 ч- 12 стойкостных опытов с фиксацией термоэдс при различных величинах одного или нескольких парамет­ ров резания, значительно влияющих на температуру (например,, при различных скоростях резания). Как показывают исследова­ ния, при чистовом точении достоверные данные об износе резцов, могут быть получены при двукратном повторении эксперимента,, при этом вероятное отклонение не превышает 1,5%.

2.Для заданной пары «резец — обрабатываемый материал» необходимо получить градуировочные кривые 0 = термоэдс.

3.По результатам опытов п.1 построить графики «высот изношенного слоя — путь резания (трения)» и указать на них соответствующие температуры резания.

4.При других комбинациях параметров резания по соот ветствующим им температурам резания подбирается наиболееблизкий график износа из п. 3 и на его основании вычисляется ожидаемая стойкость инструмента.

Это значительно^ снижает трудоемкость стойкостных иссле­ дований.

ЛИ Т Е Р А Т У Р А

1.Д и к у ш и н В. И. Проблема автоматизации процессов в машино­ строении. В сб.: «Современные направления в области технологии машино­

строения», М., 1957.

2. М а к а р о в А. Д . , К и ч к о Ю . М. О влиянии скорости резания на основные характеристики процесса резания. В сб.: «Вопросы оптимизации! процесса резания металлов». Труды УАИ, вып. 19, Уфа, 1971.

104

ГЛАВА VII

ПОЛОЖЕНИЕ (ЗАКОН) ПОСТОЯНСТВА ОПТИМАЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ РЕЗАНИЯ

Анализ литературных данных и физических явлений, сопро­ вождающих процесс резания, показывает, что «подавляющее боль­ шинство факторов, влияющих на интенсивность износа инстру­ мента (отношение контактных твердостей, диффузия и адгезия-, окислительные процессы, пластическое течение контактных слоев инструмента и др.), является функцией температуры контактных поверхностей» [1 ].

Это позволило А. Д. Макарову [2] сформулировать положение (закон) постоянства оптимальной температуры резания (контакта): «Оптимальным скоростям резания (для заданного материала режу­ щей части инструмента) при различных комбинациях скорости резания, подачи и глубины резания соответствует постоянная температура в зоне резания (оптимальная температура резания)»-

Для проверки выдвинутого положения (закона) о постоянстве оптимальной температуры применялся следующий порядок про­ ведения стойкостных исследований.

Вначале проводились эксперименты по исследованию интен­ сивности износа инструмента при работе на одной подаче. Ско­ рости подбирались исходя из возможности выявления минимума относительного износа (или максимума длины пути резания да затупления инструмента) и, следовательно, возможности опреде­ ления оптимальной скорости резания v0.

Затем определялось влияние скорости резания (при работе на различных подачах) на величину термоэлектродвижущей силы Е (термоэдс), возникающей в естественной термопаре твердосплав­ ной резец — обрабатываемый материал.

На основании этих опытов устанавливались зависимости (7.1)

ИХ

Рис. 7. 3. Влияние скорости резания на температуру резания и длину пути резания при точении. Сталь ЭИ961 (ов = 120 кТ/мм), резец Т15К6

Для различных подач по формуле (7.1) подсчитывались ско­ рости, названные расчетными оптимальными скоростями.

После этого проводились опыты по исследованию интенсивно­ сти износа резца при работе на других подачах. В числе скорос­ тей резания, которые выбирались для исследования интенсивно­ сти износа, находились и те скорости, которые были получены на1 основе температурных исследований и расчета по (7.1) как опти­ мальные.

Подобные исследования проведены для следующих сталей и сплавов: ЗОХГСА, 18ХНВА, 40Х, 40ХНМА, Х18Н9Т, Х18Н10Т,

Х17Н2, ЭИ654, ЭИ736, ЭИ961, ЭИ481, ЭИ696М, ЭИ437А„ ЭИ437БУ, ЭИ617, ЭП220, ЭИ929, ВТЗ-1, ВТ8 и ряда других.

В качестве резцов использовались цельные твердосплавныестержни длиной 150—200 мм, что существенно повышало точность как стойкостных, так и температурных исследований. Дельные твердосплавные резцы (изготовленные для исследований по спе­ циальному заказу) выполнялись из следующих марок твердых сплавов: ВК2, ВК4, ВК6, ВК6М, ВК60М, ВК8, ВК15М, Т5КЮ,

Т14К8, Т15К6, Т30К4.

Исследования показали, что работа на расчетных оптималь­ ных скоростях резания для всех подач обеспечивала резцам наи­ меньшую интенсивность износа. При работе же на других скоро­ стях резания как выше, так и ниже расчетных оптимальных во всех случаях наблюдался более интенсивный износ по сравнению с работой на оптимальной скорости резания. Здесь в качестве при-

108

Рис. 7.5. Влияние скорости резания на температуру резания и суммарную глубину просверленных отверстий. Сталь ЭИ654, сверло Р18, 0 = 15 мм

мера приведены данные лишь для 3-х материалов [3] (рис. 7 .1 , 7.2 и 7.3). Для других материалов подобного рода данные опуб­ ликованы в работах [1, 4, 5—11].

109