Особенности изнашивания СМП с различными углами при вершине и формой передней поверхности в условиях чистового точения

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 621.941.01

Особенности изнашивания СМП с различными углами при вершине и формой передней поверхности в условиях чистового точения

В. В. Иванов, д-р техн. наук, проф., (4872) 33-25-38, helena8@mail.ru, (Россия, Тула, ТулГУ),

А. А. Пряжникова, магистрант 2 года, 8-910-151-75-20, drakon-220188@mail.ru, (Россия, Тула, ТулГУ)

Аннотация

резание скорость пластина твердосплавный

Рассмотрено влияние различных углов при вершине на скорость резания, а также возможность введения поправочного коэффициента на скорость резания, учитывающего величину угла при вершине СМП.

Ключевые слова: чистовая токарная обработка, сменная многогранная пластина, угол при вершине.

Annotation

V. V. Ivanov, Dr. Tec. Sc. (Russia, Tula, Tula State University)

A. A. Pryazhnikova, magister 2 years (Russia, Tula, Tula State University)

FEATURES OF WEAR SMP WITH DIFFERENT ANGLES AT THE VERTEX AND SHAPE OF THE FRONT SURFACE UNDER CONDITIONS OF FINSH TURNING

The influence of different angles at the top on the cutting speed, as well as the possibility of introducing a correction factor for cutting speed, taking into account the angle at the top of the SMP.

Номенклатура форм и размеров современных сменных многогранных пластин (СМП) для токарной обработки достаточно широка, что позволяет выбрать наиболее приемлемый форморазмер для каждого конкретного случая обработки. Так, для чистовой обработки деталей типа «тело вращения» со сложной геометрической конфигурацией, а также с пониженной жесткостью, в большей степени подходят твердосплавные СМП ромбической формы типа V… (по классификации ИСО) с острым углом при вершине 35 и радиусом ее закругления 0,2…0,4 мм. Это позволяет обеспечить минимальные силы резания и риск возникновения вибраций, что необходимо для достижения требуемых показателей качества обрабатываемых деталей данного класса. В то же время, острая вершина таких СМП склонна к быстрому прогреванию в процессе резания, что интенсифицирует ее изнашивание. В частности, об этом говорится в рекомендациях по металлообработке фирмы «Сандвик Коромант» («Sandvik Coromant», Швеция) [2]. Однако, при расчете режимов резания по руководству «Коро Гайд» («Coro Guide»), той же фирмы, данное обстоятельство не учитывается. Не учитывается оно и в отечественных нормативах по режимам резания для твердосплавных резцов [4].

С учетом изложенного, в лабораторных условиях была проведена экспериментальная проверка влияния угла при вершине СМП на износостойкость ее контактных поверхностей. На первом этапе исследований использовали СМП в виде правильного треугольника с плоской передней поверхностью формы 2008-0153 по ТУ 48-19-307-80 (аналог по ИСО TPGN 160304) из твердого сплава Т5К10, взятых из одной партии изготовления. На отдельных вершинах таких СМП затачивали вершины с углом . СМП закрепляли в резцовую державку с углом в плане . На передней поверхности устанавливали стандартный стружколом, уступ которого располагался на расстоянии 2 мм от главной режущей кромки. После закрепления СМП в державке обеспечивались следующие параметры: , , . Резцами с данными СМП обрабатывали заготовку из стали 08Х18Н10Т при глубине резания мм и подаче мм/об со средней скоростью резания м/мин. Сход стружки по передней поверхности сравниваемых вершин СМП с углами и представлен на фотографиях рисунка 1.

Каждой вершиной было сделано по 4 прохода. Достигнутый износ задней поверхности при пройденном пути резания за время мин приведен в таблице 1.

В результате, износ контактных поверхностей на сравниваемых вершинах с углами и оказался приблизительно одинаковым.

а)б)

Рис. 1 Образование стружки на сравниваемых вершинах СМП: а) ; б)

На рисунке 2 приведены результаты измерения термо-ЭДС на каждом проходе, которые производили через каждые 15 секунд работы резца.

Таблица 1. Результаты экспериментов с СМП формы 2008-0153 при точении стали 08Х18Н10Т

Наблюдения за изменением величины термо-ЭДС на протяжении всего периода работы резцов показывает, что в данных условиях у СМП с углом при вершине она больше, чем при . При этом необходимо отметить следующие особенности полученных результатов, которые заключаются в следующем. После каждого прохода был временной промежуток, связанный с заменой СМП на резцовой державке. Кроме того, осуществлялся визуальный контроль контактных поверхностей рабочих вершин СМП на инструментальном микроскопе. За это время они успевали остывать до температуры окружающей среды. В

Рис. 2 Изменение термо-ЭДС Е за время работы при точении стали 08Х18Н10Т

связи с этим в первые 15 секунд работы на каждом проходе наблюдается большее значение термо-ЭДС для сравниваемых вершин, которое затем несколько уменьшается и остается практически одинаковой до конца прохода. Такой характер изменения ЭДС во времени можно объяснить тем, что в начальный период работы вершина СМП прогревается, после чего теплообмен в зоне контакта инструмента со стружкой и заготовкой стабилизируется. Кроме того, заметно, что на 4-м проходе разница между значениями термо-ЭДС для сравниваемых вершин уменьшается. Это свидетельствует о выравнивании теплового режима их работы. Вместе с этим, наблюдается увеличение термо-ЭДС на последнем проходе, что обусловлено преимущественным изнашиванием задней поверхности.

Таким образом, полученные результаты показывают, что в условиях данного эксперимента работе резца с углом при вершине соответствует большее значение термо-ЭДС, а значит и температуры резания, поскольку она прогревается быстрее, чем вершина при . Однако по износостойкости сравниваемые вершины оказались практически одинаковыми.

Полученные результаты были еще раз дополнительно проверены по следующим соображениям. Известно [3], что коррозионно-стойкие стали, например, марка 08Х18Н10Т обладает низкой теплопроводностью (коэффициент теплопроводности кал/(смсС)). Уменьшение теплопроводности обрабатываемого материала затрудняет отвод тепла из зоны резания в стружку и деталь, повышает температуру резания и интенсифицирует изнашивание инструментов [1]. Поэтому на втором этапе исследований в качестве обрабатываемого материала была принята легированная сталь марки 38Х2МЮА (НВ 180, группа Р по ИСО) с большим коэффициентом теплопроводности кал/(смсС). В экспериментах были использованы так же подготовленные, как и ранее, СМП формы 2008-0153 из твердого сплава марки Т5К10 при тех же условиях. Отличие заключалось в принятой скорости резания (м/мин), а также в величине главного угла в плане , который был обеспечен за счет разворота резцедержателя станка. Каждой сравниваемой вершиной было сделано по 1-му проходу, во время которого также проводилось измерение термо-ЭДС через каждые 15 секунд работы резца. Полученные результаты приведены в таблице 2, где также указано среднее значение термо-ЭДС Е_ср. Характер изменения термо-ЭДС за время работы резцов можно проследить

Таблица 2. Результаты экспериментов с СМП формы 2008-0153 при точении стали 38Х2МЮА

по данным рисунка 3. Анализ полученных результатов показывает, что в данном случае вершины с углом соответствует уже меньшее значение термо-ЭДС, чем в опыте со сталью 08Х18Н10Т. Это как раз и обусловлено большей теплопроводностью стали 38Х2МЮА. Кроме того, было установлено, что фактическая площадь контакта стружки с передней поверхностью искусственно ограничена положением вспомогательной режущей кромки при угле . В результате этого вершине СМП с таким углом соответствует меньшее значение термо-ЭДС, а, следовательно, и температуры резания. Поэтому менее массивная вершина с углом изнашивается практически так же, как и вершина с углом .

Уменьшение главного угла в плане при неизменной подаче улучшает условия теплоотвода из зоны резания, что повышает стойкость инструмента. Это классическое положение также подтверждается экспериментом при обработке с применением резца с углом . В результате зафиксировано меньшее значение термо-ЭДС и, как следствие, меньший износ задней поверхности.

Рис. 3 Изменение термо-ЭДС Е за время работы при точении стали 38Х2МЮА

Полученные результаты показывают, что при плоской передней поверхности износ задней поверхности, принимаемый в большинстве случаев за критерий затупления при чистовой обработке, для СМП с углами =30…60 практически одинаковый. Поэтому в данном случае при расчете скорости резания нет необходимости вводить поправочный коэффициент на величину угла при вершине СМП. Однако применение таких СМП из-за неудовлетворительной формы стружки будет малоэффективным.

Этого недостатка лишены СМП со стружкозавивающими элементами на передней поверхности. Поэтому на третьем этапе исследований были проведены эксперименты с использованием СМП формы 2008-0422 по ТУ 48-19-307-80 (аналог по ИСО TPMR160304) из твердого сплава с покрытием марки МС3210, на передней поверхности которых имеются стружкозавивающие канавки. Стойкостные эксперименты проведены при точении стали 38Х2МЮА при тех же условиях, что и на втором этапе исследований, но с большей скоростью резания. Их результаты приведены в таблице 3, в которой также указаны средние значения термо-ЭДС. В этом случае наблюдается уже существенное отличие в величине износа задней поверхности сравниваемых вершин. При этом меньшее значение термо-ЭДС соответствует вершине с углом .

Таблица 3. Результаты эксперимента с СМП формы 2008-0422 при точении стали 38Х2МЮА

Это является следствием более высокой температуры резания. Таким образом, результаты этих экспериментов показывают, что при наличии стружкозавивающих канавок вершина с углом изнашивается больше, чем вершина с углом , вследствие более высокой температуры резания. Данную особенность необходимо учитывать при эксплуатации резцов с различными углами при вершине и для вершины с меньшим значением угла скорость резания должна быть принята меньшей. На основании результатов этих экспериментов можно определить значение поправочного коэффициента на скорость резания, учитывающего величину угла при вершине . Так, если принять за критерий затупления износ задней поверхности мм, характерный для чистовой обработки, а скорость резания при вершине за единицу, то:

В связи с изложенным, существующие нормативы по режимам резания для твердосплавных СМП со стружкозавивающими элементами на передней поверхности необходимо дополнить введением поправочного коэффициента , поскольку в номенклатуре современных СМП прочно укрепилась форма СМП типа V… с углом при вершине , которая подвержена большему изнашиванию.

Библиографический список

1. Бобров В. Ф. Основы теории резания металлов. М.: Машиностроение, 1975. 344 с.

2. Металлорежущий инструмент Sandvik Coromant. Основной каталог. 2008 . URL: http:// www.coromant.sandvik.com/ru.

3. Резников А. Н. Теплофизика процессов механической обработки материалов. М.: Машиностроение, 1981. 279 с.

4. Справочник металлиста. В 5-ти томах. Под ред. к.т.н. А. Н. Малова. Т.4. М.: Государственное научно-техническое изд-во машиностроительной литературы, 1959. 778 с.

Размещено на Allbest.ru