Влияние механических свойств сталей на силы резания при термофрикционной обработке

Размещено на http://www.allbest.ru/

Восточноукраинский национальный университет им. В. Даля

Влияние механических свойств сталей на силы резания при термофрикционной обработке

Покинтелица Н.И.

В научных и практических исследованиях процессов резания металлов довольно часто ставится задача определения силовых параметров. Определение направления действия составляющих силы резания, а также факторов, влияющих на их величину, является важным и необходимым этапом для изучения особенностей процесса обработки, т. к. от их значения зависит не только мощность, необходимая для осуществления резания, но и температура резания, стойкость режущего инструмента, точность обработки и производительность. Они оказывают влияние на износ инструмента и вибрации, а значит, и на качество обработанной поверхности. Силы резания являются исходными данными при расчетах на прочность и жесткость инструмента, элементов оснастки, деталей узлов металлорежущих станков и установок, используемых для осуществления процесса обработки.

Решение проблемы определения сил, действующих на инструмент при термофрикционной обработке (ТФО) сталей, отражено в работах ряда авторов [1, 2], где рассмотрены системы действующих сил, специфика пластической деформации и геометрическая форма зоны стружкообразования. Однако, опубликованные в литературных источниках данные о влиянии свойств обрабатываемого материала на составляющие силы резания при ТФО противоречивы, что вызывает необходимость проведения дополнительных исследований.

Цель работы. определение влияния механических свойств обрабатываемых марок сталей на величину составляющих силы резания при изменении параметров режима ТФО плоских поверхностей заготовок.

Материал и результаты исследований. При использовании для механической обработки металлов известных конструкций традиционных лезвийных инструментов во многих случаях достигнуты максимальные скорости резания и величины подач, ограниченные физико-механическими свойствами инструментальных материалов. Эти ограничения особенно проявляются при обработке материалов с повышенными механическими характеристиками, все чаще применяемых в машиностроении, и производительность резания которых (например, жаропрочных сплавов на никелевой основе), зачастую в несколько раз ниже, чем при обработке конструкционных сталей.

К существенному недостатку известных и активно используемых в настоящее время способов лезвийной обработки материалов, можно отнести наличие постоянного контакта трущихся рабочих поверхностей инструмента с обрабатываемым материалом. Это явление приводит к локализации тепловых и силовых нагрузок в ограниченном объеме режущей части инструмента, что отрицательно влияет на его способность сохранять свои режущие свойства и не позволяет интенсифицировать режимы резания при применении современных металлообрабатывающих систем.

Таким образом, необходима разработка принципиально новых способов и технологий, свободных от указанного недостатка. Одним из решений этой задачи является ротационное резание, принцип работы которого основан на непрерывной замене рабочих участков лезвия инструмента. термофрикционный обработка сталь ротационный

Для повышения производительности механической обработки материалов изыскиваются также различные методы, ряд которых основан на искусственном подогреве обрабатываемой заготовки. Однако недостатком этих методов все еще остается большой и нерациональный расход тепла.

Принципиальным отличием способа ТФО является нагрев зоны стружкообразования силами трения, что способствует, наряду с конструкционными особенностями применяемого инструмента, концентрации тепла в небольшом объеме металла, который затем удаляется с поверхности заготовки.

При использовании способа обработка ведется металлическими дисками, изготовленными из конструкционной стали и имеющими различные геометрические параметры. В процессе контакта заготовки с быстровращающимся режущим диском (V_д=40...80 м/с) происходит разогрев металла в контактной зоне до высокопластичного состояния и его деформация, сопровождаемая образованием сливной волнистой стружки.

Процесс деформирования твердого тела начинается с упругой деформации, которая предшествует пластической деформации и разрушению твердого тела.

Исследованиями В.А. Кривоухова [3] установлено, что при резании металлов абсолютная работа упругой деформации является очень незначительной, и поэтому этой работой практически вполне можно пренебречь. Работа пластической деформации при резании металлов всегда бывает значительной, особенно, если производится резание пластичных металлов с большими сечениями стружки.

Работа пластической деформации в срезаемом слое всегда во много раз больше работы пластической деформации в заготовке под режущим диском.

В настоящее время доказано, что при резании даже хрупких металлов работа, затрачиваемая на диспергирование, т.е., главным образом на срезание стружки, незначительна, и в практических расчетах величиной этой работы можно пренебречь [4].

Работа, затрачиваемая на преодоление сил трения, возникающих в процессе резания, всегда является значительной. Процентное удельное значение работы трения особенно возрастает при снятии весьма тонких стружек, имеющих место при термофрикционном резании.

Таким образом, работа резания затрачивается, главным образом, на пластическое деформирование металла и преодоление сил трения, возникающих в процессе резания. Соотношение между величинами этих работ зависит от толщины срезаемого слоя и механических свойств обрабатываемого металла.

Удельная работа резания зависит от многих факторов, важнейшими из которых являются: скорость подачи, износ режущего диска, температура и величина припуска на обработку, что определяет использование её значений при определении режимов резания, проектировании станков для ТФО и конструкций применяемого инструмента.

При прочих равных условиях уменьшению толщины срезаемого слоя соответствует уменьшение работы пластического сжатия и повышение работы трения.

Толщина срезаемого слоя оказывает важнейшее влияние на процесс термофрикционной обработки, прежде всего, на стойкость диска и силу резания. Чем больше толщина среза, тем больше нагрузка на режущий диск и тем интенсивнее его износ. Влияние толщины срезаемого слоя на процесс термофрикционной обработки исключительно велико, причем при изменении толщины среза резко изменяется режим работы инструмента, сила резания, стойкость диска, качество обработанной поверхности и тепловые явления процесса обработки. Указанное важнейшее влияние толщины срезаемого слоя отражает все эмпирические правила рационального терморезания.

При проведении исследований обработке подвергались заготовки из углеродистой качественной конструкционной стали 45, коррозионностойкой стали 12Х13, жаростойкой и жаропрочной стали 12Х18Н12Т, хромомарганцевоникелевой стали 38ХГН и жаропрочного сплава ЭИ904 (09Х15Н8Ю). Механические свойства вышеуказанных сталей приведены в таблице 1.

Таблица 1. Механические свойства обрабатываемых сталей

Выводы

1. Увеличение прочностных характеристик обрабатываемых материалов, скорости подачи, ширины и толщины среза приводит к увеличению составляющих силы резания.

2. С увеличением скорости вращения режущего диска составляющие силы резания уменьшаются, что объясняется возрастанием температуры резания.

3. Полученные результаты позволяют оценить влияние силовых параметров процесса ТФО на режущий диск и определить оптимальную геометрию инструмента, необходимую мощность резания и, как следствие, технические требования на изготовление оборудования для ТФО.

Литература

1. Зарубицкий Е.У. Обработка деталей диском трения // Физические процессы при резании металлов. -Волгоград: ВолгПИ,1984.- С. 131-134.

2. Талантов Н.В., Кисилев В.Н., Покинтелица Н.И. Расчет сил при обработке режущим диском // Конструирование и производство транспортных машин.- К.: ІСДО, 1994.- С. 108-110.

3. Кривоухов В.А., Егоров Н.А. Обрабатываемость резанием жаропрочных и титановых сплавов. -М.:Машгиз, 1961.- 655 с.

4. Кузнецов В.Д. Наросты при резании и трении. - М.: Гостехиздат, 1956.-284 с.

5. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. / Под. ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова. -М.: Машиностроение, 1986. -Т.1.- 496 с.-Т.2.- 656 с.

Размещено на Allbest.ru