Опубликовать статью Вход и регистрация
Расширенный поиск
Разделы статьи

ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ОБРАБОТКИ

Научная статья
Тверяков А.М.
Остапенко М.С.
Штин А.С.
Костив В.М.
DOI:
https://doi.org/10.18454/IRJ.2016.54.037
Выпуск: № 12 (54), 2016
Опубликована:
2016/12/19
PDF

Тверяков А.М.1, Остапенко М.С.2, Штин А.С.3, Костив В.М.4

1ORCID: 0000-0002-6444-2559, Кандидат технических наук

2ORCID: 0000-0002-3838-3815, Кандидат технических наук

3ORCID: 0000-0002-7000-6761, Аспирант

4Кандидат технических наук, Тюменский индустриальный университет

ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ОБРАБОТКИ

Аннотация

В работе показана проблема рационального выбора режимов обработки, а также наиболее подходящего материала режущей части инструмента обеспечивающего условия максимальной обрабатываемости материала и максимальной работоспособности инструментального материала. Приведены существующие способы определения условий максимальной работоспособности материала режущей части инструмента, а также даны рекомендации по их применимости. Предложены различные варианты для контроля температуры в зоне резания соответствующей рациональным режимам обработки.

Ключевые слова: режимы обработки, максимальная работоспособность, максимальная обрабатываемость.

Tveryakov A.M.1, Ostapenko M.S.2, Shtin A.S.3, Kostiv V.M.4

1ORCID: 0000-0002-6444-2559, PhD in Engineering

2ORCID: 0000-0002-3838-3815, PhD in Engineering

3ORCID: 0000-0002-7000-6761, Postgraduate stuent

4PhD in Engineering, Industrial University of Tyumen

CHOICE OF THE RATIONAL MODES OF PROCESSING

Abstract

In work the problem of the rational choice of the modes of processing, and also the most suitable material of the cutting part of the tool of the providing condition of the maximum workability of material and the maximum operability of tool material is shown. The existing modes definitions of conditions of the maximum operability of material of the cutting part of the tool are given, and also recommendations about their applicability are made. Various options for control of temperature in a zone of cutting of the processing corresponding to the rational modes are offered.

Keywords: processing modes, maximum working capacity, maximum workability.

Проблема выбора рациональных режимов резания стоит достаточно давно. Сложность заключается в том, что мы хотим получить:

  • Максимальная производительность
  • Качество поверхности
  • Гарантированную стойкость инструмента в течение технологической операции или определенного периода времени

Рекомендации справочников и производителей инструмента (довольно) общие [1], а как быть в каждом конкретном случае приходится решать либо оператору (станочнику) либо технологу (наладчику).

В случае, когда необходимо обеспечить гарантированную стойкость инструмента, цена ошибки может быть очень высока. Например, на финишных операциях, когда накопленная стоимость детали уже достаточно высока, поломка режущей части инструмента может привести к не исправимому браку детали. Причем на станках с ЧПУ оператор может и не заметить это до окончания технологического цикла обработки.

Для минимизации подобного рода случаев необходимо обеспечить, чтобы режимы обработки детали соответствовали условиям максимальной работоспособности режущей части инструмента [2]. Причем важно, чтобы эти условия совпадали с условиями максимальной обрабатываемости обрабатываемого материала [3,4].

Для определения условий максимальной обрабатываемости существует методика на основе физико-механических характеристик этих материалов. Суть, которой заключается в построении графика зависимости физико-механических характеристик от температуры обрабатываемых материалов и определение на этих графиках температурных интервалов экстремальных значений. Эти температурные интервалы соответствуют условиям максимальной обрабатываемости, т.е. материал обеспечивает минимальное сопротивление резанию (разрушению). Значения физико-механических характеристик можно взять из справочных данных, либо при их отсутствии провести несложные испытания на определение коэффициента линейного (температурного) расширения в зависимости от температуры.

Для определения условий максимальной работоспособности режущей части инструмента существуют методики основанные также на их физико-механических характеристиках. Каждая из них обладает своими плюсами и минусами.

Первый способ, основан на установлении зависимости ударной вязкости KCV образцов из твердых сплавов от температуры (Θ°С) при испытаниях на ударный изгиб. На графике зависимости KCV=f(Θ) выделяют четыре зоны: 1 – хрупкое, 2 – квазихрупкое, 3 – вязкое и 4 – катастрофическое разрушение. Максимальной работоспособностью обладает твердый сплав при температуре перехода из квазихрупкого в вязкое состояние [5].

Недостатком этого способа является необходимость изготовления специальных твердосплавных образцов, которые разрушают при испытаниях на ударную вязкость.

Второй способ, основан на экспериментальном получении зависимости вязкости разрушения твердых сплавов (трещиностойкости), характеризуемой коэффициентом интенсивности напряжений К1С от температуры испытаний (Θ°С). Температура максимальной работоспособности твердосплавных режущих пластин выбирается из интервала температур, в котором коэффициент интенсивности напряжений К1С твердых сплавов имеет максимальные значения [6].

Недостатком способа является необходимость проводить расчеты коэффициента интенсивности напряжений  К1С твердосплавных режущих пластин. Это усложняет процедуру и повышает погрешность определения температуры максимальной работоспособности твердосплавных режущих пластин.

Согласно ГОСТ25.506-85 значение критического коэффициента интенсивности напряжений К, определяется нагрузкой Р и длиной трещины l.

Соответственно, при постоянной нагрузке Р, значение К будет зависеть только от длины трещины. При использовании методики Палмквиста для определения коэффициента интенсивности напряжений при микроиндентировании, используемой применительно к твёрдым сплавам, которой оценивается величиной сопротивления развитию трещины, т.к. после индентирования алмазной пирамидкой получаются четыре трещины исходящие из диагоналей отпечатка, то вместо длины трещины, можно применять среднюю длину трещин. [7,8].

Т.о. вместо характеристики К1с можно использовать lср, что исключает необходимость проводить расчеты К1с. Но все же данная методика подразумевает использование сложного экспериментального комплекса содержащего устройство для определения температуры, твердомер, микроскоп и столик для нагрева и закрепления режущей пластины

К важнейшим эксплуатационным свойствам инструментальных материалов относятся: твердость, прочность, износостойкость и теплопроводность [9]. Известно, что теплопроводность материалов меняется в зависимости от температуры, а по закону Видемана-Франца-Лоренца - отношение коэффициента теплопроводности к коэффициенту электропроводности для всех металлов приблизительно одинаково и изменяется пропорционально абсолютной температуре.

Т.к. определить электрическую проводимость гораздо проще, чем теплопроводность, было принято решение провести испытания твердосплавных режущих пластин на установление зависимости электропроводности от температуры.

Испытания проводились методом вольтметра-амперметра на разработанной установке [10].

Для проведения испытаний были выбраны четыре представителя одно карбидных твердых сплавов ВК6, ВК8, ВК10ХОМ, ВРК15 с одинаковым размером пластин 16х10х4 миллиметров.

Нагрев пластинок осуществлялся ручной газовой горелкой инжекторного типа TKT-9607 Multi Purpose Torch. По результатам эксперимента были получены температурные зависимости электрической проводимости G.

При проведении эксперимента был заложен интервал температур от 400°С до 1000°С, характерный для процесса резания металлов. На графиках можно выделить три участка: на первом участке наблюдается падение электрической проводимости; второй участок – область минимальных значений  электрической проводимости; на третьем участке наблюдается повышение значений электрической проводимости.

Сравнительный анализ полученных температурных зависимостей G =f(Θ) с температурами максимальной работоспособности определенных по другим чувствительным физико-механическим характеристикам [5,6,7,8] показал, что область минимальных значений электрической проводимости хорошо коррелирует с этими температурами. Определение температур максимальной работоспособности по электрической проводимости, значительно упрощает этот процесс. Результаты этого исследования подтверждены патентом на изобретение [11].

Таким образом для определения рациональных режимов резания которые обеспечат гарантированную стойкость инструмента в течении технологической операции или определенного периода времени следует обеспечить соответствие температур максимальной обрабатываемости обрабатываемого материала температур максимальной работоспособности материала режущей части инструмента. Для определения максимальной обрабатываемости следует воспользоваться справочными данными физико-механических характеристик, а при их отсутствии провести испытания. Максимальную работоспособность режущей части инструмента следует определять по электрической проводимости, а при отсутствии электрической способности у материала следует использовать среднюю длину трещин.

Рассмотренные способы могут быть использованы при квалиметрической оценки режущих инструментов [12,13,14].

Обеспечение необходимой температуры в зоне резания можно реализовать с помощью управления скоростью резания (обороты шпинделя). А контроль температуры можно осуществить с помощью пирометра, тепловизора или инструмента с датчиком температуры.

Список литературы / References

  1. Тверяков А. М. Определение температуры максимальной работоспособности сменных твердосплавных пластин для повышения эффективности обработки сборным инструментом: дис. канд. тех. наук / А. М. Тверяков. – Тюменский государственный нефтегазовый университет. – Тюмень, 2013.
  2. Артамонов Е. В. Определение температуры максимальной работоспособности сменных режущих твердосплавных пластин/ Е. В. Артамонов, Д. С. Василега, А. М. Тверяков // под общей редакцией М. Х. Утешева. – Тюмень, 2015.-102с.
  3. Василега Д. С. Обрабатываемость деталей машиностроения / Д. С. Василега, А. М. Тверяков, В. М. Костив // Нефть и газ Западной Сибири Материалы Международной научно-технической конференции, посвященной 90-летию со дня рождения Косухина Анатолия Николаевича. – Тюмень, 2015. – С. 131-133.
  4. Василега Д. С. Определение обрабатываемости материалов по физико-механическим характеристикам. / Д. С. Василега, А. М. Тверяков, Е. В. Якубовская // Новые технологии – нефтегазовому региону: материалы Всероссийской научно-практической конференции. Т. 2. – Тюмень : ТюмГНГУ, 2012. - С. 161.
  5. Артамонов Е. В. Повышение работоспособности СМП сборных инструментов. / Е. В. Артамонов, В. М. Костив, Т. Е. Помигалова // Сборник материалов международной научно-технической конференции. – Тюмень: ТГУ, 2000.
  6. Артамонов Е. В. Определение температуры максимальной работоспособности инструментальных твердых сплавов./ Е. В. Артамонов, Д. С. Василега // Омский научный вестник. Серия Приборы, машины и технологии. – 2008. – № 4 (73). – С. 53–56.
  7. Determining the maximum-performance temperature of hard-alloy cutting plates / E. V. Artamonov, D. S. Vasilega, A. M. Tveryakov // Russian Engineering Research. – 2014. – Vol. 34. – № 6. – P. 402-403.
  8. Артамонов Е. В. Определение температуры максимальной работоспособности твердосплавных режущих пластин./ Е. В. Артамонов, Д. С. Василега, А. М. Тверяков // СТИН. – 2013. – № 11.
  9. Инструментальные материалы [Электронный ресурс] – URL: http://rudocs.exdat.com/docs/index-81983.html. (дата обращения: 01.12.16).
  10. Патент РФ №133764 МПК B23B1/00. Установка для определения температуры максимальной работоспособности твердосплавных режущих пластин / Е. В. Артамонов, Д. С. Василега, А. М. Тверяков - Заявка №2013125808/02 от 04.06.2013. Опубл. 27.10.2013 Бюл.№30.
  11. Патент РФ №2567938 МПК B23B1/00. Способ определения температуры максимальной работоспособности твердосплавных режущих пластин / Е. В. Артамонов, Д. С. Василега, А. М. Тверяков. – Заявка №2013123346/02 от 21.05.2013. Опубл. 10.11.2015 Бюл.№31.
  12. Ostapenko M. S. An industrial and sociological research of consumers requirements to a lathing tool / M. S. Ostapenko, D. S. Vasilega // Key Engineering Materials. – 2016. – Vol. 684. – P. 421-428.
  13. Ostapenko M. S. Efficiency improvement of metal lathing by using of an evaluation technique of assembly machine tools quality / S. Ostapenko, D. S. Vasilega // Key Engineering Materials. – 2016. – Vol. 684. – P. 429-434.
  14. Ostapenko M. S. Enhancement of a methodology of assembly lathing tools quality evaluation/ S. Ostapenko, A. M. Tveryakov// Key Engineering Materials. – 2016. – Vol. 684. – P. 435-439.

Список литературы на английском языке / References in English

  1. Tveryakov A. M. Opredelenie temperatury maksimal'noj rabotosposobnosti smennyh tverdosplavnyh plastin dlja povyshenija jeffektivnosti obrabotki sbornym instrumentom [Determination of temperature of the maximum operability of replaceable hard-alloy plates for increase in efficiency of processing by the combined tool]: dis. of PhD in Engineering / A. M. Tveryakov. – Tyumen State Oil and Gas University. – Tyumen, 2013. [in Russian].
  2. Artamonov E. V. Opredelenie temperatury maksimal'noj rabotosposobnosti smennyh rezhushhih tverdosplavnyh plastin [Determination of temperature of the maximum operability of the replaceable cutting hard-alloy plates]/ E. V. Artamonov, D. S. Vasilega, A. M. Tveryakov ; ed. by M. H. Utesheva. – Tyumen, 2015. – 102 p. [in Russian].
  3. Vasilega D. S. Obrabatyvaemost' detalej mashinostroenija [Workability of details of mechanical engineering] / D. S. Vasilega, A. M. Tveryakov, V. M. Kostiv // Neft' i gaz Zapadnoj Sibiri Materialy Mezhdunarodnoj nauchno-tehnicheskoj konferencii, posvjashhennoj 90-letiju so dnja rozhdenija Kosuhina Anatolija Nikolaevicha [Oil and gas of Western Siberia Materials of the International scientific and technical conference devoted to the 90 anniversary since the birth of Kosukhin Anatoly Nikolaevich]. – Tyumen, 2015. – P. 131-133. [in Russian].
  4. Vasilega D. S. Opredelenie obrabatyvaemosti materialov po fiziko-mehanicheskim harakteristikam [Definition of a workability of materials according to physicomechanical characteristics]. / D. S. Vasilega, A. M. Tveryakov, E. V. Jakubovskaja // Novye tehnologii – neftegazovomu regionu: materialy Vserossijskoj nauchno-prakticheskoj konferencii. T. 2 [New technologies – to the oil and gas region: materials of the All-Russian scientific and practical conference. Vol. 2]; – Tyumen: Tyumen State Oil and Gas University, 2012. – P. 161. [in Russian].
  5. Artamonov E. V. Povyshenie rabotosposobnosti SMP sbornyh instrumentov [Increase in operability of SMP of combined tools]. / E. V. Artamonov, V. M. Kostiv, T. E. Pomigalova // Sbornik materialov mezhdunarodnoj nauchno-tehnicheskoj konferencii [Collection of materials of the international scientific and technical conference]. – Tjumen': TSU, 2000. [in Russian].
  6. Artamonov E. V. Opredelenie temperatury maksimal'noj rabotosposobnosti instrumental'nyh tverdyh splavov [Determination of temperature of the maximum operability of tool solid alloys]. / E. V. Artamonov, D. S. Vasilega // Omskij nauchnyj vestnik. Serija Pribory, mashiny i tehnologii [Omsk scientific bulletin. Series Devices, machines and technologies]. – 2008. – № 4 (73). – P. 53–56. [in Russian].
  7. Determining the maximum-performance temperature of hard-alloy cutting plates // E. V. Artamonov, D. S. Vasilega, A. M. Tveryakov // Russian Engineering Research. – 2014. – Vol. 34. – № 6. - P. 402-403.
  8. Artamonov E. V. Opredelenie temperatury maksimal'noj rabotosposobnosti tverdosplavnyh rezhushhih plastin [Determination of temperature of the maximum operability of the hard-alloy cutting plates] / E. V. Artamonov, D. S. Vasilega, A. M. Tveryakov // STIN – 2013. – № 11. [in Russian].
  9. Instrumental'nye materialy [Tool materials] [Electronic resource] – URL: http://rudocs.exdat.com/docs/index-81983.html. (accessed: 01.12.16). [in Russian].
  10. Patent RF №133764 MPK B23B1/00. Ustanovka dlja opredelenija temperatury maksimal'noj rabotosposobnosti tverdosplavnyh rezhushhih plastin [Installation for determination of temperature of the maximum operability of the hard-alloy cutting plates] / E. V. Artamonov, D. S. Vasilega, A. M. Tveryakov - Application №2013125808/02 date 04.06.2013. Publ. 27.10.2013 Bul.№30. [in Russian].
  11. Patent RF №2567938 MPK B23B1/00. Sposob opredelenija temperatury maksimal'noj rabotosposobnosti tverdosplavnyh rezhushhih plastin [Mode of determination of temperature of the maximum operability of the hard-alloy cutting plates]/ E. V. Artamonov, D. S. Vasilega, A. M. Tveryakov. – Application №2013123346/02 date 21.05.2013. Publ. 10.11.2015 Bul.№31. [in Russian].
  12. Ostapenko M. S. An industrial and sociological research of consumers requirements to a lathing tool / M. S. Ostapenko, D. S. Vasilega // Key Engineering Materials. – 2016. – Vol. 684. – P. 421-428.
  13. Ostapenko M. S. Efficiency improvement of metal lathing by using of an evaluation technique of assembly machine tools quality / S. Ostapenko, D. S. Vasilega // Key Engineering Materials. – 2016. – Vol. 684. – P. 429-434.
  14. Ostapenko M. S. Enhancement of a methodology of assembly lathing tools quality evaluation/ S. Ostapenko, A. M. Tveryakov// Key Engineering Materials. – 2016. – Vol. 684. – P. 435-439.