автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.07, диссертация на тему:Повышение эффективности точения узких канавок резцами со сменными твердосплавными пластинами

На правах рукописи

БЕЛОГОРЛОВ Сергей Викторович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТОЧЕНИЯ УЗКИХ КАНАВОК РЕЗЦАМИ СО СМЕННЫМИ ТВЕРДОСПЛАВНЫМИ ПЛАСТИНАМИ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Специальность: 05.02.07-Технология и оборудование

механической и физико-технической обработки.

Тула-2012

005043556

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Иванов Валерий Васильевич

Официальные оппоненты: Васин Леонид Александрович,

доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет, зав. кафедрой «Экономика и управление»

Жарков Дмитрий Николаевич, кандидат технических наук, ОАО "Центральное конструкторское бюро аппаратостроения", главный технолог, г. Тула.

Ведущая организация: ОАО «Тульский научно-исследовательский технологический институт»

Защита состоится мая 2012 в «_/£_» часов на заседании

диссертационного совета Д 212.271.01 при ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет» (300012, г. Тула, пр. Ленина, 92,9-101)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет».

Автореферат разослан « » апреля 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета ' Орлов Александр Борисович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы. Кольцевые канавки на телах вращения являются распространенным конструктивным элементом многих деталей машин, механизмов, приборов точной механики и т.п. Их обработка, как правило, осуществляется на токарных станках с помощью канавочных резцов. Конструкция этих резцов подчиняется общей тенденции применения сменных многогранных пластин (СМП), характерной для современных режущих инструментов. При этом, канавочные резцы с шириной режущей части менее 1 мм занимают особое место в общей номенклатуре токарного инструмента, что обусловлено их низкой прочностью из-за малой ширины рабочей части. В результате этого они не допускают работы с подачами, применяемыми для токарных резцов общего назначения. Кроме того, они более подвержены поломкам, приводящим к неисправимому браку, что существенно снижает эффективность их использования. В некоторых конструкциях деталей ширина таких канавок составляет всего 0,3 мм. Поэтому их безаварийная обработка возможна лишь на основе учета особенностей процесса резания такими инструментами.

В специализации инструментальных заводов Российской Федерации полностью отсутствует номенклатура канавочных резцов с шириной рабочей части <1,0 мм. Поэтому изготовление таких резцов осуществляется силами инструментальных цехов машиностроительных предприятий, нуждающихся в них, конструкция которых не отвечает современным требованиям, а их применение малоэффективно. В результате этого приобретаются канавочные резцы у зарубежных производителей инструментов, таких как Seco Tool, Sandvik Conomant, Mitsubishi Carbide, Horn, Iscar, Kennametal, Stellram, TaeguTec, Arno, Whizcut и др., в номенклатуре которых имеются резцы с шириной рабочей части 0,3... 1,0 мм. Практическое отсутствие отечественного опыта в эксплуатации таких резцов также вынуждает пользоваться консалтинговыми услугами, которые осуществляются представительствами перечисленных фирм за отдельную плату.

Следует отметить, что исследования особенностей процесса резания при точении канавок шириной менее 1,0 мм, которые позволили бы объективно обосновать условия рационального применения таких инструментов, в нашей стране не проводились. Также отсутствуют публикации зарубежных исследований в данной области, что, вероятно, является предметом «ноу-хау». А такие особенности даже априорно очевидны. Так, наличие двух вершин у резца в большей степени должно отличать основные характеристики несвободного резания от свободного. При этом необходимо принимать во внимание и значение размеров поперечного сечения срезаемого слоя, т.е. учитывать масштабный фактор,

скоротечность процесса резания, а также тепловой режим работы при весьма узкой рабочей части инструмента.

На основании изложенного, повышение эффективности точения канавок твердосплавными резцами на основе учета специфики процесса резания, обусловленной шириной рабочей части менее 1,0 мм, является актуальной задачей.

Цель настоящей работы — повышение эффективности применения твердосплавных канавочных резцов на основе учета специфики процесса резания, обусловленной шириной рабочей части менее 1,0 мм.

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

1.Провести теоретическое определение нагрузок, вызывающих поломку рабочей части канавочного резца, а также их экспериментальную проверку.

2.Провести сопоставление усадки стружки, температуры резания, формы стружки и износостойкости канавочных резцов в условиях свободного и несвободного резания при ширине срезаемого слоя менее 1,0 мм. З.Определить влияние изменения ширины срезаемого слоя в пределах 0,5- 0,8 мм на усадку стружки, температуру резания и износостойкость резцов. 4,Оценить температурный режим работы канавочных резцов с учетом характеристик теплообмена и цикличности процесса резания.

5.Сравнить эксплуатационные показатели канавочных резцов различных конструкций, применяемых в отечественном машиностроении. Объект исследования.

Процесс точения узких канавок шириной 0,5-0,8 мм резцами со сменными твердосплавными пластинами. Предмет исследования.

Параметры процесса резания, определяющие изнашивание канавочных резцов: такие как усадка стружки, температура резания, условия теплообмена, периодизация процесса резания.

Методы исследования. Аналитическое определение температуры резания проведено на основе теоретических положений теплофизики процесса резания. Прочностные расчеты выполнены в соответствии с основными положениями теории сопротивления материалов. Экспериментальные методы использованы для проверки результатов теплофизических и прочностных расчетов, а также при определении усадки стружки и оценке износостойкости резцов. Для визуализации результатов экспериментов применена цифровая фото и видеосъемка.

Автор защищает:

1. Результаты теоретического и экспериментального определения нагрузок, действующих в направлении наименьшего сопротивления изгибу рабочей части резцов и приводящих к их поломке.

2.Результаты экспериментального определения усадки стружки, температуры резания и сопоставления формы стружки в условиях свободного резания и точения канавок.

3.Закономерность влияния ширины срезаемого слоя в пределах 0,5-0,8 мм на усадку стружки, температуру резания и износостойкость канавочных резцов. 4.Результаты теоретического определения температуры резания в условиях стационарного и нестационарного теплообмена, а также при циклическом характере работы канавочных резцов с шириной рабочей части менее 1,0 мм. 5.Эксплуатационные характеристики канавочных резцов различных конструкций.

Научная новизна диссертационной работы заключается в установлении закономерности изнашивания канавочных резцов шириной 0,5-0,8 мм на основе учета температуры резания, стационарности теплообмена, условий теплоотвода и цикличности процесса резания, отличающейся от известной закономерности тем, что уменьшение ширины резца (глубины резания) вызывает большее его изнашивание.

Практическая ценность работы заключается в корректировке существующих технологических рекомендаций по назначению скорости резания для канавочных резцов шириной 0,5-0,8 мм путем введения поправочного коэффициента, а также формированию компактной стружки при обработке канавок на заготовках из материалов групп Р, М, К, Н, по ИСО. Кроме того установлена возможность их использования в качестве проходных резцов, что расширяет функциональные возможности инструмента.

Реализация работы.

Результаты исследований диссертационной работы внедрены в производство в условиях ЗАО «Завод экспериментального машиностроения» Ракетно-космической корпорации «Энергия» в рамках договора.

Материалы диссертации используются в учебном процессе на кафедре «Инструментальные и метрологические системы» Тульского государственного университета при изучении курса «Инструментальные системы интегрированных машиностроительных производств».

Апробация работы. Основные положения работы были доложены на : юбилейной МНТК «Наука о резании металлов в современных условиях, посвященной 90-летию со дня рождения В.Ф. Боброва (г. Тула, 2005г), юбилейной МНТК «Проблемы формообразования деталей при обработке резанием», посвященной 90-летию со дня рождения С.И. Лашнева (г.Тула, 2006г), юбилейной МНТК «Инструментальные системы машиностроительных производств», посвященной 105-летию со дня рождения С.С. Петрухина (г.Тула, 2008 г), ВНТК «Машиностроительные

технологии», посвященной 140-летию высшего технологического образования в МГТУ им. Баумана (г. Москва, 2008 г), ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Тульского государственного университета (г. Тула, 2006-2011 г).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 научных статей, в том числе 3 статьи в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 53 наименований и приложения. Работа содержит 133 страницы машинописного текста, включая 58 рисунков и 42 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность решаемых в работе задач, научная новизна и практическая полезность работы, кратко изложено содержание разделов работы.

В первой главе показано, что в современном машиностроительном производстве приходится встречаться с обработкой узких канавок шириной менее 1,0 мм. Для этой цели, как правило, используются канавочные резцы с СМП зарубежного производства, поскольку российские инструментальные заводы такие инструменты не изготавливают.

Показано, что эксплуатация таких резцов должна основываться на знаниях процесса резания, обусловленных узкой рабочей частью инструментов.

Отмечен вклад в развитие науки о резании металлов Безъязычного В.Ф., Боброва В.Ф., Верещака A.C., Грановского Г.И., Гречишникова В.А., Древаль А.Е., Зорева H.H., Киричек A.B., Лоладзе Т.Н., Резникова А.Н., Розенберга А.Н., Степанова Ю.С., Суслова А.Г., Тарапанова A.C., Хандожко A.B. и многих других советстких и российских ученых.

Показано, что ряд основных характеристик процесса резания, таких как усадка стружки, температура резания, стационарность и периодизация процесса, стойкость резцов, компактность стружки, применительно к обработке канавок шириной менее 1,0 мм нуждаются в дополнительных исследованиях. На основании проведенного анализа сформированы цель и задачи исследования, а также обоснована их актуальность.

Во второй главе показано, что для узких канавочных резцов наиболее опасны изгибающие нагрузки, действующие в направлении наименьшего сопротивления изгибу поперечного сечения его рабочей части.

Проанализированы случаи возникновения таких нагрузок (рис.1), к которым относятся врезание резца в наклонную поверхность заготовки, а также отклонение от перпендикулярности боковой поверхности державки резца к оси обрабатываемой заготовки.

Предложены варианты устранения и компенсации односторонних нагрузок. Проведено определение нагрузок, приводящих к поломке рабочей части некоторых типов СМП для канавочных резцов (таблица 1).

г !

Рисунок 1 - Схемы возникновения односторонних нагрузок, изгибающих резец а) при врезании в коническую заготовку; б) при неправильной установке резца.

Таблица 1 - Сравнение прочности СМП.

Форма СМП Марка сплава (ИСО) Ширина рабочей части, мм Длина рабочей части, мм Предельное значение Р„зг, Н

PENTA24N0505J004 1С 1028 (Р20-Р50) 0,5 2,5 140

10ER0.5FD СР500 (РЗО) 0,5 1,0 140

PENTA24N0805J004 1С 908 (Р15-Р30) 0,8 1,6 490

10ER0.8FD СР500 (РЗО) 0,8 1,6 280

Показано, что отмена вспомогательных углов в плане приводит к существенному увеличению прочности канавочных резцов, позволяющей обрабатывать более глубокие канавки.

Теоретически доказана и экспериментально подтверждена возможность использования узких канавочных резцов в качестве проходных. Это расширяет их технологические возможности, что особенно важно для работы на современных токарных станках с ЧПУ, в особенности при

обработке мелкоразмерных деталей с малым основным временем работы инструментов, применяемых в наладке.

В третьей главе рассмотрены вопросы экспериментального определения основных характеристик процесса резания применительно к точению наружных канавок шириной 0,5-0,8 мм на заготовках из стали 45 (НВ 180) некоторыми типами резцов (таблица 2). Показано, что наличие двух вершин и узкой главной режущей кромки у канавочных резцов приводит к увеличению усадки стружки, температуры резания и износа главной задней поверхности по сравнению с свободным резанием при тех же условиях (таблица 3).

Таблица 2- Характеристики канавочных резцов.

Обозначение резца Обозначение СМП (ширина, мм) Марка сплава Геометрические параметры

Длина раб части У° а' Ф.' <*1°

CER2525M10D (Seco) ЮЕК0.5РО(0,5) СР500 (Р20-Р40) 1,2 12 6 ГЗО' ГЗО'

ЮЕЯО,8РО (0,8) 1,6 12 6 1'30' ГЗО'

PCHR20-24 (Iscar) РЕ№"А24Ъ(05.Ю04 (0,5) 1С 1008 (Р20-Р40) 2,5 5 7 (Г ГЗО'

РЕ>1ТА24М08.ГО04 (0,8) IC908 (Р15-РЗО) 1,6 5 7 0" ГЗО'

SMALR1616K3 (Sandvik Coromant) МАСЯ3075 (0,75) GC1025 (Р25) 2,5 10 6 1' ГЗО'

SMGHR1616H16 (Mitsubishi) 5МОТЯ16Х2050 (0,5) Uti 20Т (Р30) 1,6 5 6 г ГЗО'

Кроме того, при свободном резании стружка завивается в спираль меньшего диаметра, поскольку этому не препятствуют боковые стенки обрабатываемых канавок в условиях несвободного резания. Сравнение усадки стружки и температуры резания (по термо-ЭДС) для резцов шириной 0,5 мм и 0,8 мм показало, что в первом случае усадка стружки больше (рисунок 3).

Таблица З-Сопоставление несвободного резания со свободным при точении с глубиной резания Ы),5 мм резцами СЕЛ2525М10Р

Резание

Ширина канавки (ширина пояска), мм

Скор

ость

резан

ия

V,

мм/м ин

Подача мм/об

Кол-во обработ. канавок (поясков)

Время работы,

Коэф. утолщения,

Ка

Износ задней поверхност и, мм

Несвобода ое

Свободное

0,5

0,8

(0,5)

163

0,055

80

120

80

1,84

2,76

1,84

3,145

2,98

3,055

0,08

0,05

0,04

Это объясняется тем, что при ширине канавки менее 1,0 мм превращение более узкого срезаемого слоя в стружку сопровождается и большим ее утолщением по аналогии с тем, как это происходит при уменьшении толщины срезаемого слоя. Резцу шириной 0,8 мм соответствует меньшее значение термо-ЭДС. Однако, несмотря на это, он подвержены большему изнашиванию, что обусловлено теплофизическими особенностями процесса резания инструментами с узкой рабочей частью.

Установлено, что увеличение кривизны срезаемого слоя за счет уменьшения диаметра заготовки при резании пластичных материалов

5 4,5 4

3,5 3 2,5

—»— Ка, Ь=0,5 -*- Ка, Ь=0,8

-------------------—-----------------------

83 104 \/,м/мин

130 163

5 4,5 4

3,5 3

- Ка, Ь=0^5]

- Ка, Ь=0,8;

0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 Б, мм/об

б)

>

> £ ^ 6,5- —Е,ь=0,5 —*— Е, Ь=0,8

/

0,02 0,04 0,06 0,08 Б, мм/об 0,1

в) г)

Рисунок 3 - Влияние скорости резания V и подачи 8 на усадку стружки Ка и термо-ЭДС Е: а) зависимость усадки стружки от скорости резания при ширине рабочей части резца равной 0,5 и 0,8 мм; б) зависимость усадки стружки от подачи при ширине рабочей части резца равной 0,5 и 0,8 мм; в) зависимость термо-ЭДС от скорости резания при ширине рабочей части резца равной 0,5 и 0,8 мм; г) зависимость термо-ЭДС от подачи при ширине рабочей части резца равной 0,5 и 0,8 мм.

приводит к увеличению усадки стружки, диаметра ее витка и интенсифицирует износ канавочных резцов.

В четвертой главе проведен анализ теплофизических особенностей процесса резания узкими канавочными резцами. Показано, что время обработки канавок шириной 0,5-0,8 мм и глубиной 1,0 мм с рекомендуемыми режимами резания составляет, в среднем 1,0 секунду, т.е. процесс резания характеризуется

за 115 \/,м/мин

—Б 0=0, -»— Е Ь=0,8

скоротечностью. Теплофизическими расчетами, выполненными по методике А.Н. Резникова установлено, что

теплообмен в зоне резания для резцов шириной 0,5-0,8 мм стабилизируется через 1,0 секунду, т.е. в момент завершения их работы. Следовательно, большую часть своего времени такие резцы работают в условиях нестационарного теплообмена, что является одной из важнейших особенностей их работы (таблица 4).

Таблица 4-Результаты расчетов и экспериментов при точении канавок (сталь

Шифр резца аи W1.KI.E1., и -1—-----———- Результаты расчета Рез) экспе шьтаты ¡римента

Время стабилизации теплобмена ТЕМПЕРАТУРА РЕЗАНИЯ, ЭДС Терио эдс, тУ Износ задней поверхности, мм

Стационарное резание Циклическое резание при тхх/тр=30

0,5 1,0 1032 390 8,8 0,08

0,8 1,0 940 355 9,7 0,04

Последовательное протачивание нескольких одинаковых канави* характеризуется термоциклической нагрузкой на резец, выражающийся в его нагреве в процессе точения и остывания во время холостых перемещении при подготовке к протачиванию очередной канавки и т.д. Такая цикличность приводит к снижению температуры резания, которая зависит от соотношения времени резания ^ и холостых ходов и. Установлено, что при ^-30, температура резания для резцов шириной 0,5...0,8 мм по сравнению со стационарным резанием уменьшается в 2,64 раза.

Показано, что в условиях нестационарного теплообмена экспериментально не удается подтвердить классическое положение в теории резания об уменьшении температуры резания при увеличении отношения ширины срезаемого слоя к его толщине (Ь/а), что видно из таблицы 4 и рисунка 4.

В условиях стационарного теплообмена при использовании канавочных резцов шириной 0,5 и 0,8мм в качестве проходных с ф=15° к разница в значениях термо-ЭДС нивелируется, что обусловлено лучшим теплоотводом у резца шириной Ь=0,8 мм, имеющего большее значение отношения Ь/а (рисунок 5.)

Экспериментально доказано, что при нестационарном теплообмене худшие условия теплоотвода при меньшем значении отношения Ь/а у более узкого канавочного резца заметно проявляются в условиях изначально высокой тепловой нагрузки в зоне резания. Так, при обработке канавок шириной 0,5и 0,8 мм на заготовках из стали 35ХНЗМ (Ш1С52...54) с У=64 м/мин, 8=0,055 мм/об, большее значение термо-ЭДС уже соответствует резцам шириной 0,5 мм (рисунок 6). О высокой температуре резания в этом случае также свидетельствует пластическая деформация рабочей части СМП, которая

проявилась в выпучивании боковых сторон под действием силы подачи. Уменьшение скорости резания до У=20/мин приводит к

7 ----------------—н-------;-------— -.......... ..явим

о 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

№ канавки

Рисунок 4 - Значения термо-ЭДС при точении канавок на заготовках из стали 45 с У=106 м/мин, 5=0,055 мм/об (время обработки одной канавки 1 сек.)

5 ...............................................................................

О 15 30 45 60 /5 90 105 120 135 153 185 180 1Е5 2'0 225 240

te

Рисунок 5 - Зависимости термо-ЭДС от времени работы при продольном точении стали 45 с V=125 м/мин, S=0,07 мм/об, ср =15°.

уменьшению температуры резания и изменяет соотношение между значениями термо-ЭДС для сравниваемых СМП на обратное, как и в предыдущих случаях (см. рисунок 6).

Полученные результаты объясняют причины большего изнашивания резцов шириной 0,5 мм, чем резцов шириной 0,8 мм, при меньшем значении температуры резания, зафиксированном экспериментально по величине термо-ЭДС.

В пятой главе рассмотрены вопросы эксплуатации канавочных резцов с СМП шириной 0,5-0,8мм различных конструкций при обработке

материалов групп Р, М, К и Н по классификации ИСО (таблица 4).

№ канавки

Рисунок 6 - Значения термо-ЭДС при точении канавок на заготовках из стали 35ХНЗМ.

| Обработка канавок на заготовках из стали 35ХНЗМ, закаленной до твердости I

ЬЖС52...54 (группа Н по ИСО) проведена сравниваемыми резцами на форсированных режимах резания, что позволило установить их потенциальные возможности. Выявлено преимущество резцов фирмы ^каг, обусловленные спецификой конструкции их СМП. При обработке канавок на заготовках из стали 45 (группа Р по ИСО) использованы режимы резания близкие к 1 рекомендуемым производителя резцов. Установлено, что сравниваемые инструменты примерно одинаковы по своим эксплуатационным показателям. Показано, что выбор наиболее предпочтительного варианта инструмента следует проводить на основе технико-экономического анализа.

Проведена оценка работоспособности СМП с шириной рабочей части о,5

и 0,8 мм фирмы Ькаг при обработке канавок на заготовках из коррозионно-стойкой стали 08Х18Н10Т (группа М) и серого чугуна (группа К). Большая пластичность стали 08Х18Н10Т (5=41%) по сравнению со сталью 45 (5=16%) положительно сказывается на формировании компактной

стружки в виде плоской спирали при использовании СМП шириной 0,8мм с геометрией ] на передней поверхности (Ькаг). Аналогичная стружка формируется и при обработке канавок на заготовках из стали 35ХЮМ (НЯС52...54) с применением той же СМП с реальной для практических целей скоростью резания У=20м/мин. Во всех других апробированных случаях образуется стружка цилиндрической спирали или путаных клубков хаотичной формы, размеры которых зависят от глубины канавки и диаметра

I 12

заготовки. Однако такая форма стружки не препятствует работе в автоматическом режиме.

Таблица 5 - Результаты сравнения износостойкости канавочных резцов.

Обрабатываемый материал Параметры канавки СМП Режимы резания Результаты испытаний

Ь, мм h, мм D, мм Форма Сплав V, м/мин s, мм/об Кол-во обработ. канавок Износ задней пов-ти, мм.

Сталь 35XH3M HRC52...54 (группа Н) 0,50 1,0 42 SMGTR 16*2050 UTi20T (P30) 66 0,035 3 Поломка

1,0 42 lOERO 0.50FD CP500 (P30) 66 0,035 3 Поломка

1,0 33 PENTA 24N05J 004 1С 1008 (H25) 64 0,055 20 0,22+ Пласт. деформ.

0,75 1,5 42 MAGR 3075 GC1025 (P25) 66 0,035 12 Поломка

0,80 1,0 42 lOERO 0.80FD CP500 (P30) 66 0,035 23 Поломка

1,0 33 PENTA 24N08J 004 1С 1008 (H25) 64 0,055 30 0,22+ Пласт. деформ.

Сталь 45 НВ 180 (группа Р) 0,50 1,0 65 lOERO 0.50FD CP500 (P30) 204 0,0485 140 0,08

1,0 65 163 0,055 80 0,08

1,0 61 153 0,055 200 0,08

1,0 58 PENTA 24N05J 004 IC1008 (P30) 178 0,055 200 0,05

2,0 29 140 0,055 200 0,05

0,75 1,0 61 MAGR 3075 GC1025 (P25) 153 0,055 120 0,05

0,80 1,0 65 lOERO 0.80FD CP500 (P30) 163 0,055 120 0,05

Сталь 08Х18Н10Т (группа М) 0,50 1,0 44 PENTA 24N05J 004 IC1008 (M30) 110 0,097 200 0,05

0,80 1,0 44 PENTA 24N08J 004 1С 1008 (M30) 75 0,105 200 0,04

Серый чугун НВ 143... 162 (группа К) 0,50 1,0 30 PENTA 24N05J 004 1С 1008 (K30) 75 0,105 200 0,03

2,0 90 75 0,105 200 0,03

Установленное технико-экономическое превосходство канавочных резцов шириной 0,5мм фирмы Iskar позволило осуществить их внедрение взамен ранее применяемых резцов фирмы Seco в условиях ЗАО "Завод экспериментального машиностроения" Ракетно-космической корпорации "Энергия" (Моск. обл., г. Королев). При этом, с учетом влияния кривизны срезаемого слоя увеличена скорость резания в 1,3 раза, а следовательно, и

производительность обработки.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В работе решена актуальная научно-техническая задача повышения эффективности точения узких канавок твердосплавными резцами на основе учета специфики процесса резания, обусловленной шириной рабочей части менее 1мм.

В процессе теоретических и экспериментальных исследований получены следующие основные результаты и выводы:

1. Разрушающие нагрузки в направлении наименьшего сопротивления изгибу рабочей части канавочных СМП шириной 0,5-0,8 мм лежат в пределах 140-490 Н в зависимости от их конструкции. В ряде случаев при обработке малоразмерных деталей такие резцы можно использовать как проходные, что сокращает вспомогательное время на смену инструментов и повышает производительность.

2. Экспериментально установлено, что точение канавок шириной 0,5 мм по сравнению со свободным резанием сопровождается увеличением усадки стружки и температуры резания, вследствие чего износ задней поверхности канавочных резцов увеличивается в 2 раза. Одновременно с этим в 2-6 раз увеличивается диаметр витка стружки из-за тормозящего воздействия, оказываемого боковыми стенками канавок, что необходимо учитывать в условиях ограниченного пространства для ее размещения, обусловленного конфигурацией обрабатываемой детали.

3. Уменьшение ширины рабочей части канавочного резца от 0,8 до 0,5 мм сопровождается увеличением в 1,02-1,06 раза усадки стружки, поскольку в меньшем по размерам сечении срезаемого слоя деформация в нем при превращении его в стружку происходит в большей степени. Учет этого позволяет получить более достоверные результаты при анализе условий функционирования таких резцов, в частности, при аналитическом определении температуры резания.

4. Расчетами установлено:

4.1 В условиях стационарного теплообмена уменьшение ширины канавочного резца от 0,8 до 0,5 мм сопровождается уменьшением отношения Ь/а в 1,6 раза, что приводит к увеличению температуры резания на 96°С. Как следствие, это должно способствовать повышенному изнашиванию более узкого резца;

4.2 Работа канавочных резцов шириной 0,5...0,8 мм с режимами резания, рекомендуемыми для практического применения, протекает в условиях

нестационарного теплообмена. В результате этого исключается длительное воздействие высоких температур резания, развивающихся в условиях стационарного теплообмена, на узкую рабочую часть канавочных резцов; 4.3 Цикличность процесса резания при точении канавок с отношением txx/tp=30 в 2,64 раза уменьшает температуру резания, по сравнению с температурой, развивающейся в условиях стационарного теплообмена, что также способствует повышению стойкости резцов.

5. Экспериментально установлено:

5.1 Превышение температуры резания у канавочных резцов шириной 0,5 мм над температурой резания резцов шириной 0,8 мм проявляется только при высокой тепловой нагрузке, возникающей при форсированных режимах резания, не пригодных для практического применения.

5.2 При режимах резания, применяемых на практике, уменьшение ширины рабочей части канавочного резца от 0,8 до 0,5 мм приводит к уменьшению термо-ЭДС (температуры резания) в 1,05-1,07 раза. Несмотря на это, стойкость резцов шириной 0,5 мм в 1,5 раза меньше, чем у резцов шириной 0,8 мм, что необходимо учитывать при их эксплуатации путем уменьшения скорости резания в 1,1 раза.

6. Апробированные конструкции канавочных резцов шириной менее 1,0 мм практически одинаковы по износостойкости. Однако неоспоримым преимуществом по прочности рабочей части, максимальной глубине обрабатываемых канавок, количеству режущих кромок, а также по компактности стружки обладают резцы семейства PENTA. В результате этого, несмотря на их большую стоимость, применение таких резцов экономически целесообразно, что подтверждается их внедрением в производственных условиях.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. В.В. Иванов, C.B. Белогорлов Многопроходное нарезание резьбы с СМП // Известия ТулГу. Сер. Инструментальные и метрологические системы. Вып.2. -Тула: ТулГу, 2006. -С.303-305.

2. Иванов В.В., Белогорлов C.B. Особенности процесса резания при протачивании узких кольцевых канавок.// СТИН, 2010, №4, С.16-18.

3. Белогорлов C.B. Работоспособность твердосплавных канавочных резцов с СМП шириной 0,5-0,8 ми // Известия ТулГу. Сер. Технические науки. 2011. Вып.5.Ч.З -Тула: ТулГу, 2011. - С.87-90.

4. Иванов В.В., Белогорлов C.B. Особенности обработки узких кольцевых канавок твердосплавными резцами //Автоматизация: проблемы, идеи, решения. Вып12. -Тула; Изд-во ТулГу, 2007. -С.85-86.

5. Белогорлов C.B. Обработка узких канавок твердосплавными резцами // Материалы 6-й международной научно-технической конференции 21-23 мая 2008 г.- Брянск: БГТУ, 2008. С.273-274.

6. Белогорлов C.B., Иванов В.В. Эксплуатационные возможности узких канавочных резцов //Машиностроительные технологии. Сборник тезисов докладов Всероссийской научно-технической конференции,- Москва: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2008.- С.50-52.

7. Белогорлов C.B., Иванов В.В. Современные резцы для обработки узких канавок // Вестник ТулГу. Сер. Инструментальные и метрологические системы. -Тула: Изд-во ТулГу, 2008. - С.51-54.

8. Белогорлов C.B., Иванов В.В. Особенности обработки канавок шириной 0,5 мм твердосплавными резцами с СМП // Альманах современной науки и образования,- Тамбов, 2008, №7 (14).- С. 24-25.

9. Белогорлов C.B., Иванов В.В. Температура резания при работе узких канавочных резцови из твердого сплава. // Альманах современной науки и образования,- Тамбов, 2009, №6 (25).- С. 29-31.

10. Белогорлов C.B. К вопросу температурного режима работы узких канавочных резцов // Молодежный вестник технологического факультета: Лучшие научные работы студентов и аспирантов: сб.статей. В 2-х ч. 4.1. Тула: Изд-во ТулГУ, 2009.-С.62-65.

11. Белогорлов C.B., Иванов В.В. Обработка узких канавок резцами с СМП. // Прогрессивные технологии и системы машиностроения. Международный сборник научных трудов. Вып. 37 - Донецк, 2009.- С.9-13.

12. Белогорлов C.B., Иванов В.В. Особенности процесса резания при обработке кольцевых канавок шириной менее 1 мм твердосплавными резцами. // Прогрессивные технологии в современном машиностроении: сборник статей VI Международной научно-технической конференции.- Пенза: Приволжский Дом знаний, 2010. - С.124-127.

Изд. лиц. ЛР № 020300 от 12.02.97. Подписано в печать 17.04.2012 Формат бумаги 60x84 1/16. Бумага офсетная. Усл. печ. л. 0.93. Уч.-изд. л. 0,8. Тираж 60 зкз. Заказ 017

Тульский государственный университет. 300012, г. Тула, просп. Ленина, 92.

Отпечатано в Издательстве ТулГУ 300012, г. Тула, просп. Ленина, 95