Вибір методу дослідження інтенсивності зношування та стійкості різців

2 Вибір методу дослідження інтенсивності зношування та стійкості різців

Дослідження інтенсивності зношування та стійкості різців, характеристик процесу різання здійснювались при чистовому подовжньому точінні сталей 45, У8А, 30Х13 на верстатах 1К625Сп, 16К20, 1А660Ф3. В якості інструментального матеріалу був обраний твердий сплав ТН20 (ГОСТ 26530-85), що характеризується найбільшою серед БВТС зносостійкістю при чистовому точінні сталей. Використовувались різці токарні за ТУ 2-035-892-82 та різальні пластини 02114–080608, 02114–080610, 02114–080612 (ГОСТ 19048-80). Геометричні параметри різців:  = 10º,  = 10º,  = 90º,  = 10º. Вибір значення  = 90º зумовлений необхідністю забезпечення максимальної жорсткості технологічної системи. Режими різання при точінні сталей 45, У8А: швидкість різання  = 100–300 м/хв, подача  = 0,2–0,4 мм/об, глибина різання  = 1–2,5 мм; при точінні сталі 30Х13:  = 50–150 м/хв,  = 0,2–0,4 мм/об,  = 1–2 мм. Магнітна обробка пластин здійснювалась на робототехнічному комплексі ОІМП РК‑1. Режими ОІМП: напруженість поля  = 0,2·10⁵–1,8·10⁵ А/м, тривалість ОІМП  = 0,25–12 хв, час витримки після ОІМП  = 4–48 год, частота імпульсів поля  = 5 Гц.

Вимірювання мікротвердості поверхневого шару твердого сплаву проводилось на приладі ПМТ–3. Рентгеноструктурний аналіз твердого сплаву здійснювався на рентгенометричному дифрактометрі ДРОН–4–07.

Складові сили різання вимірювали динамометром УДМ-600. Термо-ЕРС  та температуру  різання визначали методом природньої термопари з реєстрацією термо-ЕРС потенціометром ПС1–12. Інтенсивність зношування різців оцінювалась відносним поверхневим зносом  по задній поверхні, стійкість різців – періодом стійкості  та довжиною шляху різання . Моделі залежностей  отримували апроксимацією експериментальних даних рядами Фур’є, залежностей  та  – за допомогою повного факторного експерименту (ПФЕ) 2³. Дослідження точності обробки ґрунтувалось на визначенні складової похибки , пов’язаної зі зносом різця, шорсткості обробленої поверхні – на вимірюванні середнього арифметичного відхилення профілю  (ГОСТ 2789–73) профілографом-профілометром мод. 201 заводу “Калібр”.

3 Теоретичне обгрунтування підвищення ефективності чистового точіння сталей різцями з різальними пластинами з БВТС в результаті ОІМП

Інтенсивність зношування різців з різальними пластинами з БВТС при чистовому точінні сталей визначається співвідношенням міцності адгезійних зв'язків на зріз при наявності пластичних деформацій на контакті та мікротвердості поверхневого шару твердого сплаву . ОІМП знижує величину  різців за рахунок підвищення мікротвердості  поверхневого шару твердого сплаву і забезпечення резерву  у пластин, оброблених магнітним полем, при реальних температурах різання. З урахуванням різного механізму руйнування адгезійних зв’язків при швидкості  та температурі  різання, більших або менших за оптимальні  та , та одночасного впливу на величину  як збільшення мікротвердості в результаті ОІМП, так і її зменшення під впливом температури різання, для опису залежностей  різців з пластинами, обробленими магнітним полем, від характеристик адгезійної взаємодії на контакті та температури різання запропоновані формули:

 при  та ; (1)

 при  та , (2)

де  – міцність на зріз адгезійних зв’язків при відсутності нормальних напружень на контакті;  – значення коефіцієнта  зміцнення адгезійних зв’язків при ;  – мікротвердість поверхневого шару твердого сплаву у вихідному стані;  – коефіцієнт відносного підвищення  в результаті ОІМП;  – показник інтенсивності зниження  з підвищенням ; , ,  – коефіцієнти, , , ,  – показники ступеня,  – подача;  – дотичні напруження на задній поверхні; ; ; 0; .

Підвищення  різальних пластин, і відповідно, підвищення співвідношення  контактних твердостей інструментального та оброблюваного матеріалів в результаті ОІМП обумовлює зниження інтенсивності пластичної деформації, усадки стружки, сил різання, дотичних напружень на умовній площині зсуву, напружень та коефіцієнтів тертя на контактних поверхнях інструменту.

На прикладі твердого сплаву ТН20 розроблено теоретичну модель впливу ОІМП на структуру та мікротвердість поверхневого шару БВТС. Підвищення мікротвердості  поверхневого шару БВТС в результаті ОІМП зумовлене змінами в структурі твердого сплаву, викликаними деформаційним впливом магнітного поля. В певному діапазоні значень напруженості  поля напруження  в феромагнітній зв’язуючій фазі під впливом магнітострикції перевищують межу текучості , ця фаза зазнає пластичної деформації стискування і, в свою чергу, стискує оточені нею карбідні зерна, що забезпечує субструктурне зміцнення фаз сплаву, яке призводить до підвищення . На основі розгляду одночасного впливу на  як зміцнюючого (підвищення щільності дислокацій), так і знеміцнюючого (підвищення щільності пор та мікротріщин) фактору обґрунтовано нелінійний тип залежності  з наявністю діапазонів , що забезпечують ( та ) і не забезпечують () підвищення . Більш інтенсивна зміцнююча дія магнітного поля на пластини з меншою  обумовлює зниження коефіцієнту  варіації мікротвердості пластин в партії в результаті ОІМП. Для опису загального вигляду залежностей  від режимів ОІМП запропоновані наступні вирази:

–          для залежності :

; (3)

–          для залежності :

 при  і  при ; (4)

– для залежності :

 при  і  при . (5)

Зниження інтенсивності зношування різців та полегшення умов процесу різання внаслідок зниження інтенсивності пластичної деформації сталі та тертя на контактних поверхнях інструменту обумовлює підвищення стійкості різців з пластинами з БВТС в результаті ОІМП. Залежність коефіцієнту  підвищення стійкості різців від  носить ступеневий характер:  (, ). Зниження  пластин з БВТС в результаті ОІМП обумовлює зниження варіаційних розбіжностей стійкості різців з цими пластинами.

На основі розгляду характеру впливу магнітної обробки на показники інтенсивності пластичної деформації сталі (зниження кута дії , дотичних напружень  на умовній площині зсуву, коефіцієнту  скорочення стружки, тангенціальної складової сили різання , збільшення кута зсуву ) та тертя на контактних поверхнях інструменту (зниження коефіцієнту  та кута  тертя на передній поверхні) теоретично обґрунтовано зниження температури різання  в результаті ОІМП різальних пластин, яке закономірно обумовлює підвищення рівня оптимальних швидкостей різання , що відповідають постійній для даної пари “твердий сплав–оброблювана сталь” оптимальній температурі різання . Підвищення рівня  обумовлює підвищення оптимальної продуктивності  формоутворення, що відповідає максимуму стійкості різців та найкращим технологічним характеристикам оброблюваних деталей.

Зниження інтенсивності зношування різців та полегшення умов процесу різання закономірно впливають на технологічні характеристики оброблюваних деталей, зокрема точність обробки та шорсткість обробленої поверхні, що є надзвичайно важливим для операцій чистової токарної обробки. Зменшення  різців з пластинами з БВТС в результаті ОІМП підвищує точність чистової токарної обробки сталевих деталей при забезпеченні заданої довжини шляху різання . ОІМП забезпечує зниження параметра шорсткості обробленої поверхні  за рахунок зменшення адгезійної взаємодії твердого сплаву зі сталлю та інтенсивності пластичної деформації сталі при різанні.

Таким чином, підвищення ефективності чистового точіння сталей різцями з різальними пластинами з БВТС в результаті ОІМП носить комплексний характер та включає підвищення стійкості та стабільності стійкісних характеристик різців, точності обробки та зниження шорсткості обробленої поверхні деталей.