Способ управления обработкой резанием

 

Использование: обработка металлов резанием , определение оптимальной скорости резания при обработке углеродистых, конструкционных и высокохромистых сталей твердосплавным инструментом. Сущность: определяется изменение коэффициентов теплопроводности инструментального и обрабатываемого материалов. Строится график зависимости изменения коэффициентов теплопроводности инструментального и обрабатываемого материалов от температуры, график изменения температуры резания от скорости резания. Оптимальную скорость определяют по температуре точки пересечения кривых на графике зависимости изменения теплопроводности инструментального и обрабатываемого материалов. 4 табл.,1 ил. ЈЛ

1754419 А1 союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (1 1) (s1)s В 23 Q 15/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А8ТОРСК0МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ с (21) 4885956/08 (22) 29.11.90 (46) 15.08.92, Бюл. ¹ 30 (71) Волгоградский политехнический институт (72) Е,Ф. Уткин и Н.В. Талантов (56) Авторское свидетельство СССР № 570455, кл. В 23 В 1/00, 1977.

Авторское свидетельство СССР № 679320, кл, В 23 В 1/00, 1979, Авторское свидетельство СССР

¹ 1234050, кл. В 23 В 1/00, 1986.

Авторское свидетельство СССР

N 667733337766,, кКл, В 23 В 1/00, 1979. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ОБРАБОТКОЙ

РЕЗАНИЕМ

Изобретение относится к обработке металлов резанием, а именно к определению оптимальной скорости резания при обработке углеродистых, конструкционных и высокохромистых сталей твердосплавным инструментом.

Известен способ определения опти-мальной скорости резания, согласно которому с помощью кратковременных испытаний находят зависимость темпервту ры резания Оот скорости V и строят график

O=f(V). Оптимальную скорость определяют как скорость, соответствующую температуре провала пластичности обрабатываемого материала.

Недостатком указанного способа является большая трудоемкость при изготовле(57) Использование: обработка металлов резанием, определение оптимальной скорости резания при обработке углеродистых, конструкционных и высокохромистых сталей твердосплавным инструментом. Сущность: определяется изменение коэффициентов теплопроводности. инструментальйого и обрабатываемого материалов. Строится график зависимости изменения коэффициентов теплопроводности инструментального и обрабатываемогоо материалов от температуры, график изменения температуры резания от скорости резания. Оптимальную скорость определяют по температуре точки пересечения кривых на графике зависимости изменения теплопроводности инСтрументального и обрабатываемого материалов. 4 табл. 1 ил. нии образцов и их испытании в широком диапазоне температур нагрева для определения температуры провала пластичности обрабатываемого материала.

Известен способ определения оптимальной скорости резания, включающий в качестве исходных параметров зависимость температуры резания от скорости и определение температуры максимального электросопротивления обрабатываемого сплава.

Недостатками известного способа являются большая трудоемкость проведения стандартных испытаний в широком диапазоне температур для широкого диапазона сплавов и неточность, так как проволока является пластически деформированным материалом, а обрабатываемая заготовка—

1754419 нет; вследствие этого и неточное определение температуры максимального электросопротивления.

Известен способ определения оптимальной скорости резания, в котором опти- 5 мальную скорость резания определяют в диапазоне скорости резания ограниченным соотношением Pz=(0,5-0,7)PzMaKc, а за оптимальную скорость принимают скорость, соответствующую минимальному отношению 10 величины ЭДС резания к длине участка упрочнения, Недостатками данного способа являются большая трудоемкость в определении сил резания, длин участка упрочнения и 15 термоЭДС в большом диапазоне скоро. стей резания и неточность определения диапазона скоростей реэайия при условии

Рг=(0,3 — 0,5) Ргмакс.

Найболее близким к предлагаемому яв- 20 ляется способ определения оптимальной скорости резания, заключающийся в том, что при пбмощи кратковременнЫх сгандартных испытаний находят зависимость температуры резания от скорости O=f(V), 25 строят график этой зависимости, определяют температуру структурно-фазового превращения (a } ) и на основании равенства температур резания и структурно-фазового превращения находят оптимальную скоро- 30 сть резания.

К недостаткам известного способа относятся большая трудоемкость изготовле ния образцов и проведения стандартных испытаний в широком диапазоне темпера- 35 тур и йесоответствие температур структурно-фазового превращения (а- у) железа для стандартных испытаний и в процессе резания ввиду того, что в процессе резания металл подвержен деформации, что оказы- 40 вает влйяние на уменьшение температуры структурно-фазового превращения.

В качестве базового обьекта рассмотрим способ определения оптимальной скорости резания по величине стойкости 45 режущего инструмента. В качестве исходното параметра используется "мйтенсивность износа на длину пути резания.

Данный способ осуществляется следующим образом. Производится процесс резания, в 50 определенйые промежутки времени процесс резания прекращают. Измеряют величйну площадки износа по задней грани, строя график зависимости ha=f(r), где йз— величина площадки износа по задней гра- 55 ни; т — время резания при обработке различными марками твердосплавного инСтрумента. Величйны площадй "износа разйые и колеблятся в пределах 0,4 — 1,6 мм.

Зная скорость резания и время, эа которое площадка износа достигла определенной величины, определяют длину пути резания и интенсивность износа на длину пути. За оптимальную скорость принимают скорость, при которой интенсивность износа минимальна.

Этот способ очень трудоемок, требует больших затрат времени, материала и энергоресурсов.

Целью изобретения является повышение точности обработки.

На чертеже изображены графики теплопроводности йнструментального и обрабатываемогоо материалов.

При увеличении температуры изменяются величины коэффициентов теплопроводности инструментального и обрабатываемого материалов. В процессе резания происходит контактировайие этих материалов. При увеличении скорости резания увеличивается температура резания и, как следствие, изменяются коэффициенты теплоп роводности инструментального и обрабатываемого материалов. С увеличением температуры резания стойкость инструмента изменяется. Для этого необходимо определить скорость резания, при которой будет наибольшая стойкость инструмента, соответствующая наибольшей производительности и наименьшей себестоимости обработки. С этой целью определяют измене- . ние величин коэффициентов теплопроводностей инструментального и обрабатываемого материалов. Изменение величин теплопроводности инструментального и обрабатываемого материалов существенно влияет на распределение температуры резания при различных методах обработки. По мере снижения теплопроводности обрабатываемого материала температура возрастает. увеличение теплопроводности материала инструмента не только снижает температуру резания, но может изменить и характер ее распределения в контактируемых поверхностях инструмента и обрабатываемой детали. Изменение температуры резайия прйеодит к изменению характера и вида контактного взаимодействия. На стойкость инструмента и его работоспособность в конечном счете оказывают влияние характер и вид контактного взаимодействия.

Таким образом, изменение теплопроводности инструментального и обрабатываемого-материалов оказывают влияние на вид и характер контактного взаимодействия, В отличие от прототипа измерения коэффициентов теплопроводности инструментального и обрабатываемого материалов проводят по группе обрабатываемого материала, а это 15-20 наименований марок сталей, и по твердым сплавам, а по прототипу

1754419 для каждого отдельно, что увеличивает трудоемкость известного способа.

Достижение более точного определения оптимальной скорости резания предлагаемым способом заключается, в 5 следующем.- В прототипе температуру структурно-фазового (а- у ) перехода определяют для каждой стали отдельно s определенной зависимости от содержания углерода в ней, При этом эта температура 10

Одсз равна температуре резания О. В этом случае пренебрегают влиянием теплопроводности контактируемых тел, так как они в конечном счете определяют интенсивность стока тепла в стружку и инструмент 15 и среднюю температуру резания. Теплопроводность инструментального и обрабатываемого материала оказывает влияние на изменение средней температуры резания и распределение температуры резания на 20 длине контакта. В прототипе температура структурнофазового перехода, соответствующая температуре резания, во всех случаях одинакова и остается неизменной при применении в качестве инструментального ма- 25 териала твердых сплавов с различной теплопроводностью. Так, по прототипу оптимальная скорость стали 45 инструментом, оснащенным твердым сплавом ВК8, составляет: Ч0=3,0 м/с. B предлагаемом способе ЗО

Ч0=0,3 м/с (табл. 4), Зто малые скорости резания, не применяемые в промышленности, По рекомендации сплав ВК8 при точении углеродистых сталей не применяется, В предлагаемом способе точность до- 35 стигается тем, что оптимальную скорость резания определяют по графику зависиМости изменения температуры резайия от ско- . рости резания при температуре резания, которая соответствует температуре пересе- 40 чения кривых Q =f(T) и 0 =f(T) на графике изменения теплопроводности инструментального (Я ) и обрабатываемого (@) материала от температуры (Т).

Способ реализуется следующим обра- 45 зом, По стандартным кратковременный испытаниям образцов из обрабатываемого и инструментального материалов определяют изменение величины коэффициентов 50 теплопроводности инструментального и обрабатываемого материалов.

С помощью кратковременных температурных испытаний находят зависимость температуры резания от скорости резания. 55

Строят графики зависимости i4 i4 =fg) и бН(1/) и за оптимальную скорость резания принимают скорость из графика, соответс вующего температуре, которую определяют точкой пересечения кривых, 4 --1(Т) на графике.

В качестве примера взяты для точения цилиндрические заготовки из углеродистой стали 45, конструкционной стали ЗОХГСА и высокохромистой стали 20Х13 в отожженном состоянии режущим инструментом, оснащенным вольфрамовым сплавом ВК6, титановольфрамовым сплавом Т15К6, безвольфрамовым твердым сплавом ТН20 со следующей геометрией резания: углы в плане р=45, ф=250, задние углы а=а1-10, передние углы А = =0 и радиус закругления вершины резца r=0,6 мм. Режимы разения: скорость резания 0,05 — 3,5 м!с; величина подачи $=0,3 мм/об; глубина резания 1,5 мм.

Результаты измейения коэффициентов теплопроводности (СТ СЭВ 3303 — 71) определяли через каждые 50 С, они приведены в табл, 1, Температуру резания определяли через каждые 0,25 м/с, результаты приведены в табл. 2.

Зависимость интенсивности износа Гь от температуры О приведена в табл. 3.

Пример 1. Реализацию способа производили по описанной выше методике.

Обработку стали 45 проводили инструментом, оснащенным твердым сплавом ВК8, Тачки пересечения кривъгх Я =f(T) и

i4=f(T) на графике нет. Поэтому при точении углеродистых и конструкционных высокохромистых сталей твердый сплав ВК8 не применяется.

Пример 2, Обработку стали 45 проводили инструментом, оснащенным твердым сплавом Т15К6, Точка пересечения кривых Я =f(T), @ =f(T) соответствует температуре, равной 675 С. Интенсивность износа li сплава Г15К6 при этой температуре минимальна и составляет lt.— — 67 мкм/км, что соответствует оптимальной скорости резания, равной 1,82 м/с.

Пример 3. Обработку стали 45 проводили инструментом, оснащенным безвольфрамовыми твердыми сплавами ТН20.

Точка пересечения кривых A =f(T) и Я =f(T) соответствует температуре, равной 760 С.

Интенсивность износа и сплава ТН20 при этой температуре минимальна и составляет

ЗО мкм/км, что соответствует оптимальной скорости резанйя, равной 2,5 м/с.

Пример 4, Обработку стали 45 вели инструментами из твердого сплава Т5К10, Точка пересечения кривых Яц =f(T), L =f(T) соответствует темйературе, равной 325 С.

Интенсивность износа сплава Т5К10 при этой температуре составляет 70 мкм/км, что

1754419 г ь «е »» е к, хмвй

1 о

j Температура, С. Марка матери., ала

54,75, 39,25

28,6

21,25

ВК8

54,25

38,5

27,8

50,00 50,25 50,75 51,25 51,75 52,25 52,?5

33,6 34,00 34,75 35,5 36,75 37,0 36,75

22,35 23,0 23,8 24,6 25,4 26,2 27,0

12,0 12,5 13,75 15,0 16,25 17,5 18,75

Т5К1 0

Т15К6

ТН20

20,0

Углеродистая сталь 45

40,5 40,4 40,2 40,0 39,8 39,6 39,2 38,3 37,6

35,1 35,0 34,8 34,5 34„25 34,0 34,0 33,5 33,0

Легированные стали (30ХГСА) Высокохромистйе стали (20X13) 23,75 23,8 24,15 24,5 24,8 25,0 25,2 25,4 25,6 соответствует оптимальной скорости резания, равной 0,6 м/с, Пример 5. Обработку стали ЗОХГСА проводили инструментом, оснащенным . твердым сплавом Т5К10. Точка пересечения 5 кривых А> =f(T), =т(Т) соответствует температуре 110 С. 3io малые скорости резания, которые не соответствуют наибольшей производительности., Пример 6, Обработку стали ЗОХГСА 10 проводили инструментом, оснащенным твердым сплавом Т15К6. Точка пересечения кривых Ло =f(T), Q =f(T) соответствует тем-, пературе 590 С, Интенсивность износа при этой температуре сплава Т15К6 составляет 15

40 мкм/км, что соответствует оптимальной скорости резания равной 1,8 м/с.

Пример 7. Обработку стали ЗОХГСА проводили инструментом, оснащенным безвольфрамовым твердым сплавом ТН20. 20

Точка пересечения кривых 4 =f(T),i4 =f(T) соответствует температуре 700 С. Интенсивность износа при этой температуре сплава ТН20 составляет 30 мкм/км, что соответствует оптимальной скорости резания, 25 равной 2,1 м/с.

Пример 8. Обработку стали 20Х13

: проводили инструментом, оснащенным твердым сплавом Т5К10. Точки пересечения

:: кривых i4 =f(T), i4 =1(Т) нет; поэтому мини- 30 мум интенсивности износа сбответствует

: малым скоростям резания.

Пример 9. Обработку стали 20Х13 проводили инструментом, оснащенным

Изменение величины коэффициентов те сплавов и стали от темпе сплавом Т15К6. Точка пересечения кривых

Q=f(T), 4>=1(Т) соответствует температуре

300 С. Интенсивность износа при этой температуре составляет 42 мкм/км, что соответствует оптимальной скорости резания, равной 0,8 м/с.

Пример 10. Обработку стали 20Х13 проводили инструментом, оснащенным безвольфрамовым твердым сплавом ТН20. Точка пересечения кривых A =f(T), i4 =f(T) соответствует температуре 575 С. Интенсивность износа при этой. температуре составляет 10 мкм/км, что соответствует оптимальной скорости резания, равной 1,6 м/с.

Таким образом, опредегение оптимальной скорости резания более точйое по предлагаемому способу.

Формула изобретения

Способ управления обработкой резанием, включающий измерение температуры в зоне резания при различных скоростях резания и соответствующее изменение скорости резания; отличающийся тем, что, с целью повышения точности обработки, оп- . ределяют изменение величин коэффициентов теплопроводности инструментального и обрабатываемого материалов при различных значениях температуры, и обработку детали производят при значении скорости резания, соответствующей температуре, . при которой величины коэффициентов теплопроводности инструментального и обрабатываемого материалов равны, Та блица плопроводнОсти Я, Вт/м ° К) твердых ратуры (Т, С) 1754419

Продолжение табл.1

° «««е К «»

«« ° ее« а

° » »» «« «°

° »

«1 «

Марка материала

«а ° »«ю«ее» ю«««»» « а ае««»«» «в»«а «»««ее«ее«а

450 500 550 600 650 700 750 800

«» еа ° «е»е»

55,25 55,75 56,25 56,75 57,25 57,75 58,25 58,75

40,0 40,75 41,5 42,25 43,0 43.75 44,5 45,75

29,4 30,28 31,0: 31,8 32,6 33,4 34,2 35,0

22,5 : 23,75 25, 0 26 75 27 5 28 75 30,0 31125

37,0 36,4 .35,7 35.0 33,8 32,5 31,25. 30,0

» «а а«е

ВК8

Т5К10 T15K6

ТН20

Углеродистая сталь 45

Легированные стали (30ХГСА) а

32,6 32,0 .. 31,8 30,75 29,2 28,7 27,75 26,75

Высокохромис.. тые стали (20Х13) 25,6 25з6 . 25 6 25,6 25 6 25 6 . 25 зб 25зб юввв««»вмю«Ь «аемюве «ювввввмюввв»ем»в»ма«в«в«««в««а«ею«аеюююю«юееаее«юмюаев е табянцй 2

Изнзнанна таняаратурй разання бт скаростб аяя р»зяйнного сочзтання контактнруп нх нар

«ак«е+ аав / ««ъ «з««««м т, м/с е ««««« «« ««««« е ае 2 ° 75 В ° 0 3 ° 25 3е5 Зе75 4,0 е к к е а«««««««е «« «««««««

Табакова 3

Зазнснность ннтанснзностн намаза фт тeweратурм разання (Т . нкнlкн)

Нарна стаям ..: .: . . ; Т, с а «е а ааа« «ак«««ьа«е «

200 250 300 35О 400 450 500 550 600 650 700 750 800 650 900 Сталь 45 . 80 70 УО 71 У2 73 75 78 82 90 140 240 зохгся 62 . 61 бо 61 62: Бз . 64 65 66 Уо &d »0 145 180

20х13 50 60 68 80 . 108" 120 Г50 210

Стапь 45 76 72 72 70 71 72 76 : 76 78 80 90 200

ЗОХГСЗ 60 61 62 63 64 65 66 67 66 69 70 75 96 130 182

20Х13 58 . 65 72 75 80 90 95 - " 140 190 240 . Сталь 45 80 88 97 199 97 94 90 80 70 б6 68 60 . 180

ЗохгСА " 73 74 75 76 77 6У 56," 48 40 41 44 56 60. 80 160

20Xl3 70 56 42 Ь2,5 43 50 60 70 100 150 200

Сталь 45 . 90 95 . 105 110 105 98 90 68 42 37 32 30 . 630 . 30xiCA 80 90 95 100 100 98 88 78 68 55 31 30 35 40 80

20х 13 75 60 85 60 50 30 15 10 18 20 40 60 140

Нарна zsepacro снлаз

Т5810

215К6

14зрка Нарна сталн таерун р

«аа

Стань 45

888 Захгся

20213

Сталь 45

ТЗК!О ЗОХГСА

20Х13

С.акр 45

Т15кб 30xrCa

20Х13

Сталь 45

Т1ЙО ЗОХГСА

20Xl3

0,.25 О 5,0,75 1,0 1,25 1,.5 1,75 2,0 2,25 2,5 ай а««а « «ай ««

250 310 390 480 535 585 645 665 685 700

220 450 510 575 620 660 700 720 750 720

250 310 375 ь10 650 490 530 s/o 600 630

250 320 390 480 520 560 620 680 700 710

220 460 520 580 630 670 710 735 760 790

250 330 370 410 450 490 53В 570 605 645

250 330 410 490 540 585 635 690 710 725

220 400 510 570 580 600 &30 730 775 800

250 270 340 Ь25 468 510 555 595 БЬО 680

250 340 430 5IÎ 560 605 655е 710 730 745

220 410 580 640 680 &90 780 740 790 810

250 39О 480 49о 540 БОВ . 600 650 682 715

У25

Bid

740

725 745 750

830 650 870

687 705 722

740 752 760

840 660 880

705 725 75О

750 760 768

840 860 880

72S 745 765

770 760 788

650 870 890

765 785 805

755 760

890 910

740 750

765 770

900 920

760 785

775 785

800 920

780 795

795 800

920 930

812 620

1754419

Таблица 4

Результаты проведения испытаний,Оптимальная скорость резания

V, м/с, определенная по различным способам

Марка стали

Марка твердого сплава

Температура структурнофазового (4 g) пре вращения, С

Прототип Базовый Предлагаемый

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

ЕК8

Т5140

T.1 5К6

ТН20

<о

)О о

Ю. с ьо

)i Ч, И 2ь 35 .Ч(с

Составитель Е. Уткин

Техред M.Mîðãeíòàlt Корректор А.Козориз

Редактор А. Лежнина Заказ 2852 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-Э5, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательскии комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Га арина, 101

30Х ГСА

20Х13

ЗОХГСА

20Х13

30ХГСА

20Х13

30ХГСА

20Х13

820 .

8.110

860

3,0

3,0

4,85

4,5

2,85

4,25

4,2

2,85

4 54,5

2,75

4,5

0,6

0;3

0,3

1,8

1,8

0,8

2,6

2 1

1,6

0,6

0,3

0,3

1,82

1,8

0,8

3,6

2,1

1,6