Способ определения оптимального коэффициента трения на задней поверхности резца

 

Изобретение относится к обработке металлов резанием. Сущность изобретения заключается в предварительном определении величины номинальной микротвердости на глубине равной толщине срезаемого слоя, в последующей механической обработке с измерением величины нагрузки на ролик от рабочей до нуля с одновременным замером микротвердости обкатанной поверхности и по полученным значенияг/Гстроят график зависимости микротвердости обкатанной поверхности от величины нагрузки на ролик HV f(Pi)n по этому графику определяют величину номинального давления, а по полученному значению из графика зависимости коэффициента трения на задней поверхности резца от давления на ролик определяют оптимальный коэффициент трения на задней поверхности резца. 10 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 23 В 1/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4794435/08 (22) 22.02.90 (46) 15.10.92, Бюл. % 38 (71) Могилевское отделение Физико-технического института АН БССР (72) B.Н.Подураев, Г.Ф.Шатуров и В.B.Войтов (56) Авторское свидетельство СССР

N 1207632, кл. В 23 В 1/00, 1984. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО КОЗФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ НА 3АДНЕЙ ПОВЕРХНОСТИ РЕЗЦА (57) Изобретение относится к обработке металлов резанием. Сущность изобретения заключается в предварительном определении

Изобретение относится к металлообработке и может быть использовано при экспериментальных исследованиях по определению оптимальных условий работы инструмента.

Известны способы определения сил и коэффициента трения на задней поверхности резца.

Недостатком известных способов является их малая точность при исследованиях обработки резанием с ОПД.

Из известных способов обработки наиболее близким по технической сущности я вляется способ экспериментального определения сил и коэффициента треййя на задней поверхности резца, названный как метод экстраполяции силовых зависимостей на нулевую толщину срезаемого слоя.

Метод основан на том, что измеряют составляющие силы резания при уменьшений сре,,5U „, 1768352 А1 величины номинальной микротвердости на глубине равной толщине срезаемого слоя, в последующей механической обработке с измерением величийы йагрузки на ролик от рабочей до нуля с одновременным замером микротвердости обкатанной поверхности и по полученным значениям строят график зависимости микротвердости обкатанной поверхности от величины нагрузки на ролик

XV = 1(Р )и по этому графику определяют величину номинального давления, а по полученному значению из графика зависимости коэффициента трения на задней поверхности резца от давленйя на ролик определяют оптимальный коэффициент трения на задней поверхности резца. 10 ил. заемого слоя. По результатам измерений строят график зависимости сил от толщины среза "а" и по графику определяют силы, действующие на задней поверхности резца, при толщине среза равной нулю. По известным силам (нормальным 01 касательным к задней поверхности резца) находят коэффициент трения на задней поверхности резца.

Недостатком известного способа является то, что он не учитывает"разную твердость обрабатываемого материала по толщине срезаемого слоя при обработке с ОПД. Зтим самым вносйтся большая погрешность в определяемую величину . "

Целью изобретения является повышение точности определения коэффициента трения на задней йоверхности резца при обработке резанием с ОПД.

Указанная цель достигается тем, что определяют коэффициент трения и поверхно1768352 роликом слоя металла по глубине (кривая 1) 35 и график изменения поверхностной микро40

50

55 стную твердость упрочненной поверхности при уменьшении давления на ролик от оптимального до нуля, после чего строят графики изменения коэффициента трения и поверхностной твердости.от давления, а искомый коэффициент трения на задней поверхности резца при резании с ОПД определяют, Qcrldльзуя указанные графики, исходя йэ одйнаковостй "указанных коэффициейтов трейия при равенстве твердостей металла, распомОЖенного на глубине лезвия резца и на наружной поверхности.

На фиг.1 изображена схема токарной обработки резанием с ОПД поверхности резания; на фиг,2 сечение N-N на фиг.1; на фиг,3 — схема обработки резанием свободным строганием с ОПД необработанной поверхности; на фиг.4 — график изменения твердости упрочняемого роликом слоя металла по глубине в направлении перпендикулярным обрабатываемой поверхности, т.е. в направлении дейст"вия силы от рблика; на фиг.5 .— график изменения поверхностной твердости материала при уменьшении давления на ролик от оптимального нуля; на фиг.6 — график изменения коэффициента трения на задней поверхности резца в зависимости от давления на ролик, определенного на нулевую или близкую к ней толщину среза; на фиг.7- график изменения коэффициента трения на задней поверхности резца при резании с ОПД в зависимости от глубины расположения лезвия; на фиг.8 — график изменения микротвердости уп рочненного твердости металла от давления на ролик (кривая 2) для сплава ВТО; на фиг.9 — график изменения коэффициента трения на задней поверхности резца в зависимости от давления на ролик Pi для сплава ВТО; на фиг,10— график изменения коэффициента трения на .задней поверхности резца от глубины расположения лезвия при резании с ОПД сплава BTO.

Способ осуществляют следующим образом.

Резцом 1 обрабатывают деталь 2, снимая припуск глубиной t. Деталь 2 имеет скорость вращения V, а резец перемещается с подачей S (фиг.1). Одновременно вращающимся роликом 3 окатывают поверхность резания 4 с оптимальным усилием Р, направленным перпендикулярно поверхности резания 4, т.е. осуществляется процесс резания резцом 1 с ОПД поверхности резания

4. По известной методике onределяют характерйстйку наклейанного ролйком слоя металла, измеряют микротвердость в плоскости нормальной к поверхности резания

30 и по результатам измерений строится график (фиг.4) распределения микротвердости по глубине h в направлении действия контактной нагрузки P (фиг.1 и 2). Далее, используя, например, способ определения сил и коэффициента трения на задней поверхности по авт.св. N. 1207632 по кл. В 23 В

1/00, уменьшают давление P на ролик от оптимального до нуля. При каждом значении Pi P определяют поверхностную твердость металла на поверхности резания и по результатам измерений строят график (фиг.5) HV = f(PI); составляющие Рх, Ру, Р общей силы резания (фиг.1) и составляющие

Рх1, Ру1 и Pz1 силы Р1 на задней поверхности резца при нулевой или близко к нулевой толщине срезаемого слоя металла, фиксируемые в течение времени одного оборота детали приотключенной подаче станка S, в месте перегиба кривой изменения силы резания (см.авт. свид. N 1207632). По результатам йзмерения для каждого значения силы давления Р P на ролик определяют коэффициент трения на задней поверхности резца по зависимости

„,=ь

N (1) где F1 = Pz1cosQ + (Py1 созе +

+P>< sing )sina

N) = (Рх1з! и p + Py1cosp )созав Pz

F> и N< — касательная и нормальная силы на задней поверхности резца при нулевой или близкой к нулевой толщине срезаемого слоя металла соответственно; а- задний угол заточки резца (фиг.2). Затем строят график зависимости коэффициента трения на задней поверхности резца от силы давления Р на ролик,и1 = 1(Р() (фиг.6), определенного при нулевой толщине среза (или близкой к ней). Поскольку в реальном процессе лезвие резца находиться в металле на некоторой глубине hn = а, где а— толщина среза (а = Ssin p, где S — подача, р- главный угол в плане резца, (фиг.1), имеющего твердость HV i (фиг.4), не равную как твердости исходной поверхности НЧисх, так и твердости наружной упрочненной поверхности, то из графика фиг.5 определяем давление на ролик Pi = P1, при котором создается на поверхности резания твердость НЧ1, а из графика фиг.6 по значению усилия Р1 определяет коэффициент трения ,и1 на задней поверхности резца, соответствующий обработке наружной упрочненной поверхности резания. Тогда, считая, что силы и коэффициент трения на задней поверхности резца будут одинаковы при равенстве твердости металла, 1768352

15

25

35

45

55 расположенного на глубине лезвия hn = а и на наружной упрочненной поверхностй, йаходим коэффициент трения на задней поВЕрХНОСтИ рЕЗца,и,п =,и1 (фИГ.7) дЛя лезвия; расположенного на глубйне

h = пл = а, Аналогичным образом можно определить коэффициент трения на задней поверхности резца при расположении его лезвия на любом расстоянии h (фиг.7). Если

h> hy, где hy — глубина упрочнения металла от действия ролика, то,изп =,иисх, фисх— коэффициент трения на задней поверхности резца для исходной неупрочненйой поверхности, При h = 0 имеем реп =,иопт, т.е. самый наименьший (оптимальный) коэффициент трения, соответствующий Pl = Ропт (фиг.6, 7).

Рассмотрим другой вариант определения коэффициента трения при осуществлении способа резания с ОПД (фиг.3) на строгальном станке. Резец 1 обрабатывают деталь 2 свободным строганием, снимая припусктолщиной "а", Впереди резца1 вращающийся 3 ролик упрочняет необработанную поверхность 4 на глубину hy. Резец перемещается относительно детали со скоростью V. По известной методике определяют характеристику наклепанного роликом слоя металла, измеряя микротвердость в плоскости нормальной к поверхности 4 (в направлении действия силы P) и по результатам измерений строится график (фиг.4) распределения микротвердости по глубине слоя в направлении действия контактной нагрузки P (фиг.1). Далее, используя способ определения сил и коэффициента треййя на задней поверхности резца путем экстраполяции силовых зависимостей на нулевую толщину среза, определяем искомые характеристики при уменьшении давления на ролик от Pi = P до нуля, При каждом значении

Pi < P определяют поверхностную твердость металла на необработанной поверхности 4 (фиг.3) и по результатам измерений строят график (фиг.5)HV = f(Pi); общие соСтаВЛЯЮЩИЕ Py, Pz И СОСтаВЛЯЮЩИЕ Pó1 И Pr1 действующие на задней поверхности резца при нулевой толщине среза. По результатам измерений для каждого значения силы давления на ролик Pi< P определяют коэффициент трения на задней поверхности резца по зависимости

Р1=—

Р1

N1 (2) где F1 = Р 1соз а+ Py1sin а;

N1- Py1cos а - Pz1sin а, а — задний угол заточки резца; Р1 и

N1 — касательная и нормальная силы на задней поверхности резца при нулевой толщине срезаемого слбя. Затем строят график зависимости коэффициента трения на задйей поверхности резца, определенйого при нулевой толщине среза, от силы давленйя Pi на ролик,и1;. f(Pi) (фиг.6). Поскольку в реальном процессе лезвие резца находится в металле на некоторой глубине hri = а, где а — толщина среза, имеющем твердость

НЧ1 (фиг,4), то из графика фиг.5 определяет давление на ролик Pt = Р1, при котором

"создается Йа"ЙаЯЖйои поверхности твердость HV1, а из графика фиг.6 по значению усилия Р1 определяем коэффициент трения ,и1„на задней поверхности резца, соответствующий обработке наружной упрочненной поверхности. Тогда, считая, что силы и коэффициент трения на задней поверхности резца будут одинаковы йри равенстве твердостей металла, расположенного на глубине лезвия резца hn = а и на наружной упрочненной поверхности, находим коэффициент трения на задней поверхности резца,и„=,и1 (фиг.7) для лЕЗвия, расположенного на глубине h = а. Аналогичным образом находится,и,п при расположении лезвия при другом значении h.

Производйм обработку пластийы шириной b = 2 мм, длиной! = 50 мм на строгальном станке при свободном резании (фиг.3).

Углы резца it=0; у=23, а =7 . Материал детали: сплав титана BTO. Скорость резания V = 5,5 м/мин; давление на ролик P =

4,67 кН, толщина среза а = 0,37 мм. Определим коэффициент трения на задней поверхности. Вначале определяем значение микротвердости обкатанной роликом поверхности в плоскости действия нагрузки

Р = 4,6 кН, Микротвердость измеряем по известной методике с помощью микротвердомера ПМТ-3 при нагрузке 50 г. Плоскость шлифа располагалась нормально к скорости резания и упрочненной поверхности образца (фиг.3), По результатам ъ змерений строится график HV = f(h) распределения микротвердости по глубине (фиг.8 кривая 1).

Затем уменьшая давление на ролик Pi < Р производилась обработка образцов с определением сил на задней поверхности резца при экстрополяции сил на нулевую толщину среза и измерением твердости упрочненной роликом наружной поверхности. По результатам измерений строится график изменения микротвердости обкатанной роликом поверхности от нагрузки HV = f(Pi) (фиг.8, кривая 2), Кроме того, по формуле (2) вычислялся, а затем строился график зависимости коэффициента трения на задней поверхности в зависимости от давления на ролик Р! (фиг.9). Коэффициент трения на задней по1768352 верхности резца в реальном процессе резания с ОПД после этого находился в следующем порядке. На графике фиг,8 по значению

h = а = 0,37 мм определялось значение

НЧ1 = 197,3 кг/мм (точка d> фиг.8). Таким образом, твердость металла на глубине расположения лезвия равна HV< = 197,3 кгlмм .

Твердость HV1 = 197,3 кгlмм можно пол2 учить на необработанной поверхности после обкатывания роликом с Р = 1,68 кН (точка dz, фиг.8). Проводим прямую с ординатами HV = HV>, до пересечения с кривой

2 (фиг.8). Из графика,и1 = f(Pi) (фиг.5) находим, что давлению Pi = P = 1,68 кН соответствует коэффициент трения на заданной поверхности резца,и1 = 1,8 (точка do ). Исходя из равенства коэффициентов трения на задней поверхности резца при равенстве микротвердостей на упрочненной наружной поверхности в глубине расположения лезвия имеет исходную точку d< на кривой (фиг.10) с коэффициентом трения,изп =,и1

= 1,8. Аналогично можно найти коэффициент трения на задней поверхности резца при других толщинах среза или глубинах расположения лезвия. На основании этих вычислений построена кривая,и, = f(h) фиг.10. Отметим, что,и„, 2,13, à pm =

=0,90.

Предложенный способ определения коэффициента трения на задней поверхности резца при резании с ОПД дает возможность точного нахождения искомой величины. Это в свою очередь дает основание оценить оптимальность условий обработки и позволяет определить повышение износостойкости резцов, изнашиваемых обычно по задней поверхности, по сравнению с обработкой без ОПД и сравнить различные варианты работы с ОПД.

Способ прост в осуществлении. Испытания показали эффективность его приме5

40 нения при обработке металлов резанием с

ОПД.

Формула изобретения

Способ определения оптимального коэффициента трения на задней поверхности резца, по которому осуществляют обработку резанием с опережающим пластическим деформированием поверхности резания роликом, к которому нормально к этой поверхности приложена рабочая нагрузка, измеряют составляющие силы резания при уменьшении толщины срезаемого слоя и определяют эти составляющие и коэффициент трения на задней поверхности резца при нулевой или близко к ней толщине среза, строят зависимость микротвердости от глубины расположения слоев металла, расположенных по направлению действия нагрузки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения коэффициента трения на задней поверхности резца, предварительно по графику зависимости микротвердости от глубины расположения слоев металла определяют величину номинальной микротвердости на глубине, равной толщине срезаемого слоя, затем производят механическую обработку с изменением величины нагрузки на ролик от рабочей до нуля с одновременным замером микротвердости обкатанной поверхности и по полученным значениям строят график зависимости микротвердости обкатанной поверхности от величины нагрузки на ролик HV= т(Р), где Р - сила давления на ролик по этому графику определяют величину номинального давления, соответствующего номинальной микротвердости на глубине, равной толщине срезаемого слоя, а по полученному значению величины номинального давления из графика зависимости коэффициента трения на задней поверхности резца от давления на ролик определяют оптимальный коэффициент трения на задней поверхности резца, 1768352

1768352

1768352

1768352

1/

17

Составитель Г. Шатуров

Редактор К. Фельдман Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н. Милюкова

Заказ 3608 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101