Способ определения критической температуры резания

Способ заключается в том, что проводят сокращенные испытания стойкости инструмента на различных скоростях резания, при которых не доводят инструмент до полного затупления, и строят графики зависимостей h3=ƒ(l), где h3 - величина износа инструмента по задней поверхности; f(l) - функция от пути резания. При этом о критической температуре резания судят по наибольшей скорости, при которой интенсивность износа остается постоянной на всей длине пути резания, включая зону приработочного износа, а зависимость h3=ƒ(l), становится прямолинейной по отношению к осям hз и l. 6 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к обработке материалов резанием, и может быть использовано в автоматизированных системах управления станками и при исследованиях процессов изнашивания лезвийных инструментов.

В процессе резания вследствие превращения механической энергии в тепловую со стороны детали на инструмент действует мощный тепловой поток, в результате чего на передней поверхности инструмента устанавливается весьма высокая температура θ=800÷900°С. Из-за интенсивного разогревания контактные поверхности инструмента теряют свою исходную твердость, размягчаются и быстро изнашиваются.

Одним из основных требований, предъявляемых к инструментальному материалу, является его высокая теплостойкость. Под теплостойкостью инструментального материала понимают способность материала сохранять при нагреве твердость, достаточную для осуществления процесса резания. Теплостойкость является важнейшим показателем качества инструментального материала, так как для инструмента важна не только исходная твердость, но и то, как эта твердость сохраняется при нагревании инструмента в процессе резания. Теплостойкость инструментального материала при резании можно характеризовать так называемой критической температурой. Эта температура, устанавливающаяся в процессе резания, при которой инструментальный материал еще не теряет своих режущих свойств, и инструмент, из которого он изготовлен, способен резать (Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. М.: «Машиностроение», 1975.-12 с.).

Известен способ определения величины температурного поля, температуры в зоне резания и характера ее распределения в обрабатываемом материале с помощью искусственной термопары, заключающийся в осциллографировании ее выходного напряжения (патент РФ №2287787, G01K 7/04, 20.11.2006), по которому в процессе резания инструмент непрерывно подают до соприкосновения с термопарой, установленной в обрабатываемом материале, по осциллограмме определяют предварительную величину температурного поля, которую затем увеличивают на размер спая термопары, и аппроксимирующую характер распределения температуры в обрабатываемом материале функцию, а для определения температуры в зоне резания функцию экстраполируют от точки соприкосновения инструмента с термопарой до места перехода термоэлектродов в спай.

Недостатком аналога является невысокая точность определения температуры резания и ограниченные функциональные возможности способа.

Известен способ определения средних температур площадок контакта обрабатываемого материала с передней и задними поверхностями токарного резца и их протяженностей (патент РФ №2278001, В23В 1/00 G01N 3/58, 20.06.2006), включающий периодическое многократное измерение показаний термоэлектродвижущей силы (ТЭДС) естественной термопары «обрабатываемый - инструментальный материалы» при обработке на принятом режиме и продолжительности резания до каждого момента измерения ТЭДС, по которому ТЭДС измеряют на резце в процессе его изнашивания на всем периоде стойкости в следующей последовательности: предварительно измеряют величину ТЭДС при работе двух аналогичных исследуемому по инструментальному материалу и геометрическим параметрам резцов с различными заранее известными приработанными к режиму фасками износа, по полученным значениям ТЭДС при известных фасках износа фиксируют время достижения этих уровней температуры в процессе изнашивания исследуемого резца и измерения показаний ТЭДС на нем, по программе рассчитывают не меняющиеся на периоде стойкости средние значения протяженности контакта стружки с передней гранью резца и уровня ТЭДС на ней, определяют стабилизированный по ТЭДС диапазон фасок износа и рассчитывают значение ТЭДС на нем, на нелинейных участках кривой нарастания фаски износа по времени во всех измеренных точках рассчитывают величину фаски износа и среднюю температуру этой фаски, по полученным данным формируют графики изменения фаски износа в виде кинетической кривой изнашивания, средней температуры на ней интенсивности изнашивания от времени работы резца.

Известен способ ускоренного определения оптимальных режимов нестационарного резания (патент РФ №2207935, В23В 1/00, 10.07.2003), при котором на выбранном сечении среза при постоянной для всех скоростей длине резания измеряют термоэлектродвижущую силу (ТЭДС), определяют значение отношения изменения ТЭДС к изменению пути резания dE/dl и определяют скорость резания как минимум отношения dE/dl, согласно которому по полученным результатам вычисляют размеры пятна контакта по передней и задней поверхностям резца по формулам.

Недостатками аналогов являются ограниченные функциональные возможности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ определения предельного состояния инструмента в процессе резания при проведении температурных испытаний (Лоладзе Т.Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента. - М.: Машиностроение, 1982.-320 с. (с.112,114-115), по которому его оценивает по коэффициенту запаса формоустойчивости режущего клина.

n T H V И 9 τ Ф 2 + τ К 2 H V И H V с т р 2 + H V К 2

где

HVИ - твердость инструментального материала в контактных слоях при температуре резания;

HVстр - твердость стружки;

HVК - твердость пластически деформируемых контактных слоев обрабатываемого материала вдоль задней поверхности;

τф - касательное напряжение по условной плоскости сдвига;

τк - средняя величина напряжений сдвига.

В процессах обработки с повышением режимов, особенно скорости, возрастает температура резания и понижается твердость контактных слоев инструментального и обрабатываемого материалов, тогда как τФ изменяется незначительно. Поэтому из выражения следует, что пластическая прочность инструментального материала определяется главным образом температурной зависимостью твердости инструментального материала и твердостью обрабатываемого материала в зоне стружкообразования.

Для определения критического значения θкр температуры строят зависимости nТ(θ), по которым θкр определяется при n≥1÷1.4.

Недостатками аналога являются невысокая точность определения температуры резания и ограниченные функциональные возможности способа, обусловленные тем, что формоустойчивость режущей кромки является необходимым, но недостаточным условием нормальной эксплуатации инструмента, т.к. инструмент должен обладать еще и достаточной износостойкостью.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей, позволяющих определять критическую скорость резания, при превышении которой начинается интенсивный износ режущего инструмента.

Техническим результатом является определение критической скорости резания, при превышении которой начинается интенсивный износ режущего инструмента.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения температуры резания, характеризующимся тем, что проводят сокращенные испытания стойкости инструмента на различных скоростях резания, при которых не доводят инструмент до полного затупления, и строят графики зависимостей h3=f(l),

где

h3 - величина износа инструмента по задней поверхности;

f(l) - функция от пути резания;

при этом о критической температуре резания судят по наибольшей скорости, при которой интенсивность износа остается постоянной на всей длине пути резания, включая зону приработочного износа, а зависимость h3=f(l) становится прямолинейной по отношению к осям h3 и l.

Существо изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена схема определения критической скорости и температуры резания.

На фиг.2 показана схема изменения влияния длины пути резания на износ резца ВК60М с ростом скорости резания при точении сплава ХН73МБТЮ-ВД на величине подачи S=0,11 мм/об и глубины резания t=0,5 мм.

На фиг.3 показана схема изменения влияния длины пути резания на износ резца ВК60М с ростом скорости резания при точении сплава ХН73МБТЮ-ВД на величине подачи S=0,21 мм/об и глубины резания t=1,0 мм.

На фиг.4 показана схема изменения влияния длины пути резания на износ резца ВК60М с ростом скорости резания при точении сплава ХН73МБТЮ-ВД на величине подачи S=0,34 мм/об и глубины резания t=2,0 мм.

На фиг.5 показана схема изменения влияния длины пути резания на износ резца ВК6М при точении сплава ХН67МВТЮ в режиме постоянства температуры резания (-θ=550°C -θ=620°C -θ-700°C -0=870°C).

На фиг.6 показана схема изменения влияния длины пути резания на температуру резания и износ резца ВК8 с ростом скорости резания при точении стали ХН35ВТЮ-ВД.

Характерная кривая износа задней поверхности инструмента состоит из трех более или менее отчетливо выраженных участков (фиг.1):

ОА - период приработки;

АВ - нормального изнашивания инструмента;

ВС - катастрофического изнашивания инструмента.

При средних скоростях резания период нормального изнашивания может составлять до 85÷90% периода стойкости. По мере увеличения скорости резания период нормального изнашивания сокращается и при очень высоких скоростях становится настолько малым, что после периода приработки наступает период катастрофического изнашивания.

Анализ экспериментальных кривых износа hЗ=f(l), полученных при различных скоростях резания, показывает, что эти кривые могут иметь как различные величины приработочного износа, так и различные направления кривизны (выпуклость или вогнутость) по отношению к осям hЗ и l. Причем при определенных скоростях резания кривая hЗ=f(l) вырождается в прямую линию с постоянным углом наклона (равным интенсивности изнашивания) к осям hЗ и l на всей длине пути резания до принятого критерия затупления hЗ, включая зону приработочного износа (фиг.1, кривая 2). Температура, соответствующая появлению прямолинейной зависимости 2, может быть принята в качестве критической температуры резания.

Пример конкретной реализации способа

Известно, что температура резания оказывает существенное влияние на износостойкость инструмента, т.е. износ является термически активированным процессом, а следовательно, обладает определенной энергией активации.

Появление критических скоростей и температуры резания связано с динамическими коэффициентами запасаемой в поверхностных слоях инструмента скрытой (поглощенной) энергии, снижающей контактную или поверхностную прочность инструментального материала. При усталостном характере изнашивания поверхностей режущей части инструмента сказывается изменение соотношения нормальных и касательных напряжений в контакте, возникновение различных механизмов зарождения трещин, а следовательно, и не пропорциональное изменение времени до разрушения образцов при повышении температуры испытания. Вполне очевидно, что температурный диапазон Θ0кр полностью определяет область рационального использования какой-либо марки твердого сплава при обработке резанием данного обрабатываемого материала и может служить одним из критериев обрабатываемости этого материала.

На фиг.2, 3, 4 показано влияние длины пути резания на температуру резания и износ резца ВК60М с ростом скорости резания при точении сплава ХН73МБТЮ-ВД на различных сочетаниях подачи и глубины резания.

Анализ кривых износа hЗ=f(l), полученных при различных скоростях резания для различных сочетаний элементов срезаемого слоя, показывает, что при определенных скоростях резания:

V=50 м/мин, S=0,11 мм/об, t=0,5 мм;

V=35 м/мин, S=0,21 мм/об, t=1,0 мм;

V=28 м/мин, S=0,34 мм/об, t=2,0 мм

кривые hЗ=f(l) вырождаются в прямую линию с постоянным углом наклона к осям hЗ и l. Эти скорости и соответствующие им температуры резания принимаем в качестве верхней границы износостойкости инструмента, считая это предельным случаем резания, так как работа на скоростях выше указанных делает процесс износа резца «нестационарным» с самого начала.

На фиг. 5 и 6 показано влияние длины пути резания на износ резцов из различных инструментальных материалов (ВК6М, ВК8) при точении материалов различных групп обрабатываемости (сплава ХН67МВТЮ и стали ХН35ВТЮ-ВД). Приведенные данные свидетельствуют о возможности распространения заявляемого способа определения критической температуры резания на различные группы инструментальных и обрабатываемых материалов, в т.ч. при обработке в режимах постоянства скорости резания и постоянства температуры резания.

На основании вышеизложенного, предложен способ определения критической температуры резания, как верхней границы возможного использования инструмента, предусматривающий проведение сокращенных стойкостных испытаний и построение графиков зависимостей h3=f(l) и Θ=f(l), на различных скоростях резания, соответствующих температурам Θ0〉Θкр, не доводя инструмент до полного затупления. О критической температуре в этом случае судят по наибольшей температуре, при которой интенсивность износа еще остается постоянной на всей длине пути резания, включая период приработки, а зависимость h3=f(l) вырождается в прямую линию, т.е. становится линейной.

Итак, заявляемый способ позволяет расширить функциональные возможности определения скорости резания за счет возможности определять критическую скорость резания, при превышении которой начинается интенсивный износ режущего инструмента.

Способ определения критической температуры резания, характеризующийся тем, что проводят сокращенные испытания стойкости инструмента на различных скоростях резания, при которых не доводят инструмент до полного затупления, и строят графики зависимостей h3=ƒ(l),
где
h3 - величина износа инструмента по задней поверхности;
f(l) - функция от пути резания;
при этом о критической температуре резания судят по наибольшей скорости, при которой интенсивность износа остается постоянной на всей длине пути резания, включая зону приработочного износа, а зависимость h3=ƒ(l), становится прямолинейной по отношению к осям hз и l.



 

Похожие патенты:

Способ включает подвод импульсного электрического тока при плотности тока в диапазоне от 10 до 700000 А/см2 и длительности его импульсов от 10 до 7000 мкс. Режущий инструмент содержит режущую часть, изолированную от прохождения через нее электрического тока посредством диэлектрических прокладок, имеющих механические свойства при высоких температурах до 1500 градусов.

Способ включает предварительное позиционирование резца и фиксирование его в резцедержателе, затем перемещение центра поворота резца по траектории, сформированной перпендикулярами равной длины, спроецированными на касательную к обрабатываемой поверхности в точке нахождения вершины резца.

Способ характеризуется тем, что для пары инструмент-деталь при различных скоростях резания v определяют тангенциальные силы резания Pz, флуктуации тангенциальных сил резания P ˜ z , флуктуации скорости резания υ ˜ и переменную термоЭДС ε ˜ , а в качестве критерия оптимальной скорости резания используют мощность флуктуаций N ˜ = P ˜ z υ ˜ или коэффициент использования мощности флуктуаций K N = N ˜ N ¯ = P ˜ z υ ˜ P z υ , или аналог производства энтропии от тепловых процессов на контакте S ˜ = P ˜ z υ ˜ ε ˜ , при этом значение оптимальной скорости резания, соответствующей минимальной интенсивности изнашивания инструмента, определяют по максимальному значению мощности флуктуаций, полученной на кривой изменения комплекса мощности флуктуаций или по точке перелома коэффициента использования мощности флуктуаций, полученного на кривой изменения комплекса коэффициента использования мощности флуктуаций или по минимальному значению параметра аналога производства энтропии от тепловых процессов на контакте, полученного на кривой изменения комплекса аналога производства энтропии от тепловых процессов на контакте.

Изобретение относится к области технологии машиностроения и может быть использовано для получения сквозных отверстий малого диаметра в деталях из цветных металлов и их сплавов.

Способ включает выполнение пробных проходов в заданном диапазоне режимов резания, получение пробных стружек, по параметрам которых определяют значение оптимальных режимов резания.

Способ обработки резанием включает движение инструмента с установленным в гнезде его корпуса режущим элементом, имеющим режущее лезвие, относительно обрабатываемой детали в направлении главного движения и продольную подачу инструмента.
Изобретение относится к способу обработки сопрягаемых и торцевых поверхностей ствольной коробки стрелкового оружия под взаимодействие с сопрягаемыми и торцевыми поверхностями затвора.

Изобретение относится к области металлообрабатывающей промышленности и может быть использовано для высокоскоростной обработки труднообрабатываемых материалов с повышенным качеством обрабатываемых поверхностей.

Способ относится к твердосплавным режущим инструментам группы применяемости Р в виде режущих пластин и заключается в том, что проводят измерения температуры в зоне рабочего контакта твердый сплав - обрабатываемый материал при различных скоростях резания с построением графической зависимости.

Способ включает прорезание канавок в заготовке с использованием режущей пластины, покрытой по передней поверхности КНБ, со скоростью резания, составляющей от 200 до 500 м/мин, и направление одного или более потоков охлаждающей текучей среды на обратную поверхность стружек, причем один или более потоков охлаждающей текучей среды направляют через внутренние каналы режущей пластины вверх и наружу к области взаимодействия между режущей кромкой режущей пластины и заготовкой под давлением не менее 200 бар для ограничения длины стружек.

Изобретение относится к области обработки металлов резанием, в частности к способу определения оптимальной скорости резания при обработке жаропрочных сплавов на никелевой основе для твердосплавного инструмента. По результатам кратковременных испытаний определяют температуру резания, при которой происходит изменение вида стружки из сливной в элементную. На графике зависимости температуры резания от скорости резания по этой температуре определяют оптимальную скорость резания. Технический результат заключается в сокращении трудоемкости определения оптимальной скорости резания на основе стандартных кратковременных испытаний при обработке жаропрочных сплавов на никелевой основе для твердосплавного инструмента. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для определения оптимальной скорости резания при работе на выбранном технологическом оборудовании. Согласно изобретению осуществляется предварительная обработка заготовки при разных скоростях резания с записью сопровождающих вибраций и с последующим выделением посредством полосовых фильтров высокочастотной и низкочастотной составляющих вибраций и определением амплитудных значений указанных составляющих. За величину оптимальной скорости резания принимают значение скорости, при которой отношение упомянутых значений амплитуд высокочастотной составляющей к низкочастотной минимально. 3 ил.

Способ включает вращение обрабатываемой детали, поступательное перемещение резца, выполненного с подвижной режущей частью, упругими элементами и неподвижной частью, с обеспечением колебательного синусоидального перемещения подвижной режущей части резца под действием сил резания, воздействующих на колебательный контур, образованный подвижной частью резца, упругими элементами и неподвижной частью с использованием элементов качения. Для повышения точности и производительности обработки и повышения стойкости инструмента за счет исключения его нагрева в качестве элементов качения используют два опорных ролика, установленных в контакте с подвижной частью резца. Вибрационный резец содержит корпус с крышкой и подвижную часть с режущей пластиной, комплект упругих элементов, связывающих подвижную часть резца с корпусом и крышкой с образованием колебательного контура, и элементы качения, при этом упругие элементы размещены между подвижной частью резца и корпусом со стороны, противоположной направлению резания. Для достижения того же технического результата элементы качения выполнены в виде двух опорных роликов, установленных в контакте с подвижной частью резца и размещенных между подвижной частью резца и корпусом с крышкой. 2 н. и 6 з.п. ф-лы., 3 ил.

Способ точения поверхностей, при котором изделию сообщают вращение и обрабатывают перемещающимся в осевом направлении лезвийным инструментом с режущей пластиной, закрепленной в инструментодержателе, при выбранных параметрах режима точения, отличающийся тем, что предварительно устанавливают численные значения постоянных зависимости стойкости режущей кромки пластины от скорости съёма материала, с учетом которых определяют значение оптимальной скорости съема материала и выбирают сочетание управляемых параметров режима точения, обеспечивающих найденное значение оптимальной скорости съема материала. 1 табл.

Способ включает механическое воздействие на деталь резца в процессе их взаимного перемещения и подачу в зону резания озонированного воздуха под давлением посредством сопла, размещенного на расстоянии 10 мм от передней поверхности резца. При этом продольную ось сопла располагают в плоскости главной задней поверхности резца под углом 70-80° к его главной режущей кромке, а озонированный воздух подают непосредственно на главную режущую кромку резца. Технический результат: повышение износостойкости инструмента, производительности и качества обработки. 1 ил., 2 пр.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при обработке глубоких отверстий в трубных заготовках. Обработку осуществляют устройством, содержащим борштангу с режущим инструментом, расположенную на эксцентричных подшипниках в пиноли с режущими и дорнующими зубьями, которую базируют перед подачей рабочей среды в исходном положении во входном люнете. Обрабатываемую заготовку зажимают между внутренними торцами входного и выходного люнетов соосно с ними. Перед началом обработки на внутренних торцах люнетов выполняют центрирующие фаски, а на торцах трубной заготовки выполняют ответные фаски, которые совмещают и уплотняют. На внешних торцах входного и выходного люнетов устанавливают заглушки для создания единой герметичной полости. Рабочую среду подают через дроссели во время прямого рабочего хода во входной люнет, совмещая вращательное и поступательное движение борштанги с ее планетарным движением вокруг оси пиноли. Во время обратного рабочего хода рабочую среду подают в выходной люнет. Повышается точность и качество обработанной поверхности, надежность процесса обработки за счет улучшения стружкоотвода. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области металлообработки и может быть использовано при обработке пластичных материалов по схеме несвободного резания. Осуществляют обработку пластичных материалов лезвийным инструментом с принудительным отводом стружки путем приложения тянущего усилия к стружке. Тянущее усилие к стружке прикладывают в зоне ее контакта с лезвием инструмента в направлении, увеличивающем естественный угол схода стружки по передней поверхности лезвия. В результате обеспечивается повышение качества обработанной поверхности и снижение силы резания.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам поверхностного упрочнения с получением закалочных структур. Для повышения износостойкости деталей машин из закаливаемых металлов, преимущественно из железоуглеродистых сплавов, и создания на поверхности детали полностью или частично закаленного поверхностного слоя с однородными свойствами по его толщине инструментом в виде резца, имеющим режущую и деформирующую кромки послойно подрезают поверхностный слой детали с сохранением его механической связи с деталью по своей узкой стороне, при этом пластически деформируют подрезанные слои рабочими поверхностями инструмента, после чего подрезанные слои укладывают на деталь деформирующей кромкой инструмента. В процессе подрезания поверхностного слоя, его пластического деформирования и трения об инструмент, соответствующим выбором геометрических параметров инструмента и технологических параметров обработки достигают нагрева подрезанного слоя выше температур фазовых превращений для данного обрабатываемого материала. Охлаждение подрезанного слоя осуществляется кондуктивным теплоотводом в заготовку или охлаждающими технологическими средами. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

Способ включает построение графика температурной зависимости структурно-чувствительной характеристики пластин по результатам кратковременных испытаний в диапазоне от 400 до 1000°С и определение на нем характерного участка, соответствующего интервалу температур максимальной работоспособности. Для снижения погрешности измерений при определении температуры максимальной работоспособности в качестве структурно-чувствительной характеристики используют электрическую проводимость твердосплавной режущей пластины, а в качестве характерного участка на выявленной температурной зависимости принимают интервал температур, в котором электрическая проводимость минимальна. 1 ил.

Способ включает нагрев обрабатываемой поверхности заготовки пламенем газовой горелки перед обработкой по винтовой линии с последующим охлаждением и срезанием припуска. Для повышения надежности стружкодробления нагрев осуществляют до достижения в срезаемом слое температур, превышающих температуру полного фазового перехода Ас3 для обрабатываемой стали, с образованием неравновесной структуры при ее охлаждении. При этом ось факела пламени горелки располагают по касательной к обрабатываемой поверхности и параллельно углу наклона и главному углу в плане главной режущей кромки в плоскости передней поверхности режущего инструмента. 4 ил.

Способ заключается в том, что проводят сокращенные испытания стойкости инструмента на различных скоростях резания, при которых не доводят инструмент до полного затупления, и строят графики зависимостей h3ƒ, где h3 - величина износа инструмента по задней поверхности; f - функция от пути резания. При этом о критической температуре резания судят по наибольшей скорости, при которой интенсивность износа остается постоянной на всей длине пути резания, включая зону приработочного износа, а зависимость h3ƒ, становится прямолинейной по отношению к осям hз и l. 6 ил.

Наверх