Способ определения оптимальной скорости резания

Авторы патента:

Артамонов Евгений Владимирович (RU)

Васильев Дмитрий Вячеславович (RU)

B23B25/06 - измерительные, контрольные или установочные устройства, служащие для наладки, подачи, управления или наблюдения за режущими инструментами или обрабатываемыми изделиями (измерительные приборы или калибры G01B)

B23B1/00 - Токарная обработка; сверление (устройства для копирования или управления B23Q)

Владельцы патента RU 2535839:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный нефтегазовый университет" (ТюмГНГУ) (RU)

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 обработке металлов резанием, а именно к способам определения оптимальной скорости резания, обеспечивающей минимальную интенсивность износа и максимальную работоспособность твердосплавного режущего инструмента, и может быть использовано для назначения режимов резания при лезвийной механической обработке углеродистых и легированных сталей, жаропрочных сплавов и других металлов и сплавов в различных отраслях машиностроения.

Известны способы определения оптимальной скорости резания по графикам зависимостей различных параметров от скорости резания [А.с. СССР №841779, МКИ 3 В23В 1/00, А.с. СССР №1021519, МКИ 3 В23В 1/00, А.с. CCCP №1155361, МКИ 4 В23В 1/00, Пат. РФ №2173611, МПК 7 В23В 1/00]. Недостатком известных способов является остановка процесса резания для промежуточных измерений и применение дополнительных контролирующих приборов, приспособлений и методик.

Известен способ определения оптимальных скоростей резания для твердосплавного инструмента с использованием графика зависимости температуры резания при различных скоростях резания Θ=f(V) и температуры провала пластичности Θпп, полученных по результатам стандартных кратковременных испытаний образцов из обрабатываемого материала в широком диапазоне температур [А.с. СССР N 570455, МКИ 2 В23В 1/00].

Недостатком указанного способа является необходимость проведения сравнительно длительных измерений пластичности в широком диапазоне температур.

Наиболее близким по технической сущности является известный способ определения оптимальной скорости резания для твердосплавного инструмента [А.с. СССР №770661, МКИ 3 В23В 1/00, 15.10.80], заключающийся в том, что по результатам стандартных кратковременных испытаний образцов из обрабатываемого материала определяют температуру, при которой происходит изменение "температурного коэффициента" твердости обрабатываемого материала. С помощью кратковременных температурных испытаний находят зависимость температуры резания от скорости резания θ=f(V). По температуре, при которой происходит изменение "температурного коэффициента" твердости обрабатываемого материала на графике θ=f(V), определяют значение оптимальной скорости резания.

Однако трудоемкость указанного способа высока ввиду необходимости проведения кратковременных температурных испытаний для каждого нового обрабатываемого материала.

Предлагаемое изобретение решает задачу сокращения трудоемкости определения оптимальной скорости резания на основе стандартных кратковременных испытаний.

Техническим результатом изобретения является снижение трудоемкости способа, определения оптимальной скорости резания.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения оптимальной скорости резания при обработке жаропрочных сплавов на никелевой основе для твердосплавного инструмента, включающем определение зависимости температуры резания от скорости резания по результатам кратковременных испытаний с построением графика этой зависимости, определяют температуру резания, при которой происходит изменение вида стружки из сливной в элементную по результатам кратковременных стандартных испытаний при резании и на графике зависимости температуры резания от скорости резания определяют оптимальную скорость резания, при которой происходит изменение вида стружки из сливной в элементную.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе определения оптимальной скорости резания для твердосплавного инструмента, включающем кратковременные переточки обрабатываемого материала, получая различные скорости резания, а значит и температуру резания, пользуясь зависимостью окружной силы резания от скорости резания и усадки стружки можно определить оптимальную скорость резания.

Изобретение поясняется иллюстративным материалом, где на фиг. изображены графики зависимости окружной силы резания P_Z от скорости резания V (м/мин), усадки стружки ξ от скорости резания V (м/мин), температуры резания θ°C от скорости резания V (м/мин), относительного износа по задней поверхности h_опз (мм) от скорости резания V (м/мин).

Сущность способа заключается в следующем.

По результатам точения обрабатываемого материала и измерений температуры резания строится общий график зависимостей P=f(V), ξ=f(V), θ=f(V) (фиг.), который показывает диапазон температуры резания, при которой стружка из сливной переходит в элементную и коэффициент усадки стружки при любой подаче имеет одно и то же значение, эта температура резания соответствует оптимальной температуре резания, обеспечивающей минимальный износ (фиг.), максимальную работоспособность инструмента, по методике, определенной профессором Макаровым А.Д. [А.с. СССР № 770661, МКИ 3 В23В 1/00, 15.10.80].

Пример осуществления способа

Исследование проводилось при разных режимах резания, подачи S=0,52 мм/об и разных скоростях резания. Режимные условия формировались так, чтобы охватить весь температурно-скоростной диапазон начиная с температуры 20°C и заканчивая температурой потери формоустойчивости режущего клина из ВК8 - более 1000°C. В качестве обрабатываемого материала использовалась сталь 12Х2НВФМА, в качестве режущего инструмента токарный резец ВК8 γ=10°, α=10°, λ=0°, φ=45°. На токарном станке 1К62 производят точение обрабатываемого материала на проход участками по 10-15 мм, фиксируя показания динамометра, пирометра, потенциометра термопары.

После каждого эксперимента происходит смена режущей пластины и полученную стружку собирают и определяют усадку стружки.

По результатам эксперимента строится общий графики зависимостей силы резания P, усадки стружки ξ и температуры резания θ от скорости резания V (фиг.).

Анализ данных, полученных при эксперименте, позволил выявить общую закономерность изменения вида стружки в зависимости от температурного диапазона (табл.1):

Температурный диапазон от 20°C до 300°C - стружка элементная;

Температурный диапазон от 300°C до 400°C - стружка суставчатая;

Температурный диапазон от 400°C до 500°C - стружка сливная;

Температурный диапазон от 500°C до 600°C - стружка суставчатая;

Температурный диапазон от 600°C до 700°C - стружка элементная.

По результатам точения обрабатываемого материала и измерений температуры резания необходимо стремиться к той температуре, при которой стружка из сливной (точка 1 фиг.) переходит в элементную (точка 2 фиг.) и коэффициент усадки стружки при любой подаче имеет одно и тоже значение, эта температура резания - в диапазоне от 600°-650°C, а оптимальная скорость резания будет равна скоростному диапазону 70-80 м/мин.

Для сравнения можно привести данные, полученные при длительных стойкостных исследованиях.

При точении стали 12Х2НВФМА минимум интенсивности износа резца ВК8 наблюдается при температуре резания 580-650°C и скорости резания 70-80 м/мин.

Таким образом, наглядно видно практическое соответствие оптимальной температуры резания температуре, при которой стружка из сливной переходит в элементную и коэффициент усадки стружки при любой подаче имеет одно и значение. Различие составляет всего около 10%.

Применение предлагаемого способа определения оптимальной скорости резания позволяет сократить трудоемкость определения оптимальной скорости резания, расход обрабатываемого материала, так как эксперимент можно проводить в заводских условиях на реальных деталях.

Таблица 1
Изменения видов стружки при обработке стали 12Х2НВФМА, резцом из твердого сплава ВК8 γ=10°, α=10°, λ=0°, φ=45°, в зависимости от температуры резания
Характеристика стружки	Элементная 1 завиток	Суставчатая 1 завиток	Суставчатая I≤50 мм	Сливная спиральная I≥50 мм
S=0,52 мм/об
Температура резания θ°C	275°C	300°C	360°C	400°C
Характеристика стружки	Сливная спиральная I≥50 мм	Сливная спиральная I≥50 мм	Сливная спиральная I≥50 мм	Сливная ленточная
S=0,52 мм/об
Температура резания θ°C	440°C	450°C	460°C	480°C
Характеристика стружки	Сливная спиральная I≥50 мм	Суставчатая I≤50 мм 1-5 завитков	Элементная 1 завиток	Элементная 1 завиток
S=0,52 мм/об
Температура резания θ°C	500°C	600°C	670°C	750°C

Способ определения оптимальной скорости резания при обработке жаропрочных сплавов на никелевой основе для твердосплавного инструмента, включающий определение зависимости температуры резания от скорости резания по результатам кратковременных испытаний с построением графика этой зависимости и выбор по ней оптимальной скорости резания, отличающийся тем, что по результатам упомянутых испытаний определяют температуру резания, при которой происходит изменение вида стружки из сливной в элементную, и на упомянутом графике по этой температуре определяют оптимальную скорость резания.

Устройство содержит образец детали, установленный на оправке, и резец, изолированные от зажимных элементов станка и резцедержателя. При этом образец детали и режущая часть резца электрически соединены через токосъемник и измерительный прибор для регистрации термо-ЭДС.

Способ тарирования естественной термопары // 2514369

Способ включает осуществление процесса резания с одновременной регистрацией величины термоЭДС, образующейся в результате взаимодействия материалов режущего инструмента и заготовки, определение значений температуры в зоне контакта и соотнесение ее со значением термоЭДС, изменение параметров режимов резания и повторное получение соотносящихся данных, по которым строят тарировочный график.

Способ адаптивного управления обработкой валопроводов движительно-рулевых колонок // 2510665

Изобретение относится к области общего и специального машиностроения и может использоваться во всех областях промышленного производства, а именно при токарной обработке длинных деталей типа вал, и, в частности, при обработке валопроводов движительно-рулевых колонок (ДРК).

Способ тарирования естественной термопары в процессе врезания // 2505380

Способ включает осуществление процесса резания на интересующих режимах с одновременной регистрацией величины термо-ЭДС, образующейся в результате взаимодействия материалов инструмента и заготовки, соотнесение значения температуры в зоне контакта со значением термо-ЭДС и построение по полученным данным тарировочного графика.

Способ автоматизированного управления копировальным токарным станком // 2504456

Способ включает генерирование управляющих сигналов, поступающих на электромагнитные муфты автоматической коробки скоростей подач станка. Для повышения универсальности и расширения области применения профиль обрабатываемой детали представляют цифровой моделью в виде координат большого числа элементарных отрезков, вносят в память цифровой системы управления (ЦСУ).

Способ определения параметра шероховатости на токарных станках с чпу при получистовой и чистовой обработке металла твердосплавным инструментом // 2492968

Способ относится к определению величины параметра шероховатости Ra при обработке стали с измерением термоэлектродвижущей силы. Для повышения точности определения величины параметра Ra предварительно осуществляют кратковременный пробный проход резцом по детали, измеряют термоЭДС, по которой определяют поправочный коэффициент на физико-механические свойства контактируемой пары резец-деталь, а величину параметра шероховатости Ra определяют с использованием измеренного значения термоЭДС по приведенной формуле.

Устройство для токарной обработки некруглых деталей // 2457075

Изобретение относится к электромеханике и может быть использовано для повышения точности токарной обработки серийных некруглых деталей. .

Многокомпонентный датчик силы резания // 2455121

Изобретение относится к области станкостроения и может быть использовано в автоматизированных системах технологического оборудования и в измерительной технике. .

Устройство компенсации тепловых погрешностей токарного станка // 2453400

Изобретение относится к токарным станкам и предназначено для компенсации тепловых смещений шпинделей. .

Устройство контроля точности обработки деталей на токарных станках с числовым программным управлением // 2452595

Изобретение относится к области обработки металлов резанием на токарных станках с числовым программным управлением и может быть использовано для активного контроля геометрических параметров деталей.

Способ определения критической температуры резания // 2535250

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.

Способ и режущий интрумент для механической обработки металлов и полупроводников резанием с одновременным пропусканием электрического тока // 2530245

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 обработки фасонных поверхностей точением // 2522871

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 определения оптимальной скорости резания // 2521943

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.

Способ получения сквозных отверстий малого диаметра в цветных металлах // 2515774

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 определения оптимальных режимов резания // 2514251

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

Способ обработки резанием и режущий инструмент для его осуществления // 2514243

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.

Способ обработки сопрягаемых и торцевых поверхностей ствольной коробки стрелкового оружия под взаимодействие с сопрягаемыми и торцевыми поверхностями затвора // 2510810

Изобретение относится к способу обработки сопрягаемых и торцевых поверхностей ствольной коробки стрелкового оружия под взаимодействие с сопрягаемыми и торцевыми поверхностями затвора.

Способ вибрационной обработки деталей резанием // 2510311

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

Способ определения оптимальной скорости резания // 2500504

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 определения оптимальной скорости резания в процессе металлообработки // 2538750

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.