СПОСОБ ОЦЕНКИ ОБРАБАТЫВАЕМОСТИ Российский патент 2005 года по МПК G01N3/58 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть применено при обработке металлов резанием.

Известен способ оценки обрабатываемости материала, заключающийся в том, что для оценки оптимального сочетания инструментального и обрабатываемого материалов осуществляют резание при заданных режимах, определяют объем срезаемого материала и работу резания, измеряют по крайней мере одну из составляющих сил резания в начале резания и после износа режущего инструмента, по соотношению этих данных судят об обрабатываемости материала (А.С. №1305575 А1, МКИ G 01 N 3/58, 1986).

Однако известный способ не позволяет получать точные результаты вследствие отсутствия учета влияния температурного фактора.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ оценки обрабатываемости материала, заключающийся в том, что для оценки оптимального сочетания инструментального и обрабатываемого материалов осуществляют резание при заданных режимах, измеряют силу резания при стружкообразовании, измеряют температуру резания, определяют мощность резания, по соотношению мощности и температуры судят о стойкости инструментального материала (A.C. №1385771 А1, МКИ G 01 N 3/58, 1986). В качестве критерия обрабатываемости принимают интенсивность износа инструмента.

Недостаток этого способа заключается в том, что он не позволяет получать достаточно точные результаты, так как не учитывает интенсивность влияния скорости V и подачи S на силовые и температурные зависимости.

Задача изобретения - повышение точности оценки обрабатываемости металлов резанием за счет учета влияния скорости резания и подачи на силовые и температурные зависимости.

Для этого предлагаемым способом осуществляют резание при различных значениях скорости резания и подачи, одновременно измеряя силу резания и температуру, путем построения температурных и силовых зависимостей определяют коэффициенты влияния скорости резания и подачи на температуру и силу резания, а в качестве критерия выбирают величину q, характеризующую долю внутренней энергии, расходуемую на износ инструмента. В работе проф. Силина А.С. "Метод подобия при резании металлов" показано, что термомеханические явления в области рациональных режимов резания описываются критериальным уравнением вида

где - критерий Пекле, характеризующий степень влияния скорости ν и толщины среза α по сравнению с коэффициентом температуропроводимости обрабатываемого материала;

- энергетический критерий, характеризующий тепловую активность стружки по отношению ко всей выделяющейся в зоне резания теплоте;

с₁ - постоянная;

n - показатель степени.

В том случае, когда температура резания определяется выражением

а сила резания

то условие равенства механической и тепловой энергий при изменении скорости резания или толщины срезаемого слоя определяется из выражений

или

В том случае, когда часть затраченной (механической) энергии расходуется не только на тепловыделение, но и на образование потока частиц износа инструмента и накопление в локальных объемах поверхностных слоев материала пары трения внутренней энергии, левая часть выражения (5) становится тем меньше единицы, чем большая доля внутренней энергии расходуется на изнашивание инструмента, структурно-фазовые превращения, деформационное упрочнение и остаточные напряжения в обрабатываемом материале.

Анализ экспериментальных данных по аппроксимации влияния ν и S на температуру и силу резания в виде уравнений (2) и (3), приведенный в табл. 1, показывает, что выражение (5) более правильно представить в виде

где q - величина близкая, но не всегда равная единице. Это может быть связано с неполным учетом влияния ν и S на термомеханические явления процесса резания в результате их описания критериальным уравнением (1), а также совокупными погрешностями получения и обработки экспериментальных данных. Следует отметить, что при подобном анализе предполагается, что энергия формообразования инструментального материала - величина постоянная, а доля внутренней (накопленной) энергии в контактных слоях незначительна.

Пример конкретного выполнения.

Пусть необходимо определить материал, обладающий наилучшей (наихудшей) обрабатываемостью, из группы материалов ВТ1-1, ОТ4, ВТ14, ВТ3-1, при обработке их инструментальным материалом ВК8. Осуществляют резание при различных значениях скорости резания и подачи, одновременно измеряя силу резания и температуру, путем построения температурных и силовых зависимостей определяют коэффициенты влияния скорости резания и подачи на температуру (χΘ, yΘ) и силу (у_p, z_p) резания. Получены следующие результаты:

для ВТ1-1

для ОТ4

для ВТ14

для ВТ3-1

Вычисляем величину q, характеризующую долю внутренней энергии, расходуемую на износ инструмента:

для ВТ1-1

для ОТ-4

для ВТ14

для ВТ3-1

Согласно сделанным ранее выводам меньшая степень обрабатываемости (т.е. при обработке данного материала наблюдается наибольший износ инструмента) наблюдается у материала, величина q которого имеет наименьшее значение - ВТЗ-1; наилучшей же обрабатываемостью в данной группе материалов при обработке инструментальным материалом ВК8 обладает ВТ1-1 (q=1,17). При этом подтверждается высказанное выше предположение о том, что чем меньше значение q, тем большая доля затраченной энергии потребляется инструментом в связи с его износом.

Аналогичным образом способ используется и при выборе инструментального материала для конкретного обрабатываемого по наибольшей стойкости (см. табл.1).

Для подтверждения полученных результатов в табл.1 приведены данные, полученные в результате проведения стойкостных экспериментов для тех же пар материалов. Сравнительная обрабатываемость здесь характеризуется коэффициентом К_т, выраженным соотношением периодов стойкости или интенсивности износа при обработке данного материала и одного из материалов группы, принятого условно за эталонный. Ранее известные данные хорошо согласуются с результатами, полученными предлагаемым способом.

Таблица 1
Показатели степеней для силовых и температурных зависимостей.Обрабатыв. материалИнстр. материалПоказатели степениqК_т  y_pz_pxΘyΘ  Зл Ср М 583-100У120,62-0,180,40,230,97 ВТ1-1ВК80.78-0,230,260,11,171,0ОТ4 0,78-0,220,260,131,130,9ВТ14 0,80-0,170,2850,151,050,83ВТ3-1 0,7-0,120,30,180,940,75Сп28ВК60.7-0.060.380.141.00.28 BK6+T;N0.72-0.220.360.121.181.0ЭИ435ВК40,46-0,150,570,081,11,0ЭИ617 0,58-0,310,20,061,030,53ЭИ827 0,6-0,190.150,10,810,08ВТЗ-1 0,68-0,160,330,090,960,24ЭИ787ВДВК80,65-0,150,580,351,030,03ЭИ96Ш 0,75-0,30,330,2151,161,0ВТЗ-1 0,7-0,120,330,091,060,19ЭИ698ВД 0,7-0,230,2250,151,010,01ВТЗ-1ВК80,7-0,120,330,091,061,0 ВК10OМ0,67-0,150,200,0640,960,13 ВК10ХОМ0,67-0,150,170,0680,920,12 Т15К60,72-0,10,260,0521,0330,54

Ранее известные данные хорошо согласуются с результатами, полученными предлагаемым способом; например, при выборе инструментального материала для обработки сплава ВТЗ-1 наибольшей стойкостью обладает материал ВК8, для которого q имеет наибольшее значение.

Итак, предлагаемый способ оценки обрабатываемости материалов позволяет повысить точность оценки обрабатываемости металлов резанием за счет учета влияния скорости резания и подачи на силовые и температурные зависимости.

Изобретение относится к испытательной технике. Сущность: осуществляют резание при различных значениях скорости резания и подачи, одновременно измеряя силу резания и температуру, и по соотношению этих параметров судят об обрабатываемости. Путем построения температурных и силовых зависимостей определяют коэффициенты влияния скорости резания и подачи на температуру и силу резания, а в качестве критерия выбирают величину q, характеризующую долю внутренней энергии, расходуемую на износ инструмента. Величину q определяют при помощи зависимости. Технический результат: повышение точности исследования. 1 табл.

Способ оценки обрабатываемости, заключающийся в том, что осуществляют резание при различных значениях скорости резания и подачи, одновременно измеряя силу резания и температуру, и по соотношению этих параметров судят об обрабатываемости, отличающийся тем, что путем построения температурных и силовых зависимостей определяют коэффициенты влияния скорости резания и подачи на температуру (хΘ, yΘ) и силу (y_р, z_p) резания, а в качестве критерия выбирают величину q, характеризующую долю внутренней энергии, расходуемую на износ инструмента, величину q определяют при помощи зависимости q=(xΘ-yΘ)+(y_p-z_p), где хΘ_{- коэффициент, учитывающий степень влияния скорости резания на температуру; yΘ- коэффициент, учитывающий степень влияния подачи на температуру; yр - коэффициент, учитывающий степень влияния подачи на силу резания; zp - коэффициент, учитывающий степень влияния скорости резания на силу резания.}