Способ управления обработкой резанием Советский патент 1992 года по МПК B23Q15/00 

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 оптимальной скорости резания, согласно которому с помощью кратковременных испытаний находят зависимость температуры резания ©от скорости V и стррят график 5M(V). Оптимальную скорость определяют как скорость, соответствующую температуре провала пластичности обрабатываемого материала.

Недостатком указанного способа является большая 1 иудоемкость при изготовлении образцов и их испытании в широком диапазоне температур нагрева для опреде- ления 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 ч ел

4

ю

нет; вследствие этого и неточное определение температуры максимального электросопротивления.

Известен способ определения оптимальной скорости резания, в котором оптимальную скорость резания определяют в диапазоне скорости резания ограниченным соотношением Рг(0.5-0,7)Р2макс, а за оптимальную скорость принимают скорость, соответствующую минимальному отношению величины ЭДС резания к длине участка упрочнения.

Недостатками данного способа являются большая трудоемкость в определении сил резания, длин участка упрочнения и термоЭДС в большом диапазоне скоростей резания и неточность определения диапазона скоростей резания при условии

Р2(0.3-0,5)Р2макс.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения оптимальной скорости резания, заключающийся в том, что при помощи кратковременных стандартных испытаний находят зависимость температуры резания от скорости (V), строят график этой зависимости, определяют температуру структурно-фазового превращения (а ) и на основании равенства температур резания и структурно-фазового превращения находят оптимальную скорость резания.

К недостаткам известного способа относятся большая трудоемкость изготовления образцов и проведения стандартных испытаний в широком диапазоне температур и несоответствие температур структурно-фазового превращения () железа для стандартных испытаний и в процессе резания вбиду того, что в процессе резания металл подвержен деформации, что оказывает влияние на уменьшение температуры структурно-фазового превращения.

В качестве базового объекта рассмотрим способ определения оптимальной скорости резания по величине стойкости режущего инструмента. В качестве исходного параметра используется интенсивность износа на длину пути резания. Данный способ осуществляется следующим образом. Производится процесс резания, в определенные промежутки времени процесс резания прекращают. Измеряют величину площадки износа по задней грани, строя график зависимости ( т), где Ьз- величина площадки износа по задней грани; г - время резания при обработке различными марками твердосплавного инструмента. Величины площа ди износа разные и колеблятся в пределах 0,4-1,6 мм.

Зная скорость резания и время, за которое площадка износа достигла определенной величины, определяют длину пути резания и интенсивность износа на длину пути. За

5 оптимальную скорость принимают скорость, при которой интенсивность износа минимальна.

Этот способ очень трудоемок, требует больших затрат времени, материала и энер0 горесурсов.

Целью изобретения является повышение точности обработки.

На чертеже изображены графики теплопроводности инструментального и обраба5 тываемого материалов.

При увеличении температуры изменяются величины коэффициентов теплопроводности инструментального и обрабатываемого материалов. В процессе резания происхо0 дит контактирование этих материалов. При увеличении скорости резания увеличивается температура резания и, как следствие, изменяются коэффициенты теплопроводности инструментального и обрабатываемого материалов. С

5 увеличением температуры резания стойкость инструмента изменяется. Для этого необходимо определитьскорость резания, при которой будет наибольшая стойкость инструмента, соответствующая наибольшей производитель- 0 ности и наименьшей себестоимости обработки. С этой целью определяют изменение величин коэффициентов теплопроводно- стей инструментального и обрабатываемого материалов. Изменение величин теплопровод5 ности инструментального и обрабатываемого материалов существенно влияет на распределение температуры резания при различных методах обработки. По мере снижения теплопроводности обрабатываемого материа0 ла температура возрастает. Увеличение теплопроводности материала инструмента не только снижает температуру резания, но может изменить и характер ее распределения в контактируемых поверхностях инструмента

5 и обрабатываемой детали. Изменение температуры резания приводит к изменению характера и вида контактного взаимодействия. На стойкость инструмента и его работоспособность в конечном счете оказывают влияние

0 характер и вид контактного взаимодействия. Таким образом, изменение теплопроводности инструментального и обрабатываемого материалов оказывают влияние на вид и характер контактного взаимодействия. В

5 отличие от прототипа измерения коэффициентов теплопроводности инструментального и обрабатываемого материалов проводят по группе обрабатываемого материала, а это 15-20 наименований марок ста- лей, и по твердым сплавам а по прототипу

для каждого отдельно, что увеличивает трудоемкость известного способа.

Достижение более точного определения оптимальной скорости резания предла- гаемым способом заключается в следующем. В прототипе температуру структурно-фазового () перехода определяют для каждой стали отдельно в определенной зависимости от содержания углерода в ней. При этом эта температура Эдсз равна температуре резания 0, В этом случае пренебрегают влиянием теплопроводности контактируемых тел, так как они в конечном счете определяют интенсивность стока тепла в стружку и инструмент и среднюю температуру резания. Теплопроводность инструментального и обрабатываемого материала оказывает влияние на изменение средней температуры резания и распределение температуры резания на длине контакта. В прототипе температура структурнофазового перехода, соответствующая температуре резания, во всех случаях одинакова и остается неизменной при применении в качестве инструментального материала твердых сплавов с различной теплопроводностью. Так, по прототипу оптимальная скорость стали 45 инструментом, оснащенным твердым сплавом ВК8, составляет: ,0 м/с. В предлагаемом способе ,3 м/с (табл. 4). Это малые скорости резания, не применяемые в промышленности. По рекомендации сплав ВК8 при точении углеродистых сталей не применяется.

В предлагаемом способе точность достигается тем, что оптимальную скорость резания определяют по графику зависимости изменения температуры резания от скорости резания при температуре резания, которая соответствует температуре пересечения кривых Аи f(T) и АО f(T) на графике изменения теплопроводности инструментального (Аи) и обрабатываемого ( АО ) материала от температуры (Т).

Способ реализуется следующим образом.

По стандартным кратковременным испытаниям образцов из обрабатываемого и инструментального материалов определяют изменение величины коэффициентов теплопроводности инструментального и обрабатываемого материалов.

С помощью кратковременных температурных испытаний находят зависимость температуры резания от скорости резания. Строят графики зависимости Аи АО f(T) и (V) и за оптимальную скорость резания принимают скорость из графика, соответст3- вующего температуре, которую определяют

точкой пересечения кривых Аи , АО -f(T) на графике

В качестве примера взяты для точения цилиндрические заготовки из углеродистой

стали 45, конструкционной стали ЗОХГСА и высокохромистой стали 20X13 в отожженном состоянии режущим инструментом, оснащенным вольфрамовым сплавом ВК6, титановольфрамовым сплавом Т15К6, безвольфрамовым твердым сплавом ТН20 со следующей геометрией резания: углы в плане , уз 25°, задние углы « , передние углы А и радиус закругления вершины резца ,б мм. Режимы разения: скорость резания 0,05-3,5 м/с; величина подачи ,3 мм/об; глубина резания ,5 мм.

Результаты изменения 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 Г от температуры ©приведена в табл. 3.

Пример 1. Реализацию способа производили по описанной выше методике. Обработку стали 45 проводили инструментом, оснащенным твердым сплавом ВК8,

Точки пересечения кривых Аи f(T) и (T) на графике нет. Поэтому при точении углеродистых и конструкционных высоко- хромистых сталей твердый сплав ВК8 не

применяется.

Пример 2. Обработку стали 45 проводили инструментом, оснащенным твердым сплавом Т15К6. Точка пересечения кривых Аи f(T), АО f(T) соответствует температуре, равной 675°С. Интенсивность износа IL сплава Т15К6 при этой температуре минимальна и составляет мкм/км, что соответствует оптимальной скорости резания, равной 1,82 м/с.

П р и м е р 3. Обработку стали 45 проводили инструментом, оснащенным безвольфрамовыми твердыми сплавами ТН20. Точка пересечения кривых Аи fn) и АО f(T) соответствует температуре, равной 760°С.

Интенсивность износа и сплава ТН20 при этой температуре минимальна и составляет 30 мкм/км, что соответствует оптимальной скорости резания, равной 2,5 м/с.

Пример 4, Обработку стали 45 вели

инструментами из твердого сплава Т5К10. Точка пересечения кривых Аи f(T), АО f(T) соответствует температуре, равной 325°С. Интенсивность износа сплава Т5К10 при этой температуре составляет 70 мкм/км, что

сплавом Т15К6. Точка пересечения кривых (T). (T) 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 20X13 проводили инструментом, оснащенным безвольфрамовым твердым сплавом ТН20. Точка пересечения кривых Аи f(T), До f(T) соответствует температуре 575°С. Интенсивность износа при этой температуре составляет 10 мкм/км, что соответствует оптимальной скорости резания, равной 1,6

соответствует оптимальной скорости резания, равной 0,6 м/с.

Пример 5. Обработку стали ЗОХГСА проводили инструментом, оснащенным твердым сплавом Т5К10. Точка пересечения 5 кривых Аи f(T), АО f(T) соответствует температуре 110 С. Это малые скорости резания, которые не соответствуют наибольшей производительности.

Пример 6. Обработку стали ЗОХГСА 10 проводили инструментом, оснащенным твердым сплавом Т15К6. Точка пересечения кривых Аи f(T), АО f(T) соответствует температуре 590°С. Интенсивность износа при этой температуре сплава Т15К6 составляет 15 м/с. 40 мкм/км, что соответствует оптимальнойТаким образом, определение оптимальскорости резания равной 1,8 м/с.ной скорости резания более точное по пред Пример 7. Обработку стали ЗОХГСА проводили инструментом, оснащенным безвольфрамовым твердым сплавом ТН20. 20 Способ управления обработкой резани- Точка пересечения кривых Аи f(T), АО fCT) ем, включающий измерение температуры в соответствует температуре 700°С. Интенсивность износа при этой температуре сплава ТН20 составляет 30 мкм/км, что соответствует оптимальной скорости резания, 25 с целью повышения точности обработки, оп- равной2,1 м/с.ределяют изменение величин коэффициенПример 8. Обработку стали 20X13 тов теплопроводности инструментального и проводили инструментом, оснащенным обрабатываемого материалов при различ- твердым сплавом Т5К10. Точки пересечения ных значениях температуры, и обработку кривых Аи f(T), АО f(T) нет, поэтому мини- 30 детали производят при значении скорости MVM интенсивности износа соответствует резания, соответствующей температуре, малым скоростям резания.

Пример 9. Обработку стали 20X13 проводили инструментом, оснащенным

35

Изменение величины коэффициентов теплопроводности Q, Вт/м«К) твердых ,сплавов и стали от температуры (Т,°С)

латаемому способу.

Формула изобретения

зоне резания при различных скоростях резания и соответствующее изменение скорости резания, отличающийся тем, что,

при которой величины коэффициентов теплопроводности инструментального и обрабатываемого материалов равны.

Таблица 1

сплавом Т15К6. Точка пересечения кривых (T). (T) 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 20X13 проводили инструментом, оснащенным безвольфрамовым твердым сплавом ТН20. Точка пересечения кривых Аи f(T), До 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, определение оптимальной скорости резания более точное по

Способ управления обработкой р ем, включающий измерение темпера с целью повышения точности обработ ределяют изменение величин коэффи

латаемому способу.

Формула изобретения

Способ управления обработкой резани- ем, включающий измерение температуры в с целью повышения точности обработки, оп- ределяют изменение величин коэффициензоне резания при различных скоростях резания и соответствующее изменение скорости резания, отличающийся тем, что,

тов теплопроводности инструментального и обрабатываемого материалов при различ- ных значениях температуры, и обработку детали производят при значении скорости резания, соответствующей температуре,

лопроводности Q, Вт/м«К) твердых атуры (Т,°С)

при которой величины коэффициентов теплопроводности инструментального и обрабатываемого материалов равны.

Таблица 1

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

50,00 50,25 50,75 51,25 51,75 52,25 52,75 54,25 54,75

ВК8

Т5К1033,634,0034,7535,536,7537,0

Т15К622,3523,023,824,625,426,2

ТН2012,012,513,7515,016,2517,5

Углеродистая

сталь 45 40,5 40,4 40,2 40,0 39,8 39,6

Легированные

стали

(ЗОХГСА) 35,1 35,0 34,8 3,5 ЗМ5 ЗМ

Высокохромистые стали (20X13) 23,75 23,8 2,15 24,8 25,0

36,7533,5

27,027,8

18,7520,0

39,238,3

34,031,5

25,225,4

39,25

28,6

21,25

37,6 33,0 25,6

36,7533,5

27,027,8

18,7520,0

39,238,3

34,031,5

25,225,4

ВК8 Т5К10 Т15К6 ТН20

Углеродистая сталь 5

Легированные стали (ЗОХГСА)

Высокохромистые стали (20X13)

55,25 55,75 56,25 56,75 57,25 57,75 58,2558,75

0,0 0,75 Mf5 2,25 ,0 43,75 И,,75

29, 30,28 31,0 31,8 32,6 33, 3,235,0

с

37,0 36,1 35,7 35,0 33,8 32,5 31,2530,0

л

t

25,6 25,6 25,6 25,6 25,6 25,6 25,625,6

таблиц Z

Изменение теилебатуры ремния $т Скорости дл различного сочетания контактирупцих пар

V. м/е

ТяблицаЗ Зависмиость интенсивности износа от тенпературм резания (1. мкм/км)

300 350 «00 «56 500 550 600 650 700 750 800 850 900

1754419

10 Продолжение табл 1

,5 1,75 1,0 2,25 2,5 2,75 3,0 3,25 3,5 3,75 М

Результаты проведения испытаний

Таблица