Опыт изучения характеристик резания материалов и износостойкости режущего инструмента

ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ РЕЗАНИЕМ

УДК 621.9

Опыт изучения характеристик резания материалов и износостойкости режущего инструмента

А. Г. Наумов, В. Н. Латышев, В. С. Раднюк, В. А. Комельков, В. С. Еловский

Рассмотрены вопросы проведения трибологических исследований в условиях лезвийного резания и трения металлов. Представлены экспериментальные результаты изучения характеристик контактного взаимодействия при наличии смазочно-охлаждающих технологических средств. Основное внимание уделено описанию оригинальных методик, разработанных Ивановской научной школой, и оборудования, которое было использовано для их реализации._

Ключевые слова: лезвийное резание, трение, трибология, контактные взаимодействия, смазочно-охлаждающие технологические средства, методики исследования, оборудование.

Введение

Изучение трибологии лезвийной обработки материалов неразрывно связано с исследованием многочисленных характеристик взаимодействия инструментальных и обрабатываемых материалов в контактной зоне, а также физико-химических явлений, сопровождающих это взаимодействие. К основным параметрам резания, во многом определяющим его эффективность, можно отнести износостойкость инструментов и качество обработанных поверхностей. Применение смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС) способно оказать заметное воздействие на изменение условий стружкоотделения и термодинамику зоны контактирования.

Известно, что основой любого исследования в области естественных наук является эксперимент. В свою очередь, основа любого эксперимента — его методическое обеспечение. Именно методикой определяются точность и достоверность результатов опытов, на основе которых строятся выводы и заключения по работе. В данной статье представлены некоторые методики и оборудование для их реализации, разработанные аспирантами, соискателями

и сотрудниками Ивановской научной школы под руководством заслуженного деятеля науки и техники РФ академика АТН В. Н. Латышева и д-ра техн. наук А. Г. Наумова.

Результаты исследований

Износостойкость инструмента непосредственно влияет на точность обрабатываемой поверхности и показатели производительности и экономичности процесса с точки зрения расхода инструментального материала, т. е. является интегральным критерием эффективности процесса в целом. Чаще всего износостойкость оценивают интенсивностью износа инструмента или его стойкостью, что требует больших материальных и временных затрат и осложняется значительным разбросом данных. В качестве критерия чаще всего используют величину или интенсивность нарастания фаски износа по задней грани, в то время как при чистовой обработке более важно знать значение размерного износа 8 (рис. 1), который непосредственно влияет на точность размера и формы обрабатываемой поверхности.

Методика определения размерного износа резцов основана на косвенной регистрации положения рабочей вершины инструмента непосредственно по обрабатываемой поверхности [1]. В дальнейшем был разработан ряд модификаций, соответствующих различным задачам и успешно применяемых для оценки эффективности разных факторов, включая различные составы СОТС. Общим недостатком методики является низкая точность при работе в зоне интенсивного наростообра-зования, что, однако, несущественно, так как чистовая обработка предполагает работу в условиях вне этой зоны.

Вариант 1 (рис. 2) состоит в обработке контрольного образца из хорошо обрабатываемого материала (например, дюралюминия), в ходе которой с определенными интервалами определяют величину 8.

Преимущества этого варианта — высокая точность измерения в связи с возможностью исключения тепловых погрешностей и незначительным влиянием упругих отжатий (погрешность измерения 2-5 мкм в зависимости от условий наростообразования), а также простота.

Наиболее существенный недостаток — возможность контроля 8 только в пределах одного прохода.

Вариант 2 (рис. 3) заключается в регистрации (с выбранным шагом или непрерывно) траектории рабочей вершины инструмента с помощью индикатора или пишущего прибора, жестко связанного с инструментом, наконечник которого перемещается в плоскости траектории вершины инструмента.

Преимущества этого варианта — возможность автоматизации контроля и получения полной «картинки» в ее динамике (рис. 3, б),

б)

90

м к 80

м

<3* 70

с

о н 60

з

и 50

й

ы н 40

р

е м 30

з

20

10

/

1

/ / /

/ 2/ /

/ /

/ 3

/ —О 4

35 35 105 140 175 210 245 280 315 Путь резания Ь, м

Рис. 2. Схема измерения величины 8 с помощью контрольного диска (а) и зависимость размерного износа от длины пути резания при точении МЧВП с различными СОТС (б):

1 — 5%-ный эмульсол «Т»; 2 — 5%-ный эмульсол «Т» с присадкой гексахлорэтана; 3 — 60 % гексахлорэтана + 40 % веретенного масла; 4 — трихлорэтилен

а также возможность многопроходной обработки.

Недостаток — фактически фиксируется часть погрешности формы продольного сечения, состоящая из суммы погрешностей от износа инструмента и тепловых и упругих деформаций инструмента и заготовки. Исследованиями установлено, что погрешность от тепловых деформаций заготовки в условиях охлаждения СОТС мала (до нескольких микрометров) и поэтому должна учитываться лишь при малых значениях износа. Погрешности от тепловых деформаций самого инструмента могут быть значительными в зависимости от условий обработки и поэтому обязательно должны быть оценены предварительно. В связи с этим точность данного варианта методики во многом зависит от условий экспери-

Алмазный наконечник

б)

а к и м а н и И

Линия настройки вершины резца Траектория вершины резца

Ножка индикатора

Исходный профиль резца

Длина пути резания

Рис. 3. Схема контроля погрешностей обработки путем регистрации траектории вершины инструмента (а) и динамика износа резцов (б):

1, 2, 3 — для случаев малой, средней и высокой интенсивности изнашивания соответственно

мента и в наших экспериментах изменялась от 5-8 до 11-15 мкм.

Третий вариант является комбинацией двух предыдущих и позволяет фиксировать как размерный износ, так и погрешность от тепловых деформаций, а при использовании дополнительного кольца на выходе инструмента вычленить и погрешность от упругих деформаций на каждом проходе. Этот вариант наиболее трудоемкий, и поэтому его следует использовать в стадии предварительных экспериментов для оценки доли каждой из трех составляющих погрешности и выбора наиболее рационального варианта методики.

Профилограмма

Рис. 4. Схема записи профиля износа по передней поверхности резца

Для контроля износа по передней поверхности инструмента предложен метод профи-лографирования с использованием профило-метра-профилографа, позволяющий с высокой точностью фиксировать изменения на площадке контакта (рис. 4).

Этот метод обеспечивает запись профило-грамм с увеличениями до 100 000 в вертикальном и до 500 в горизонтальном направлениях и позволяет фиксировать самые малые изменения контактного участка, включая нарост, при условии, что он сохранен при выводе резца из контакта с заготовкой.

Использование изложенной методики оценки размерного износа позволяет существенно снизить трудоемкость стойкостных экспериментов за счет сокращения продолжительности экспериментов благодаря обеспечению достаточной точности сравнительных испытаний в пределах соответствующей задачам исследования части полного периода стойкости инструмента при различных способах обработки резанием (точение, фрезерование). Обеспечивается хорошая повторяемость результатов при условии тщательной и единообразной подготовки инструмента (особенно это касается стабильности радиуса при вершине) вне зависимости от набора исследуемых факторов (исследование износостойкости различных инструментальных материалов, эффективности различных составов СОТС, оптимизации режимов резания и геометрии заточки инструмента и т. д.). Необходимо отметить, что для обеспечения сравнимости данных следует использовать значения относительного размерного износа 8о, определяемые как отношение значения размерного износа к длине пути резания.

Мнение большинства специалистов, изучающих процессы резания металлов, сводится к тому, что кроме диспергирующей, охлаждающей, моющей функций СОТС значительную роль играет смазочная функция, которая реализуется благодаря образованию на контактных поверхностях химических пленок. От структуры и физико-химических свойств таких пленок зависят технологические показатели резания: качество обработанной поверхности, период стойкости режущего инструмента, режимы резания.

Изучая поверхности трения различными физико-химическими методами, многие исследователи находили оксиды, сульфиды, иодиды и т. д. и «приписывали» им постоянный состав, отвечающий стехиометрическим соединениям. Однако следует отметить, что оксиды металлов — это соединения переменного состава, у которого отклонение от стехиометрии является термодинамически обусловленным свойством. Поэтому один и тот же тип оксида может значительно различаться по механическим свойствам благодаря дефектам нестехиометрии.

Нестехиометрические оксиды являются полупроводниками n- либо р-типа проводимости [2].

Известно, что оксиды с р-типом проводимости образуются с избытком по кислороду, а n-типа — с недостатком. Нестехиометрию, а значит, и механические свойства оксида можно изменять в широких пределах методом управляемой валентности легирования оксидных полупроводников. В основную решетку оксида вводятся донорная либо акцепторная примеси, роль которых могут выполнять химически активные присадки, содержащиеся в СОТС. Например, соли щелочноземельных металлов, галогениды хлора, йода и др. — акцепторы, а радикалы, в частности С2Н2, — доноры.

Оксидные пленки с проводимостью р-типа имеют меньшую твердость, чем пленки окислов n-типа проводимости. Например, фаза оксида титана TÍO135 — ТЮ0,6 может иметь р-тип проводимости при соотношении O/Ti > l, при O/Ti < l — n-тип [2]. Поэтому, реализуя в зоне резания структуры р-типа проводимости за счет компонентов СОТС, можно облегчить процессы, связанные с пластической деформацией металла.

л 9 12

4 ^Л \

10

11

Рис. 5. Установка для измерения фотоЭДС:

1 — электролитическая ячейка; 2 — источник постоянного тока; 3 — ртутная лампа сверхвысокого давления ДРШ-250 4 — обтюратор; 5 — осциллограф универсальный запоми нающий С8-13; 6 — частотомер электронно-счетный Ф-5041 7 — усилитель измерительный низкочастотный У4-28; 8 — им пульсный разрядник; 9 — фокусирующие кварцевые линзы 10 — электродвигатель; 11 — образец; 12 — платиновый электрод

Для изучения корреляции между эффективностью СОТС и отклонениями от стехи-ометрического состава образующихся оксидов в процессах резания была спроектирована и изготовлена установка (рис. 5), позволяющая регистрировать относительное отклонение от стехиометрии по методу Е. К. Оше и И. Л. Розенфелда, ранее предназначавшаяся для изучения кинетики коррозионных процессов. Эта установка была модернизирована применительно к резанию для изучения окисных пленок, образующихся на контактных поверхностях режущего инструмента, стружки и обрабатываемой детали (вставки «свидетеля»).

Принцип работы установки основан на явлении внутреннего фотоэффекта, протекающего в пределах оксидного слоя. При импульсном освещении оксида в собственной области оптического поглощения ультрафиолетовым светом возникающие благодаря внутреннему фотоэффекту свободные дырки и электроны разделяются в пределах оксидного слоя таким образом, что на одной границе раздела оксида образуется избыток неравновесных электронов, а на другой — избыток неравновесных дырок. Возникающая в результате разделения носителей ЭДС фотоэлектрической поляризации (ФЭП) может быть измерена с помощью запоминающего осциллографа, подключенного через усилительное устройство к исследуемому образцу и вспомогательному электроду. Знак фотоответа определяет характер нестехиометрии тип проводимости (р или п). Ам-

плитуда фотоответа ^Фэп позволяет количественно оценить отклонение от стехиометрии:

т^ кТ 1

^фэп =~у1п

V

п+1

О

V

п-1

О

где

V

п + 1

О

V

п-1

О

— концентрации нейтральных катионных и анионных вакансий.

Очевидно, что при Уфэп = 0 оксид отвечает бездефектному стехиометрическому составу. Фотоответ (в вольтах) позволяет количественно оценить отклонение от стехиометрии. Оно может быть вычислено из уравнения

1пХ = 16,5Уфэп,

где X — отклонение от стехиометрии, например: Гв1_хО.

при резании металлов теплота из стружки переносится в инструмент и из инструмента в изделие или, наоборот, через контактные зоны инструмента со стружкой и изделием. при этом удельные тепловые потоки через переднюю и заднюю поверхности резца, как правило, достигают очень больших значений [107_108 ккал/(м2 . ч)]. Известно, что фактическая площадь контакта стружки и изделия с резцом всегда меньше номинальной. Поэтому, следуя законам контактного теплообмена, можно ожидать существенной разницы в средних температурах поверхностных слоев контактирующих пар.

Температуру на передней поверхности резца, точнее на расстоянии 0,03-0,05 мм от поверхности, измеряли по методике, основанной на применении полуискусственных микротермопар Р18-константан с диаметром рабочей части константанового электрода 0,03 мм [3]. Для удобства монтажа термопар режущая часть инструмента сделалана разъемной, состоящей из двух пластинок, которые механическим путем прикреплены в державке. В одной из пластинок с помощью электроискровой установки «ЭФИ-электрон 10М» выбирали канал для укладки электрода. Канал сходил «на нет» на расстоянии 0,1 мм у передней поверхности резца. В месте выхода канала точечной сваркой приварен константановый элек-

трод. Сварка осуществлена за счет электроискрового разряда константановым электродом диаметром 0,1 мм. В результате образовалось термочувствительное пятно Р18-констатан диаметром 0,1 мм. Положение центра пятна (горячего спая) определяли с помощью инструментального микроскопа. Резец собирали, переднюю поверхность сошлифовывали так, чтобы часть термочувствительного пятна выходила на переднюю поверхность.

Для исследования распределения температуры по длине передней поверхности резца спай термопары фиксировали на расстоянии 2,0_2,5 мм от режущей кромки, что больше ожидаемой длины контакта. В дальнейшем благодаря ряду переточек (10-12) инструмента по задней поверхности спай приближался к режущей кромке.

Для определения температурного поля в главной секущей плоскости режущего клина одновременно устанавливали несколько термопар, спаи которых располагались на различном расстоянии от передней поверхности резца.

Как показали эксперименты, выполненные по этой методике, полуискусственная микротермопара работала надежно и давала устойчивые показания с хорошей повторяемостью.

Применение данной методики позволило установить, что по сравнению с резанием «всухую» обдув зоны резания воздухом и распыленным маслом уменьшает температуру контактных поверхностей (рис. 6).

Эффект снижения температуры за счет смазочного и охлаждающего действия внешней среды по сравнению с резанием «всухую» проявляется неодинаково в различных микрозонах контакта стружки с резцом. Наименьшее снижение температуры зафиксировано в конце контакта. По мере приближения к режущей кромке эффективность действия среды (уменьшение температуры) резко возрастает. Наибольшее снижение температуры как при применении распыленного масла, так и при обдуве воздухом имеет место вблизи режущей кромки и в данном случае составило соответственно 120 и 90 °С, в конце контакта — 52 и 28 °С. Совершенно ясно, что повышение эффективности действия среды в контактной зоне и особенно вблизи режущей кромки нельзя объяснить только внешним охлаждающим действием СОТС. Первостепенную роль играет,

т, °с

120

100

80

60

40

20

0

<1

\

N

г —?

0,5 1,0

1,5

2,0 L, мм

Рис. 6. Изменение температуры по длине передней поверхности резца за счет действия внешней технологической среды:

• — распыленное масло; О — обдув воздухом

очевидно, смазочный эффект. Проникая в зону контакта, внешняя технологическая среда уменьшает трение между стружкой и передней поверхностью резца, причем уменьшает в основном не механический, а адгезионный компонент трения. Уменьшение трения вызывает уменьшение источников теплоты как за счет трения, так и в результате пластических деформаций. Поэтому общая тепловая напряженность системы падает, температура контактных поверхностей уменьшается.

Важными критериями работоспособности режущих инструментов и получения высокого качества обработанной поверхности являются наличие и размер наростов на режущем клине инструментов, образующихся в процессе резания, и их периодические срывы. Образованию нароста предшествуют адгезионные взаимодействия в контактной зоне и перенос микрочастиц обрабатываемого материала на рабочие поверхности инструмента — микроналипание. По интенсивности и площади таких микроналипаний можно судить о площади контакта обрабатываемого материала с передней и задней поверхностями инструмента, а следовательно, об эффективности смазочной компоненты СОТС.

Существующие методы визуального наблюдения за количеством налипшего материала на контактные поверхности режущего инструмента не позволяют дать качественную и количественную оценку данного процесса. Это обстоятельство привело к разработке более точного метода — метода спектрального анализа, позволяющего более точно и объективно изучать происходящий процесс. С этой целью разработана методика исследования с помощью спектрографа ИСП-30. Особенность ее заключается в том, что диаметр пятна обы-скривания составляет 0,2-0,3 мм, а это дает возможность на длине контактной поверхности 1 мм получать анализы в пяти точках [4]. При разработке данной методики в качестве обрабатываемых материалов использовались Ст3 и сталь Х18Н10Т. Резание осуществлялось однозубой секцией протяжки из твердого сплава ВК6 и резцами, оснащенными пластинками твердого сплава ВК8 и Т5К10. За критерий переноса принимали разность почернений Д5 аналитической линии железа Ге 2599,3 А и фона.

На рис. 7 представлен график распределения стали Ст3 на передней поверхности резца из сплава Т5К10 при точении со скоростью резания 4 м/с. Как видно из графика, распределение обрабатываемого материала на передней поверхности уменьшается по мере удаления от режущей кромки, а затем на расстоянии 1 мм возрастает и далее вновь снижается. Одна из причин такого переноса — схватывание и сваривание частиц обрабатываемого материала с инструментальным материалом. Другая причина — вероятное усиление диффузионных процессов в контактной зоне трения. Смазочно-охлаждающие технологические средства оказывают незначительное влияние на перенос обрабатываемого материала на такой высокой скорости резания, что вполне объясняется затрудненным проникновением смазочного материала в зону контакта.

На рис. 8 представлена графическая зависимость переноса стали Х18Н10Т на переднюю поверхность резца из сплава ВК8 при точении с различными скоростями резания. Из графика видно, что распределение обрабатываемого материала, а также его количество зависят от скорости резания и наличия СОТС. Так, с увеличением скорости резания коли-

Рис. 7. Распределение Ст3 на передней поверхности резца из сплава Т5К10 при точении (V = 4 м/с, в = = 0,25 мм/об):

О — без охлаждения; • — 5%-ная эмульсия; х — ССЦ

Рис. 8. Влияние скорости резания на перенос стали Х18Н10Т на переднюю поверхность резца из сплава ВК8 (S = 0,08 мм/об):

О — без охлаждения; • — 5%-ная эмульсия при v: 1 — 0,16 м/с; 2 — 0,5 м/с; 3 — 1,0 м/с

чество обрабатываемого материала вблизи режущей кромки увеличивается, а длина контакта уменьшается. При подаче в зону резания 5%-ной эмульсии уменьшается перенос обрабатываемого материала, причем наибольшее влияние отмечается при небольших скоростях резания.

Применение данной методики позволило установить, что внешняя технологическая среда оказывает существенное влияние не только на уменьшение перекоса обрабатываемого материала по длине контакте, но и на количество перенесенного материала как на передней, так и на задней гранях зубьев протяжки.

Детальное изучение процессов, протекающих в контактной зоне при трении и резании материалов, и выявление на этой основе физико-химических механизмов действия СОТС по облегчению условий контактирования требуют разработки нового оборудования. С этой целью был разработан трибометрический стенд, позволяющий измерять коэффициент трения раз-

личных материалов (рис. 9) [5]. Данная установка представляет собой маятниковый трибо-метр со схемой трения диск — диск. Контртело приводится во вращение от электродвигателя, соединенного с ним через редуктор. Исследуемый образец крепится на свободно вращающейся оси, на другом конце которой закреплен маятник. Сила трения, возникающая в зоне контакта, поворачивает исследуемый образец,

"ü-

Рис. 9. Главный вид трибометра

МЕТАЛЛ00 БРАБОТКА

отклоняя при этом маятник на определенный угол. По значению угла поворота маятника определяются смазочная способность технологической среды и несущая способность смазочных пленок, образованных в контактной зоне. При изменении длины и массы маятника систему можно настроить на требуемый диапазон измерения и чувствительности прибора.

Основные технические характеристики: мощность электродвигателя 350 Вт, передаточное число редуктора 1/7, частота вращения контртела 350 об/мин. Изменение угла поворота маятника непрерывно фиксируется индукционным датчиком, сигнал от которого через аналого-цифровой преобразователь подается на вход ПЭВМ. Обработка и отображение процесса трения осуществляется с помощью авторского программного обеспечения и выводится на мониторе в режиме реального времени (рис. 10).

Нагружение трущейся пары производится при помощи набора разновесов. Установка оснащена системой выведения осей контртел в одну плоскость, что позволяет использовать диски с разными диаметрами. Изменяемые длина и масса маятника позволяют оптимально настроить систему на необходимую чувствительность. Установка обладает рядом преимуществ по сравнению с традиционными: возможность измерять малые изменения коэффициента трения; небольшое количество исследуемых СОТС; возможность плавного изменения скорости в зоне трения благодаря использованию дисков с разными диаметрами.

Разработка научных основ новых экологически безопасных способов применения СОТС, например в виде нано- и микродоз, предпола-

Н/м 0,20

0,15

0,11

0,07 0

(

к

0

100

200

300

400

500

600

г

Рис. 10. Трибограмма пары трения сталь 45 — сталь 45 закаленная при использовании индустриального масла И-20А

Рис. 11. Установка для изучения смазочной способности СОТС в вакуумной камере

гает проведение комплексных исследований по изучению необходимого количества технологического средства, которого было бы достаточно для получения смазочного эффекта. Подобные исследования необходимо проводить в строго контролируемой атмосфере [6]. В целях реализации этой задачи, а также для изучения возможных изменений смазочной способности веществ в присутствии кислорода воздуха разработана и изготовлена установка для лезвийного резания в контролируемой атмосфере вакуумной камеры универсального вакуумного поста ВУП-4 (рис. 11).

Принцип действия установки заключается в преобразовании вращательного движения вала электродвигателя в поступательное движение резца и реализации строгания.

Производительность механической обработки и стойкость режущих инструментов во многом определяются работой, которая затрачивается на реализацию стружкоотде-ления и является функцией физико-химических (в основном трибологических) процессов, протекающих в контактной зоне. Практика показывает, что применение традиционных методик для изучения трибологии процессов контактного взаимодействия в ряде случаев весьма затруднительно. Это может быть связано как с условиями резания, так и с отсутствием или недоступностью требуемого оборудования. В этой связи была разработана экспресс-методика оценки смазочных свойств СОТС и работы резания, основанная на применении маятникового копра (рис. 12).

На маятнике 2 установлен груз 3 массой 3,2 кг, на котором закреплен резцедержатель с резцом 7. Глубина резания регулируется с помощью микрометрического винта 8. Обрабатываемые заготовки длиной 50 мм и шири-

ШШШМУТКА

Рис. 12. Установка для изучения работы резания на основе маятникового копра [7]:

1 — стойка; 2 — маятник; 3 — груз; 4 — тиски; 5 — образец; 6 — основание; 7 — резец; 8 — микрометрический винт

Рис. 13. Трибометрический стенд для исследования крутящего момента при резании осевым инструментом [8]

ной 2 мм крепятся в тисках 5. Для повышения жесткости системы стойка 1 копра плитой 6 крепится к столу поперечно-строгального или другого станка.

В процессе исследований кроме изучения работы резания можно определять термоЭДС, шероховатость поверхности, усадку стружки. Работу резания рассчитывают по формуле

Арез = Plicas Ф2 — cos фх),

где P — масса маятника, кг; l — длина маятника, см; ф1 — начальный угол отклонения маятника; Ф2 — конечный угол отклонения маятника.

Метод может быть использован для изучения процессов прерывистого резания при изменяющемся (встречное и попутное) или неизменном размере срезаемого слоя. Кроме того, метод требует небольших количеств СОТС для испытаний, прост в реализации, обслуживании и эксплуатации оборудования.

К недостаткам метода следует отнести: постоянство скорости резания, невозможность срезания толстых стружек, наличие ударных нагрузок.

Процессы резания с использованием осевого инструмента (резьбонарезание, сверление, развертывание и др.) весьма сложные и требуют применения для их исследования дорогостоящего оборудования. В связи с этим был разработан трибометрический стенд для оценки смазочной способности СОТС по измене-

нию крутящего момента на операциях с использованием осевого режущего инструмента (рис. 13). Крутящий момент измеряли непрерывно в течение всего процесса резания в режиме реального времени и фиксировали посредством аналого-цифрового преобразователя на ПК.

При врезании инструмента 1 в заготовку 2, закрепленную с помощью прижима 3, поворачивается подвижный стол 4, установленный на валу, на противоположном конце которого имеется конус. Возникающая в процессе резания между рабочими поверхностями инструмента и обрабатываемым материалом сила трения заставляет повернуться подвижный стол, соединенный с датчиком линейных перемещений 7, на некоторый угол. Противодействие повороту стола оказывает пружина компенсационного механизма 5. Как только крутящий момент становится равным силе растяжения пружины компенсационного механизма, поворотный стол останавливается. Вращение поворотного стола преобразуется в линейное движение сердечника датчика линейных перемещений, сигнал от которого передается через АЦП на ПК (рис. 14). Регулировка датчика осуществляется винтом 6. Таким образом, по значению поворота стола оценивают силу резания.

Усадка стружки является внешним выражением пластических деформаций, проходящих в плоскости сдвига и на передней поверхности резца. Интенсивность деформационных процессов зависит от угла резания и условий

7

а)

б)

в)

0-и

Рис. 14. Трибограммы сверления Сталь 45 без применения СОТС (а), с использованием в качестве СОТС потока положительно (б) и отрицательно (в) ионизированного воздуха

трения по передней поверхности инструмента, т. е. от направления равнодействующей силы. Поэтому при постоянной геометрии инструмента по усадке стружки можно судить о смазочной способности СОТС. Длину стружки обычно измеряют с помощью гибкой нити, прилегающей к прирезцовой поверхности стружки. Однако данный способ не позволяет измерять длину стружек, имеющих малые размеры.

Для такого случая можно измерить длину стружки следующим способом. Отобранную для изучения стружку (рис. 15, а) разделяют на отдельные плоские сегменты (рис. 15, б) и фотографируют полученные элементы с увеличением. В зону фотографии кладут измерительную линейку.

В графическом редакторе AutoCAD на элементы стружки (рис. 15, б) накладывают дуги, размер которых измеряется в условных единицах. Суммируя длину полученных дуг и определив количество условных единиц в одном миллиметре, рассчитывают общую длину стружки.

Заключение

Представленный в статье материал наглядно показывает, что процессы и явления, происходящие в контактной зоне при трибосопря-жениях, сложны для их изучения, так как вся исследуемая система находится в непрерывном движении. В целях получения новых знаний о физико-химических закономерностях

Рис. 15. Подлежащая изучению стружка

при трении и резании материалов необходимо разрабатывать как универсальные, так и специальные новые и совершенствовать уже имеющиеся методики и оборудование.

Литература

1. Семенов В. В., Латышев В. Н., Наумов А. Г.

О механизмах действия органических и неорганических СОТС при резании молибдена// Физика, химия и механика трибосистем: сб. науч. тр. Вып. 4. Иваново: ИвГУ, 2005. С. 87-90.

2. Тараров А. Г. Повышение обрабатываемости резанием жаропрочных материалов путем применения СОЖ с оптимальными окислительными способностями: дис. ... канд. техн. наук. Горький, 1990. 112 с.

3. Ватагин Ю. М. Исследование распределения и характера температур при резании металлов в различных внешних средах: дис. ... канд. техн. наук. Горький, 1980. 141 с.

4. Латышев В. Н., Сучков Н. Ф. Исследование переноса обрабатываемого материала на переднюю поверхность резца методом спектрального анализа// Изв. вузов. Машиностроение. 1972. № 1. С. 15-18.

5. Комельков В. А. Повышение работоспособности быстрорежущего инструмента путем применения ионизированного воздуха с включением микродоз масла И-20А: дис. ... канд. техн. наук. Иваново, 2006. 130 с.

6. Корчагин А. В. Исследование процесса резания в газовых контролируемых средах: дис. ... канд. техн. наук. Москва, 2009. 117 с.

7. Латышев В. Н. Трибология резания. Ч. 2. Иваново: ИвГУ, 2009. 156 с.

8. Наумов А. Г., Ткачук О. В. Приставка для исследования работоспособности осевого режущего инструмента при использовании экологически чистых СОТС// Физика, химия и механика трибосистем: сб. науч. тр. Вып. 7. Иваново: ИвГУ, 2008. С. 151.

№ 6 (84)/2014

iiB