Качество обработанной поверхности при высокоскоростной обработки с низкотемпературным охлаждением

3. Сутягин О.В. Контактное взаимодействие твердых тел / О.В. Сутягин. Калинин: КГУ, 1986. 35 с.

4. Пряхин И.В. Особенности контактного взаимодействия рабочих поверхностей подшипника при нанесении функционального покрытия в процессе их совместной доработки в собранном виде / И.В. Пряхин, О.Ю. Давиденко // Вестник СГТУ. 2009. №3(41) Вып. 2. С. 61-164.

Пряхин Иван Владимирович -

аспирант кафедры «Технология машиностроения» Саратовского государственного технического университета

Давиденко Олег Юрьевич -

доктор технических наук, профессор, декан машиностроительного факультета Саратовского государственного технического университета

Pryahin Ivan Vladimirovich -

post-graduate faculty «Technology of mechanical engineering» Saratov State Technical University

Davidenko Oleg Yurevich -

Doctor of technical sciences, professor,

dean of faculty of machine-building Saratov

State Technical University

Статья поступила в редакцию 11.05.2011, принята к опубликованию 24.06.2011

УДК 621.91

Д.И. Седов, Т.Г. Насад

КАЧЕСТВО ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ОБРАБОТКИ С НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ

Исследовано качество обработанной поверхности деталей из труднообрабатываемых материалов. Получены зависимости, устанавливающие взаимосвязь между температурой резания, скоростью резания и шероховатостью поверхности.

Качество поверхности, скорость резания, температура резания

D.I. Sedov, Т-G. Nasad

QUALITY OF PROCESSING SURFACE UNDER SPEEDIEST PROCESSING WITH

LOW-TEMPERATURE BY COOLING

Explored quality of processing surface of details from hard-processed material. Received dependencies, installing intercoupling between the temperature of cutting, velocity of cutting and quality surface.

Quality of surface, velocity of cutting, temperature of cutting

К современной продукции машиностроения предъявляют всё более жесткие требования по качеству, надёжности и долговечности агрегатов и узлов, что ведет к применению новых материалов с высокими эксплуатационными свойствами, такими как: жаропрочность, жаростойкость, высокопрочность, кислотостойкость, износостойкость и пр. В основном та-

кие материалы являются труднообрабатываемыми, характеризуются повышенным теплообразованием в зоне резания, что влияет на стойкость режущих материалов и ограничивает диапазон применимых скоростей, следовательно, возрастает время на обработку и увеличивается себестоимость изготовления.

Для компенсации неблагоприятных факторов, связанных со свойствами труднообрабатываемых материалов, на первый план выходят способы оптимизации и модернизации производства с применением методов обработки, основанных на структурных изменениях обрабатываемого материала в процессе резания и увеличении производительности за счёт повышения скорости обработки.

Существует множество способов изменения структуры обрабатываемого материала, например термические (высокотемпературные и низкотемпературные), химическо-термические, магнитные, облучение малыми дозами гамма-квантов или электронов и другие способы, а также различные их комбинации [1].

Одним из способов воздействия на физические свойства материалов является предложенный метод высокоскоростной обработки с дополнительным охлаждением, подробно рассмотренный в [3].

Теоретические и экспериментальные исследования в области тепловых явлений возникающих при ВСО с предварительным охлаждением, показали:

- При высокоскоростном точении с дополнительным охлаждением титановых сплавов с увеличением скорости резания с 80 до 120 м/мин происходит снижение теплового потока на 8,5 - 11,2 %.

- Предварительное охлаждение заготовки от 293°К (+20°С) до 250°К (-20°С) снижает тепловую нагрузку на 5,34 - 8,7%.

- Совокупное снижение температуры в зоне резания составляет 15 - 19%.

- Температурный запас позволяет увеличивать скорость обработки титана (температурное ограничение для титановых сплавов - возгорание пыли при 1400°С, возгорание стружки при 1600°С).

Однако процесс формирования шероховатости поверхности, образующейся после ВСО с предварительным охлаждением, требует детального изучения.

Шероховатость обработанной поверхности определяется наличием в профиле периодической и случайной составляющих. Периодическая составляющая профиля шероховатой поверхности зависит от геометрии режущего инструмента, способа его заточки, режимов резания и колебаний в зоне резания. Случайная составляющая зависит от интенсивности протекания пластических деформаций при резани и режимов обработки, механических свойств обрабатываемого материала, геометрии режущего инструмента. Известны зависимости, выражающие численную величину различных структурных составляющих профиля шероховатой поверхности от различных факторов при традиционных способах механообработки [2].

В случае ВСО с дополнительным охлаждением данные закономерности не работают, поскольку имеет место изменение механических свойств обрабатываемого материала. В работах Степанова Г.В., Насад Т.Г. и др. приведён анализ высокоскоростного резания, при котором был выявлен эффект охрупчивания, также из материаловедения и работ, проведённых Кумабе Д. по исследованию низкотемпературного резания, был подтверждён эффект низкотемпературного охрупчивания у углеродистых сталей (ОЦК-решётка) при (-18°С) - (-20°С). В обоих направлениях исследования результатом охрупчивания стало уменьшение доли пластической деформации при формировании шероховатой поверхности при резани с высокими скоростями, также и при резании с низкими температурами, следствием стало уменьшение доли случайной составляющей.

В ходе проведённой работы было исследовано совокупное влияние скорости и предварительного охлаждения заготовки на качество поверхности таких марок стали как Ст45,

30ХГСН и ВТ2-1. На рис. 1 приведены профилограммы, снятые с образцов марки ВТ2-1 при ВСО без охлаждения и при ВСО с дополнительным охлаждением. Изучение обработанной поверхности показало:

- чёткий след режущего клина, расположенный на величину подачи;

- в профиле в обоих случаях преобладание периодической составляющей.

Рис. 1. Профилограммы ВТ2-1 V - 100 м/мин, S - 0.2 об/мин, t - 0,5 мм

На основании проведенных экспериментов была выявлена зависимость шероховатой поверхности от режимов и температуры заготовки, полученная методом планирования экспериментов с преобразованием исследуемого параметра и факторов. В результате уравнение линейной регрессии, выраженное через действительные значения исследуемых параметров, будет иметь вид Для Ст45:

t - Tp V - К»

Rz = 10,031 + (-1,156) х-+ (-0,987) х-^ m

T - T  V - V

cp min cp min

Для сплава ВТ2-1:

T - T V - V

Rz = 6,225 +

T - T V - V

cp min cp min

Для 30ХГСН:

T - Tp V - VCD Rz = 10,3925 +

Tcp Tmin Vcp Vmin

где T - температура заготовки, V - скорость резания.

На рис. 2 приведены зависимости шероховатости от скорости резания и температуры заготовки экспериментальные и их аппроксимации.

Rz жм

10

RzBii-1 8 ♦ ♦ ♦

RzBt2-1dx 6

л л л

М1(+20) 4

М2(-20) - 2

Rz жм

104 112 120 V м мин

104 112 120 V »' мин

104 112 120 V м мин

а б в

Рис. 2. а) экспериментальные данные для ВТ2-1; б) экспериментальные данные для 30ХГСН;

в) экспериментальные данные для СТ45 ♦♦♦ - без охлаждения  - с охлаждением,

графики 1, 2 - аппроксимации

Выводы

1. При ВСО с дополнительным охлаждением наблюдается снижение шероховатости 1,5 ^ 2 раза по сравнению с ВСО без охлаждения.

2. Чёткий след режущего клина, расположенный на величину подачи и преобладание периодической составляющей.

3. Параметры качества обработки после ВСО с дополнительным охлаждением прогнозируемы и следовательно управляемы.

ЛИТЕРАТУРА

1. Насад Т.Г. Высокоскоростная обработка труднообрабатываемых материалов / Т.Г. Насад, И.Е. Кирюшин, Д.Е. Кирюшин. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2009. 148 с.

2. Насад Т.Г. Влияние теплового фактора на формирование качества поверхности деталей при высокоскоростной обработке с фрикционным нагревом зоны резания / Т.Г. Насад, А.А. Шевченко // Технический вуз - наука, образование и производство в регионе: материалы Всерос. науч.-техн. конф. / Тол. гос. ун-т. Тольятти, 3-4 октября 2001 г. Тольятти, 2001. С. 79-85.

3. Седов Д.И. Повышение эффективности обработки титановых сплавов за счёт предварительного охлаждения / Д.И. Седов, Т.Г. Насад // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2011. №1(52). Вып. 1.С. 88-96.

Насад Татьяна Геннадиевна -

доктор технических наук, профессор, заведующая кафедрой «Технология и оборудование электрофизических и электрохимических методов обработки» Энгельсского технологического института Саратовского государственного технического университета

Nasad Tatiyana Gennadievna -

Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department of «Technology and Equipment of Electro-chemical and Electro-physical Processing Methods» of Engels Technological Institute (branch) of Saratov State Technical University

Седов Дмитрий Игоревич -

аспирант кафедры «Технология и оборудование электрофизических и электрохимических методов обработки» Энгельсского технологического института Саратовского государственного технического университета

Статья поступила в редакцию 16.05.2011, принята к опубликованию 24.06.2011

Sedov Dmitrij Igorevich -

post-graduate faculty «Technology of Electrochemical and Electro-physical Processing Me-thods» of Engels Technological Institute (branch) of Saratov State Technical University