Минимальная толщина недеформированной стружки при нанообработке

Технология и мехатроника в машиностроении

В спиральном процессе (ББО-ЛРМ) в центр потока рабочей абразивной среды с низкой вязкостью помещают винт со спиралью или поворачивающиеся различной формы крошечные стержни для улучшения качества поверхности [4].

В центробежном процессе (СРЛАРМ) [5] уменьшение шероховатости поверхности достигается за счет центробежной силы, вызываемой абразивным стержнем для усиления абразивного потока при обработке.

Ротационный процесс (Я-ЛРР) [6] разработан для повышения количества активных абразивных зерен в процессе отделки, для улучшения скорости процесса и интенсивности съема материала. По мнению зарубежных ученых, все три варианта вращения: вращение стержня, винта, сверла вблизи средней оси среды, имеют малую область применения и вероятность взаимодействия.

Совершенствование и новшества установок и приспособлений для абразивно-экструзионной обработки будут учтены при проектировании установок, приспособлений, подборе абразивной среды, контроле и управлении устройствами и проектировании технологического процесса полирования.

Библиографические ссылки

1. Роадес Л. Дж., Кохут Т. А., Нокович Н. П., Ян-да Д. В. Однонаправленная абразивно-экструзионная обработка. Патент США № 5367833, 29 нояб. 1994.

2. Роадес Л. Дж., Кохут Т. А. Реверсивная однонаправленная абразивно-экструзионная обработка. Патент США № 5070652. 10 дек. 1991.

3. Роадес Л. Дж. Орбитальная и/ или обратная обработка вязкой пластической среды. Международный патент № WO 90/05044, 17 мая 1990.

4. Биинг-Хва Ю., Хсин-Джи Т. Отделочные эффекты метода спиральной полировки на поверхности

после микропритирки // Международный журнал станков и производства. 2007. № 47. С. 920-926.

5. Валиа Р. С., Шань Х. С., Кумар П. Влияние обеспечения вращающегося стержня внутри полой цилиндрической заготовки на удаления материала в абразивно-экструзионной обработке // Труды 21 конф. AIMTDR. Веллор, Индия, 2004. С. 143-148.

6. Рави Шанкар М., Джейн В. К., Рамкумар Д. Экспериментальные исследования вращающейся заготовки при абразивно-экструзионной обработке // Износ. 2009. № 267. С. 43-51.

References

1. Rhoades L. J., Kohut T. A., Nokovich N. P., Yanda D. W. Unidirectional abrasive flow machining, US patent по. 5367833, 29 November 1994.

2. Rhoades L. J., Kohut T. A. Reversible Unidirectional AFM, US patent по. 5070652, 10 December 1991.

3. Rhoades L. J. Orbital and or reciprocal machining with a viscous plastic medium, International patent no. WO 90/05044, 17 May 1990.

4. Biing-Hwa Y., Biing-Hwa Y., Hsinn-Jyh T. Finishing effects of spiral polishing method on micro lapping surface // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2007. no. 47, p. 920-926.

5. Walia R. S., Shan H. S., Kumar P. Effect of providing a rotating rod inside the hollow cylindrical workpiece on the material removal in AFM. Proceedings of 21st AIMTDR Conference. VIT, Vellore, India, 2004, p. 143-148.

6. Ravi Sankar M., Jain V. K. Ramkumar J. Experimental Investigations into rotating workpiece abrasive flow finishing. Wear. 2009. no. 267, p. 43-51.

© Кочкина Г. В., Зверинцев В. В., Зверинцева Л. В., 2014

УДК 539.422.33: 62-294-2

МИНИМАЛЬНАЯ ТОЛЩИНА НЕДЕФОРМИРОВАННОЙ СТРУЖКИ ПРИ НАНООБРАБОТКЕ

Г. В. Кочкина, Л. В. Зверинцева

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Е-mail: kochkina@gmail.com

Показана зависимость минимальной толщины недеформированной стружки от радиуса режущей кромки инструмента и сил резания при нанообработке.

Ключевые слова: минимальная толщина недеформированной стружки, нанообработка, радиус режущей кромки, сила резания.

MINIMUM UNDEFORMED CHIP THICKNESS AT THE NANOMACHINING

G. V. Kochkina, L. V. Zverintseva

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russian Federation Е-mail: kochkina@gmail.com

Решетневскуе чтения. 2014

The relationships between the minimum thickness of the undeformed chip on the radius of the cutting edge of the tool and cutting forces at the nanomachining are proposed.

Keywords: minimum undeformed chip thickness, nanomachining, cutting edge radius, cutting force.

Минимальная толщина недеформированной стружки представляет особый интерес в нанообработ-ке, так как это высокоточный процесс механической обработки. Для определения величины шероховатости при токарной обработке в 1996 г. Грзелик [1] использовал минимальную толщину недеформированной стружки. Предполагалось, что разница между теоретической и фактической величиной шероховатости поверхности связана с адгезией в области контакта стружки и режущего инструмента и что минимальная недеформированная толщина стружки зависит от перехода от грубого процесса резания к микрорезанию. Минимальная недеформированная толщина стружки будет определяться минимальным атомным расстоянием в пределах заготовки. Но в сверхпрецизионных методах обработки она во многом зависит от остроты алмазного режущего инструмента, технических характеристик высокоточного металлорежущего станка и окружающей среды обработки.

В работе [2] в результате алмазного точения цветных металлов была достигнута минимальная неде-формированная толщина стружки до 1 нм на высокоточном металлорежущем станке с помощью специально подготовленного алмазного режущего инструмента. Ниже показано стружкообразование монокристаллического алюминия с радиусом режущей кромки инструмента 1,57 нм (см. рисунок). Стружкообразо-вания не наблюдается, когда толщина недеформиро-ванной стружки составляет 0,25 нм, а при толщине недеформированной стружки в 0,26 нм формирование стружки становится очевидным. В нанообработке, когда глубина резания очень мала, формирование стружки связано с условиями воздействия сил резания на переднюю поверхность инструмента. Как правило, формирование стружки в основном зависит от тангенциальной силы резания.

а б

Моделирование молекулярной динамики минимальной недеформированной толщины стружки [3]: а - толщина недеформированной стружки 0,25 нм; б - толщина недеформированной стружки 0,26 нм

Нормальная сила резания мало влияет на формирование стружки, так как она имеет тенденцию воздействовать на атомы поверхности с целью проникновения в объем заготовки. Согласно теории стружка формируется при условии, что тангенциальная сила резания больше нормальной силы. Отношения между минимальной толщиной недеформированной стружки, радиусом режущей кромки и силами резания изучаются с помощью моделирования молекулярной динамики (результаты см. в таблице).

Данные показывают, что минимальная толщина недеформированной стружки составляет примерно от 1/3 до 1/6 от радиуса режущей кромки инструмента. Формирование стружки возможно, когда отношение тангенциальной силы резания к нормальной силе резания больше, чем 0,92.

Зависимость минимальной толщины недеформированной стружки от радиуса режущей кромки инструмента и сил резания

Радиус режущей кромки, нм 1,57 1,89 2,31 2,51 2,83 3,14

Минимальная толщина недеформированная стружки, нм 0,26 0,33 0,42 0,52 0,73 0,97

Отношение минимальной толщины недеформированной стружки к радиусу режущей кромки инструмента 0,17 0,175 0,191 0,207 0,258 0,309

Отношение тангенциальной силы резания к нормальной силе резания 0,92 0,93 0,92 0,92 0,94 0,93

Библиографические ссылки

1. Грзелик В. Пересмотренная модель для прогнозирования шероховатости поверхности в повороте // Износ. 1996. № 194. С. 143-148.

2. Икава Н., Шимада С., Танака Х. Минимальная толщина резания в микрообработке // Нанообработка. 1992. № 3(1). С. 6-9.

3. Ченг К., Луо К., Вард Р., Холт Р. Моделирование и симуляция износа инструмента при нанометро-вом резании // Износ. 2003. № 255. С. 1427-1432.

References

1. Grzesik W. A revised model for predicting surface roughness in turning. Wear. 1996, no. 194, p. 143-148.

2. Ikawa N., Shimada S., Tanaka H. Minimum thickness of cut in micromachining (1992) Nanotechnology, 3(1). doi:10.1088/0957-4484/3/1/002.

3. Cheng K, Luo X, Ward R, Holt R., Modelling and simulation of the tool wear in nanometric cutting. Wear. 2003, no. 1 (23), p.1427-1432.

© KoHKHHa r. B., 3BepHH^Ba .H. B., 2014