Влияние способа подвода и давления охлаждающей жидкости на температуру резания при сверлении сталей быстрорежущими сверлами

ИЗВЕСТИЯ ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

Том 225 1972

ВЛИЯНИЕ СПОСОБА ПОДВОДА И ДАВЛЕНИЯ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ НА ТЕМПЕРАТУРУ РЕЗАНИЯ ПРИ СВЕРЛЕНИИ СТАЛЕЙ БЫСТРОРЕЖУЩИМИ СВЕРЛАМИ

Д. В. КОЖЕВНИКОВ, Ю. В. ЩЕПЕТИЛЬНИКОВ

Процесс сверления сопровождается интенсивным выделением тепла, источником образования которого служит пластическая деформация обрабатываемого металла при переходе его в стружку и трение на контактных поверхностях инструмента и изделия.

Температура резания тесно связана со всеми физическими явлениями, сопровождающими процесс резания металлов, и оказывает решающее влияние на износ и стойкость режущего инструмента. Специфические услови'я процесса сверления (переменность скорости резания и геометрии по длине режущих кромок, затрудненный отвод стружки) значительно осложняют картину теплообразования и распределения температуры. Кроме того, закрытый характер протекания процесса резания при сверлении приводит в результате длительного контакта стружки, несущей основную долю образующегося тепла, с корпусом сверла к дополнительному его нагреву.

С целью снижения температуры резания сверление сталей производят с подводом смазочно-охлаждающей жидкости. Однако применяемый обычно при сверлении метод охлаждения — свободный полив сверху — малоэффективен, так как охлаждающая жидкость прежде всего встречается с нагретой стружкой и вращающимся корпусом сверла, препятствующим ее проникновению в зону резания. На стойкость инструмента оказывает влияние главным образом теплота резания, концентрирующаяся 'в поверхностных слоях режущего инструмента, в зоне контакта его со стружкой и обрабатываемым материалом. Именно отсюда нужно в первую очередь интенсивно отводить тепло. Теплофизиче-ским анализом доказано, что наибольшее снижение температуры резания достигается тогда, когда охлаждающая среда прежде всего встречает на своем пути инструмент, а затем уже стружку и изделие [1]. При сверлении это условие выполняется в полной мере только в случае подвода охлаждающей жидкости непосредственно в зону резания через внутренние отверстия в сверле.

Исследования, проведенные в лаборатории резания металлов ТПИ сверлами из быстрорежущей стали Р9 диаметром 23 мм с прокатанными отверстиями (конструкция ВНИИ) на различных по своим физическим свойствам сталях, убедительно подтверждают сказанное.

Опыты были проведены на модернизированном вертикально-сверлильном станке 2А150. Измерение температуры резания проводилось ме-98

^оДбм естественной термопары при сверлении сталей 45Г17ЮЗ, ЭИ—316, Х25СНЗД, 1Х18Н9Г, ст. 45, ст. 20. Схема установки для измерения температуры резания представлена на рис. 1. Охлаждающая жидкость подводилась в зону резания под давлением до 45 кг/см2 от специальной насосной станции через патрон 1, закрепленный иа шпинделе станка, н отверстия в сверлах. Чтобы избежать возникновения паразитных термопар, зона сверления изолировалась о^ окружающего пространства за-

Рис. I

щитным кожухом 2, охлаждающая жидкость из которого отводилась через отверстия в бак, не (связанный .со стаканам. Термоэдс, возникающая в процессе резания между сверлом и заготовкой 6, снималась с медного кольца 3> закрепленного/на шпинделе станка, меднографитовыми

7*. ^ 99

щётками 4 и регистрировалась малоинерционным милливольтметром 5' 'типа М 136/А с ценой деления 0,05 ту.

' Измерения проводились на острозаточенных сверлах, угол при вер-йине 2<р=120о, задний угол а=12°. Охлаждающая жидкость—5 °£-ный раствор эмульсола в воде.

Результаты измерений температуры резания при скорости, 21,2 м/мип в зависимости от давления охлаждающей жидкости, для всех сталей представлены на рис. 2. Из анализа приведенных зависи-

Ыкрла из Р9 ч> гз тт :

V -- 21? т/тин 5 = 015 """/об (з - ст  .. -

* - ст 20 о - Х15СНЗ-Д

0 • за Ш

о - 1Х18Н9Т Ш!?И>3-

10 1У ?!) 25 50

Лайпение охлаждающей Жидкости

Р КГ/шг

Рис. 2

мостей следует, что наибольшее снижение температуры резания наблюдается, в случае замены охлаждения поливом подводом ' охлаждающей жидкости непосредственно в зону резания. При увеличении давления охлаждающей жидкости температура резания вначале продолжает, уменьшаться и при достижении какого-то «критического» для данного материала и. режима резания значения в дальнейшем остается практически неизменной. Причем эта «критическая величина» давления больше для сталей с меньшей теплопроводностью; Так для стали 45Г17ЮЗ это около 25 кг/'ем2, а для стали 45 температура резания остается практически неизменной, уже начиная с давления 5 кг/см2. Поэтому при одинаковых режимах сверления сталей с различной теплопроводностью разя пость в температуре резания уменьшается с ростом давления (табл. 1).

Таблица 1

Вид , , охлаждения Полив 1  кг ¡см2 5 кг/ел2- ' г : .  ! 15 кг!см- 25 кг ¡см2 35 кг ¡см2 45 кг! см2

Разность температуры при сверлении ст. 45Г17ЮЗ и ст. 45 446° 356° 268° 252° 245°  V ' 240° 235°

Следовательно, сверление жаропрочных и нержавеющих сталей, обладающих худшей, по сравнению с конструкционными материалами, теплопроводностью, следует вести при большем давлении охлаждающей жидкости в подводящей системе, чем при сверлении конструкционных сталей.

При увеличении скорости резания температура резания для всех сталей увеличивается более интенсивно в случае сверления без подвода охлаждения и при охлаждении поливом. При внутреннем охлаждении с увеличением давления охлаждающей жидкости на всех скоростях резания, наблюдается снижение температуры, при этом интенсивность такого снижения по мере увеличения давления охлаждающей жидкости уменьшается (рис, 3).

Значительное снижение температуры резания в случае замены охлаждения внутренним напорным поливом обеспечивает существенное

Рис. 3

повышение стойкости сверл. Как показали проведенные в дальнейшем стойкостные исследования, стойкость быстрорежущих сверл при сверлении сталей 1Х18Н9Т и 45Г17ЮЗ в случае замены охлаждения поливом внутренним при давлении охлаждающей жидкости 25 кг/см2 увеличивается в 20—25 раз.

Выводы

1. Подвод охлаждающей жидкости под давлением в зону резания через внутренние отверстия в сверле обеспечивает значительное снижение температуры резания особенно при сверлении сталей с низкой теплопроводностью.

2. Величина давления охлаждающей жидкости, обеспечивающая наибольшее снижение температуры по сравнению с подачей ее поливом тем выше, чем ниже теплопроводность обрабатываемого материала. :

ЛИТЕРАТУРА

1. 'А. Н. Резников. Конструирование и практика внедрения^высокостойких режущих инструментов. «Машиностроитель», НТО Машпром, № 6, М., 1966.