Влияние кривизны срезаемого слоя на изнашивание резцов при токарной обработке заготовок из чугунов

УДК 621.941.1

ВЛИЯНИЕ КРИВИЗНЫ СРЕЗАЕМОГО СЛОЯ НА ИЗНАШИВАНИЕ РЕЗЦОВ ПРИ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКЕ ЗАГОТОВОК ИЗ ЧУГУНОВ

В.В. Иванов, Е.В. Сорокин

В статье рассматривается влияние величины кривизны срезаемого слоя на условия процесса резания при обработке чугунов. Приведены экспериментальные данные, которые подтверждают теоретические предположения о том, что при прочих равных условиях, обтачивание заготовок из хрупких материалов протекает в более благоприятных условиях, чем растачивание.

Ключевые слова: токарная обработка, кривизна срезаемого слоя, износостойкость токарных резцов, стружкообразование.

В работе [1] было показано, что при назначении скорости резания для операций обтачивания и растачивания стальных заготовок необходимо учитывать величину диаметра обрабатываемой поверхности, которая определяет кривизну срезаемого слоя. Кроме того, учитывается знак кривизны, определяемый видом обрабатываемой поверхности: цилиндрический вал или цилиндрическое отверстие. Экспериментально установлено, что в условиях наружного точения быстрее изнашиваются резцы при обработке заготовок меньшего диаметра. При растачивании, наоборот, обработка большего диаметра характеризуется более интенсивным изнашиванием резца. Сопоставление обтачивания и растачивания при прочих равных условиях указывает на большее изнашивание проходных резцов, чем расточных. Поэтому отличие в изнашивании данных инструментов при различных диаметрах и видах обрабатываемых поверхностей учитывается путем введения соответствующих поправочных коэффициентов при расчете скорости резания.

Установленные отличия в износостойкости токарных резцов в рассмотренных случаях обусловлены особенностями механизма сливного стружкообразования, характерного для резания пластичных материалов. При резании хрупких материалов наблюдается элементная стружка, или стружка надлома, механизм образования которой существенно отличается от сливного стружкообразования [2]. Поэтому вышеописанные результаты могут оказаться непригодными для обработки хрупких материалов, например, чугунов.

Для того чтобы разобраться в сложившейся ситуации, проанализируем схемы, представленные на рисунке, которые являются идеализированными схемами превращения срезаемого слоя в стружку для операций обтачивания (а) и растачивания (б). Режущий клин внедряется в заготовку и отделяет слой толщиной а, который превращается в стружку толщиной ас

(ас > а). При этом срезаемый слой характеризуется кривизной К, зависящий от радиуса обрабатываемой поверхности г (К = 1/г). Разрушение срезаемого слоя происходит по поверхности скалывания mn, когда запас пластичности материала обрабатываемой детали будет исчерпан. Из-за низкой пластичности хрупких материалов образуется короткий элемент стружки. Далее, этот процесс повторяется и т.д.

Рис. Схема сил, действующих на срезаемый слой: а - при обтачивании с разными диаметрами обработки;

б - при растачивании

На данных схемах, выполненных в одном и том же масштабе, принято, что сила стружкообразования Я для обтачивания и растачивания имеет одно и то же значение. Радиусы обработанной поверхности г при обтачивании и растачивании также одинаковые. Толщина стружки ас практически в два раза больше толщины срезаемого слоя а, что примерно соответствует коэффициенту усадки стружки, который для чугунов колеблется в пределах 1,5...2,5. Спроецировав силу Я на направление поверхности скалывания тп, можно заметить, что Роск > Ррск. Иными словами, для схемы наружного обтачивания на поверхности скалывания действует большая сила, что облегчает разрушение срезаемого слоя, т.е. его скалывания. Следовательно, при прочих равных условиях, обтачивание заготовок из хрупких материалов протекает в более благоприятных условиях, чем растачивание. Однако, этот вывод диаметрально противоположен выводу, сделанному для резания пластичных материалов в аналогичных условиях.

Для проверки справедливости сделанных выше умозаключений были проведены эксперименты по сравнению износостойкости проходных и расточных резцов при обработке заготовок из серого чугуна СЧ 21. Для устранения дефектов литья заготовки были предварительно обработаны со всех сторон. Измерение твердости показало, что она находится в пределах НВ 109.150.

В качестве инструмента использовали резцы, которые оснащали СМП формы 2008-0422 ТУ 48-19-307-80 (радиус при вершине Я = 0,4 мм) из твердого сплава МС3210 (К20 по ИСО). Передний угол установки СМП в корпусе резца составлял 0°. Углы в плане ф = ф1 = 60°. Обработку при обтачивании и растачивании проводили с одинаковыми режимами резания (п = 100 об/мин, б = 0,11 мм/об, X = 0,5 мм, без применения СОТС) и вылетом инструмента из резцедержателя 1 = 56 мм. В экспериментах была использована одна и та же СМП. Одна её вершина использовалась в опытах по обтачиванию, другая - в опытах по растачиванию. Это позволило свести до минимума существующий разброс режущий свойств в пределах партии СМП.

Растачивание заготовок длиной 50 мм начинали с диаметра 50 мм до 90 мм за 40 проходов. Обтачивание заготовки проводили в обратном порядке. Изменение скорости в экспериментах происходило в пределах V = 157.283 м/мин. Средняя скорость резания составила V = 220 м/мин, а суммарное время обработки - 17,6 мин. Наблюдения за характером изнашивания контактных поверхностей показало, что преимущественному износу подвергается задняя поверхность. Линейный износ задней поверхности при растачивании составил 0,33 мм, а при обтачивании - 0,09 мм. Для повышения достоверности результатов экспериментов при растачивании был сделан еще один опыт, для которого использовалась последняя третья вершина той же СМП. Растачивание проведено при меньшей частоте вращения шпинделя п = 800 об/мин. После 25 проходов суммарное время ра-

боты инструментов составило 15 минут, а износ задней поверхности 5 =

0,16 мм, это почти вдвое превышает износ проходного резца. При этом скорость резания изменялась от 126 до 186 м/мин ^ср = 156 м/ мин).

Таким образом, экспериментальные данные подтверждают теоретические предположения, сделанные выше, о более благоприятных условиях работы проходных резцов при резании хрупких материалов.

Влияние величины кривизны срезаемого слоя на условия процесса резания при обработке чугунов было проверено по температуре резания, оцененной по величине термо-ЭДС. Эксперименты проведены на другой чугунной заготовке (НВ 143.162) в виде ступенчатого вала с диаметром ступеней 37 и 74 мм. Для получения достоверных результатов резец и заготовку полностью изолировали от станка диэлектрическими прокладками. В качестве инструмента был использован резец С8РЯ 2020 М12 (ф = 75°), который оснащался СМП формы 2008-1211 по ТУ 48-19-307-80 (аналог по 180 8БОК 120308) из твердого сплава марки МС3210. Эксперименты проведены при глубине резания X = 0,5 мм. Результаты измерения термо-ЭДС при различных скоростях резания и подачах приведены в таблице.

Значения ЭДС при точении чугунных заготовок

Диаметр ступени, мм Термо-ЭДС, шУ

V, мм/мин

58 93 145 180 0, 07 0,11 0,15 0,21

37 2,5 3,0 4,2 5,0 2,7 3,0 3,4 4,1

74 2,6 3,6 4,7 5,6 3,2 3,5 4,3 5,2

Её анализ показывает, что точение заготовок меньшего диаметра протекает при меньшей температуре резания, свидетельствующей о более благоприятных условиях в этом случае. Этот вывод также согласуется с результатами анализа геометрической модели, которая графически представлена на рис. (а) с разницей в значении радиуса г обработанной поверхности в 2 раза. Большее значение силы Роск соответствует точению заготовки с меньшим диаметром.

Таким образом, несмотря на значительную идеализацию процесса превращения срезаемого слоя в стружку, положенного в основу геометрической модели, она точно выражает связь между величиной и видом кривизны поверхности резания и условиями скалывания при обработке хрупких материалов. Поэтому при назначении скорости резания для проходных и расточных резцов в случае обработки таких материалов необходимо вводить соответствующий поправочный коэффициент, учитывающий величи-

55

ну диаметра и вид обрабатываемой поверхности.

Список литературы

1. Иванов В.В. Влияние кривизны поверхности резания на основные характеристики процесса точения: монография / В.В. Иванов, Е.В. Сорокин, О.И. Борискин. Тула: Изд-во ТулГУ, 2008. 84 с.

2. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов / В.Ф. Бобров. М.: Машиностроение, 1975. 344 с.

Иванов В.В., д-р техн. наук, проф., helena8 a niail.ni. Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Сорокин Е.В., канд. техн. наук, доц., sev7107@rambler.ru. Россия, Тула, Тульский государственный университет

THE INFLUENCE OF THE CURVATURE OF THE CUT LAYER ON THE WEAR OF MACHINE TOOLS IN THE TURNING PROCESSING OF WORKPIECES MADE

OF CAST IRON

V.V. Ivanov, E.V. Sorokin

In the article the influence of the curvature of the cutting layer to the terms of the cutting process in the processing of cast iron. The experimental data confirm the theoretical assumption that, other things being equal, turning blanks of brittle materials occurs under more favorable conditions than boring.

Key words: machining, curvature cutting layer, endurance cutter, chip formation.

Ivanov V. V., doctor of technical sciences, professor, helena8a^mail.rн. Russia, Tula, Tula State University,

Sorokin E.V., candidate of technical sciences, docent, sev7107@rambler.ru. Russia, Tula, Tula State University