Малафеев Ю.М., к.т.н.,
доц., Приходько Д.Н., студ.
Национальный технический
университет Украины «КПИ», г. Киев
Определение марки инструмента и его
стойкости при обработке пермаллоя 50Н
Выбор марки режущего инструмента для обработки
магнитно-мягких материалов в первую очередь связан с влиянием его на
эксплуатационные и качественные характеристики этих сплавов. Если к
эксплуатационным характеристикам сплавов можно отнести усталостную прочность,
коррозионную стойкость, контактную жесткость, износостойкость и т.д., то
качественные характеристики пермаллоя 50Н в первую очередь связаны с
микротвердостью поверхностного слоя, степенью наклепа, шероховатостью
поверхностного слоя и магнитными свойствами.
Условия обработки, зависящие от вида
обрабатываемого материала, вида выполняемой операции, режима резания, требуют
оптимального выбора марки инструмента. Большое число инструментальных
материалов – быстрорежущих сталей, твердых сплавов, безвольфрамовых твердых сплавов,
минералокерамики, сверхтвердых материалов, усложняют эту задачу. Поэтому в
качестве исследуемых материалов были выбраны твердые сплавы, безвольфрамовые
твердые сплавы, минералокерамика групп «Р», «М» и «К» по международной
классификации JSO, рекомендуемые для получистового и чистового точения. Так как каждая группа инструментальных
материалов имеет свои особенности и отличается друг от друга по
физико-механическим характеристикам, то без предварительного их оценивания
обойтись невозможно [1,2,3,4,5,6,7].
В процессе механической обработки режущие
инструменты подвергаются различным видам износа как по передней, так и по
задней поверхностям. Это существенно может изменять геометрию инструмента, условия обработки и его стойкость [2,3,7].
Стойкость инструмента в существенной мере будет зависеть от правильного
сочетания марки обрабатываемого и инструментального материалов, их механических
и теплофизических характеристик, геометрии инструмента, марки СОЖ, вида
выполняемых операций, назначаемых режимов резания. На первом этапе исследования
выбор марки инструментального материала проводился с использованием
статистического метода проверки значимости среднего значения разности пар
значений с помощью t-критерия
Стьюдента. Проведенная статистическая оценка позволяет записать
следующий ранжированный ряд инструментальных материалов в порядке увеличения
падения максимальной магнитной проницаемости, взятой в качестве оценочного
параметра:
КНТ16 –
ТМ1 – ТН20
– ВОК60 – ЦМ332 – Т30К4 – Т15К6 – Т14К8 – ТТ10К8Б – Т5К10 – ВК8 – ВК4.
Из анализа полученных данных видно, что лучшие
результаты показали представители группы безвольфрамовых твердых сплавов. В
ранжированном ряду эта группа материалов выделена.
В нашем случае мы ограничены процессом тонкого
точения с целью замены операции шлифования пермаллоя 50Н инструментом из КНТ16,
который лучше всего зарекомендовал себя на первом этапе исследования.
Предварительные эксперименты тонкого точения инструментом КНТ16 с малыми
толщинами среза позволили установить, что превалирующий износ резцов происходит
по задней поверхности, а это может быть объяснено следующим:
- радиус закругления режущей кромки при малых
толщинах среза соизмерим с толщиной среза;
- при тонких стружках возрастает относительное
значение упругой деформации поверхностного слоя;
- из-за наличия усадки стружки путь трения по
задней поверхности больше, чем по передней [1].
Это, в свою очередь, приводит к увеличению сил
резания и повышению температуры в зоне
контакта инструмента с обрабатываемым материалом [2,3,7]. Стойкость инструмента
характеризует его режущие свойства и определяется периодом времени в минутах
между двумя переточками. Являясь важным фактором, стойкость влияет на
производительность и себестоимость обработки резанием. При увеличении
стойкости, производительность будет уменьшаться за счет снижения режимов
резания и, наоборот, при увеличении режимов резания, стойкость будет снижаться.
Поэтому, назначая соответствующий период стойкости необходимо исходить из
конкретных условий обработки.
С целью определения зависимости стойкости от
режимов резания были проведены стойкостные испытания. Величина критического
износа была принята равной hз=0,15 мм, т.к.
проведенные на первом этапе эксперименты показали, что большее увеличение его
влечет за собой резкое падение магнитных характеристик. Это может быть
объяснено тем, что в нашем случае силовой фактор превалирует над температурным
и разупрочнение (возврат) металла за счет температур, развиваемых в зоне
резания, происходит не полностью. В
результате этого микротвердость (степень наклепа), формируемая в поверхностном
слое будет существенно влиять на физико-механические характеристики (в том
числе и магнитные) обрабатываемого материала [8,9,10,11,12,13,14,15,16].
Для исследования влияния скорости резания,
подачи и износа на стойкость инструмента нами был реализован план эксперимента
33. Глубина резания оставалась постоянной t=0,2 мм, а скорость V
м/мин., подача S мм/об. и величина износа hз
мм варьировалась на трех уровнях.
При статистической обработке результатов эксперимента
[17] была получена следующая математическая модель стойкости инструмента из
КНТ16, выражающая зависимость от режима резания (скорости, подачи и износа), в
натуральном виде:
(1)
На основании анализа полученной модели стойкости
(1) можно сделать следующие выводы:
1. Воспроизводимость
результатов эксперимента высокая.
2. Математическая модель
(1) адекватно описывает результаты эксперимента.
3. На стойкость инструмента
из КНТ16 в большей степени влияет скорость резания V, затем износ
инструмента hз и подача S.
4. Это объясняется
возрастанием температуры при увеличении скорости резания, которая будет
вызывать увеличение работы резания. Это в свою очередь, вызывает интенсивный
износ инструмента, а следовательно, уменьшает его стойкость, что наглядно видно
из полученного уравнения (1). Увеличение подачи на стойкость инструмента
оказывает меньшее влияние, чем скорость. Вместе с тем, увеличение подачи также
вызывает снижение стойкости за счет
возрастания работы резания и тепловыделения.
5. Наблюдается увеличение
магнитных потерь в обрабатываемых образцах из сплава 50Н, обрабатываемых
твердосплавным инструментом. А с увеличением процентного содержания карбидной
составляющей вольфрама в инструменте увеличивались и магнитные потери
обрабатываемого материала.
6. Полученная стойкостная
зависимость (1) позволяет для заданного режима резания и заданной величины
износа прогнозировать стойкость инструмента из КНТ16 при чистовом точении
деталей из сплава 50Н.
Список
литературы:
1.
Ящерицын
П.И., Еременко М.Л., Жигалко Н.И. Основы резания и режущий инструмент. - Минск:
Вышейшая школа, 1975.-527с.
2.
Макаров
А.Д., Мухин В.С., Шустер Л.Ш. Износ инструмента, качество и долговечность
деталей из авиационных материалов. – Уфа, 1974. – 371с.
3.
Лоладзе
Т.Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента. – М.: Машиностроение,
1982. – 320с.
4.
Трент
Е.М. Резание металлов. М.: Машиностроение, 1980. – 263с.
5.
Армарего
И. Дж., Браун Р.Х., Обработка металлов
резанием. М.: Машиностроение, 1977. – 325с.
6.
Филоненко
С.Н. Резание металлов. К.: Техніка, 1975. – 230с.
7.
Грановский
Г.И., Грановский В.Г. Резание металлов. М.: Высшая школа,1985. – 304с.
8.
Колесов
И.М. Основы технологии машиностроения. – М.: Машиностроение. В 2-х. т., 1977.
9.
Технология
машиностроения. Под ред. А.М. Дальского. В 2-х. т. – М.: Изд – во МГТУ им. Н.Э.
Баумана, 1998.
10. Маталин А.А. Технология
машиностроения. – Л.: Машиностроение, 1985. – 472 с.
11. Клепиков В.В., Бодров
А.Н. Технология машиностроения. – М.: ФОРУМ. 2008. – 864 с.
12. Рыжов Э.В., Суслов А.Г.,
Федоров В.П. Технологическое обеспечение эксплуатационных свойств деталей
машин.– М.: Машиностроение, 1979.–176 с.
13. Демкин Н.Б., Рыжов Э.В.
Качество поверхности и контакт деталей машин. – М.: Машиностроение, 1981. – 244
с.
14. Суслов А.Г.,
Технологическое обеспечение параметров состояния поверхностного слоя детали М.:
Машиностроение, 1987. – 207 с.
15. Маталин А.А. Качество
поверхности и эксплуатационные свойства деталей машин. – М. – Л.: Машгиз, 1956.
– 252 с.
16. Маталин А.А. Технология
механической обработки. – Л.: Машиностроение, 1977. – 462 с.
17. Закс Л. Статистическое оценивание.
– М.: Статистика, 1976. – 598с.
