Предложена и экспериментально подтверждена расчетная зависимость для определения величины износа режущих лезвий инструмента.

Значительные изменения в технологии механической обработки в связи с внедрением новых инструментальных и обрабатываемых материалов, с введением программной обработки на станках с ЧПУ, необходимостью управления качеством обработанной поверхности, настоятельно требует разработки методов определения (прогнозирования) износа режущего инструмента.

1. Процессы механической обработки заготовок по своей физической сущности относятся к разряду необратимых термодинамических процессов, протекающих с рассеиванием энергии в технологической системе [1]. Рассеивание механической энергии, затрачиваемой на процессы деформирования, трения, разрушения и, соответствующая этой энергии скорость образования энтропии (обобщенный параметр), определяются как:

, (1)

где dS – изменения энтропии системы, Дж/К; Т – изменение средней абсолютной температуры, К; - производство избыточной энтропии системы, Вт/К; t - время, с.

Производство избыточной энтропии в единице объема разрушенного материала инструмента является мерой скорости (интенсивности) изнашивания [2].

Процесс резания – совокупность явлений: сдвига материала; пластического (турбулентного) течения материала в зоне пластического контакта; разрушения материала при отделении припуска от заготовок по линии среза у режущей кромки; трения задней поверхности лезвия с обработанной поверхностью. Таким образом, особенностью системы резания является наличие нескольких источников тепла и производства энтропии. Поскольку наиболее распространенным видом износа лезвий является износ задней поверхности (h_З), поэтому на величину h_З оказывают влияние не только процессы непосредственно происходящие на задней поверхности, но и процессы в зоне первичной и вторичной деформации за счет перераспределения тепловых потоков. Величину износа, либо скорость изнашивания, целесообразно определять с учетом отношения производства энтропии в системе резания в целом () и производства энтропии на задней поверхности лезвия ( ) [3].

2. Аналитическая зависимость для расчета величины износа лезвия по задней поверхности ( с учетом объема изношенного материала):

, (2)

где Р_Z – главная составляющая силы резания, Н; V – скорость резания, м/с;

Т_Р – средняя абсолютная температура резания, К; Т_S – температура плавления материала инструмента, К; D Н_Т – энтальпия плавления материала инструмента в твердом состоянии, при температуре плавления, Дж/м³; b – ширина срезаемого слоя, м; a - величина заднего угла режущего лезвия; η – коэффициент, учитывающий соотношения производства энтропии трения задней поверхности лезвия и энтропии резания в целом.

3. Проверка предложенной расчетной зависимости (2) выполнялась при следующих условиях резания. Материал инструмента – твердый сплав КНТ 16. Геометрические параметры лезвия: g =+8° , a =10° , j =j ₁=45° . Режим резания: t=1 мм, подача – S=0,1 м/об, скорость резания варьировалась от 0,96 м/с до 3,76 м/с.

Снимались кинетические кривые износа задней поверхности лезвия в функции времени резания – h_З =f(t ). Лезвие изнашивалось до величины износа h_З =0,5 мм. Графические зависимости экспериментальных данных приведены на рис.1 и 2.

Расхождение экспериментальных и расчетных данных по износу задней поверхности не превышает 10-13%. Таким образом, измеряя главную составляющую силы резания, либо мощность и температуру резания с учетом времени резания, определяется величина износа лезвия.

Список использованных источников

1. Кабалдин Ю.Г. Механизмы деформации срезаемого слоя и стружкообразование при резании.// Вестник машиностроителя, 1993. - №7. – с. 25-30.

2. А.А. Рыжкин, А.И. Филипчук, К.Г. Щучев, М.М. Климов. Термодинамический метод оценки интенсивности изнашивания трущихся материалов. Трение и износ. Т. III, №5. 1982. – с. 867-872.

3. Закураев В.В., Шивырев А.А. Термодинамические характеристики обрабатываемости и управление режимом резания.// Труды Международной научно-технической конференции “Технология – 2000” 28-30 сентября 2000, г. Орел, ОрелГТУ, ч. 2. – с. 147-150.

http://www.ostu.ru/conf/tech2001/zakuraev/zakuraev.html