Автор: Т.Г. Ивченко, В.В. Польченко, А.В. Кузнецова
Источник: Машиностроение и техносфера ХХ1 века. Сб. трудов ХIII международной конференции в г. Севастополе 11-16 сентября 2006г. В 5-и томах. – Донецк: ДонНТУ, 2006.Т.2. – с. 64-67.
The theoretical and experimental investigation of cutting tools temperature used for in-creasing of reliability. The improvement of cutting tools effective exploitation is made by sub-stantiation of optimal cutting conditions.
Использование комбинированных методов обработки в современном машино-строительном производстве является одним из наиболее эффективных способов повышения производительности и качества изготовления машин. Одним из вариантов является комбинирование лезвийной и отделочно-упрочняющей обработок, причем в настоящее время наиболее распространено совместное точение и обкатывание наружных и внутренних поверхностей вращения, осуществляемое с применением комбинированных инструментов.
В современных исследованиях достаточно хорошо изучены основные закономерности обработки и формирования поверхностного слоя деталей, как при точении, так и при обкатывании [1], а также имеются сведения об особенностях процесса и выборе рациональных условий обработки при совместном точении и обкатывании [2]. Однако в этих исследованиях не затронуты вопросы возможного использования смазочно-охлаждающих технологических сред при комбинированной обработке, достаточно хорошо обоснованные для лезвийной обработки [3].
Цель представляемой работы – повышение эффективности комбинированной лезвийной и отделочно-упрочняющей обработки с использованием смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) и регламентация ее рациональных параметров.
В работе представлены результаты комплексного исследования взаимосвязей между параметрами комбинированной обработки при совместном точении и обкатывании с использованием СОЖ и оптимизации режимов обработки по критерию максимальной производительности. Комбинированная обработка осуществляется специальными инструментами, сочетающими в себе одновременно работающие режущие и деформирующие элементы, которые оказывают взаимное влияние, прежде всего, на температурное состояние деталей и инструментов, а также на формирование поверхностного слоя деталей. Подача СОЖ в зону обработки осуществляется свободным поливом или напорной струей, причем в инструментах для обработки внутренних поверхностей вращения для этих целей предусматриваются специальные каналы в оправке.
Первым этапом комплексного исследования комбинированной обработки является установление закономерностей формирования поверхностного слоя детали. Особенностью комбинированной обработки является необходимость учета одновременного влияния режимов обработки как на исходные параметры поверхностного слоя, образующиеся при лезвийной обработке, так и на окончательные, формируемые при отделочно-упрочняющей. В качестве примера на рис. 1 представлены графики зависимости среднеарифметического отклонения профиля Rа от подачи S при отделочно-упрочняющей Rаоу и комбинированной обработке Rак. При комбинированной обработке исходная шероховатость Rаи переменна и уменьшается с уменьшением подачи, в связи с чем, параметр шероховатости Rак, формируемый в результате обработки меньше, чем при обычной отделочно-упрочняющей обработке с постоянной исходной шеро-ховатостью. Следовательно, при комбинированной обработке для одних и тех же подач может быть достигнута меньшая шероховатость поверхностного слоя, чем при обычной отделочно-упрочняющей.
Рис.1. Графики зависимости параметра шероховатости Rа от подачи S
Теоретически и экспериментально обоснована возможность представления полу-ченной кривой Raк в степенном виде: Raк (S) = АSа. Разработана методика определения значений постоянного коэффициента А и показателя степени а для различных условий обработки.
Вторым этапом комплексного исследования комбинированной обработки является установление характера и степени влияния условий обработки на тепловое состояние лезвийного инструмента, характеризуемого температурой резания, так как именно лезвийный инструмент является лимитирующим при комбинированной обработке.
На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований обоснована степенная зависимость температуры резания ΘР от скорости резания V и подачи S с использованием СОЖ, учитываемой коэффициентом КТ: 
. Разработана методика определения коэффициентов CТ и КТ, а также показателей степени nТ , yТ для различных условий лезвийной обработки. На рис. 2 в виде линий уровня, на которых цифрами указана температура резания ΘР представлены зависимости температуры резания от скорости V и подачи S (условия обработки: сталь 45; КТ =1; резец Т15К6; передний угол γ =0; глубина резания t = 1мм; допустимый износ h =0,4мм). Для этих условий установлена зависимость: ΘР = 315V0,23 S0,14.
Рис. 2. Графики зависимости температуры резания ΘР от скорости резания V и подачи S
Использование СОЖ позволяет существенно снизить температуру в зоне резания лезвийным инструментом. В результате исследований установлены следующие зависимости:
Третьим этапом комплексного исследования параметров комбинированной лезвийной и отделочно-упрочняющей обработки является их оптимизация по критерию максимальной производительности с использованием метода линейного программирования. В качестве целевой функции рассматривается производительность обработки, определяемая основным временем to = L/ns с учетом длины обработки L, частоты вращения n и подачи s. Максимум производительности достигается при минимуме основного времени, или максимуме произведения n⋅s → max. Для оптимизации параметров совместного точения и обкатывания используются следующие основные ограничения:
(CV, KV – коэффициенты и xv, yv, m – показатели, характеризующие степень влияния глубины t, подачи S и стойкости T на скорость резания V);
.
При использовании СОЖ с регулированием величины коэффициента теплоотдачи α за счет выбора рациональных условий подачи жидкости в зону обработки, дости-гается возможность снижения температуры до предельно допустимого уровня Θдоп = 800°С, принимаемого из условия отсутствия структурно-фазовых превращений в по-верхностном слое детали, и снятия температурного ограничения.
С использованием метода линейного программирования с учетом указанных ограничений выполнен поиск оптимальные режимов совместной обработки точением и обкатыванием. Установлены аналитические выражения для определения оптимальных значений подачи Sопт и скорости обработки Vопт:
Таким образом, в результате проведенных исследований предложены аналитические зависимости для расчета оптимальных режимов комбинированной лезвийной и отделочно-упрочняющей обработки, обеспечивающие максимально достижимый уро-вень производительности при заданном качестве поверхностного слоя обрабатываемой детали с учетом использования СОЖ.