В трущихся парах металлорежущих станков возникают электрические явления, прямо или косвенно влияющие на условия работы и износ всех элементов технологической системы. Установлено, что в подавляющем большинстве случаев металлообработки прохождение электрического тока во внешней по отношению к источнику электрической энергии, генерируемой контактом инструмент-изделие, электрической цепи, замыкающейся по контуру: инструмент – изделие – станок – инструмент, интенсифицирует износ инструмента и повышает шероховатость обработанной поверхности изделия. Повышение электрического сопротивления станка или размыкание внешней цепи электрического тока, которое достигается, например, путем изоляции инструмента от массы станка приводит к повышению стойкости инструмента и класса шероховатости обработанной поверхности

Физические основы и механизм такого влияния электрических явлений до настоящего времени еще недостаточно изучены. В частности, открытым остается вопрос о влиянии проводимости внешней электрической цепи станка на коэффициент усадки стружки, являющийся одним из показателей, составляющих основу современных представлений о физических процессах, происходящих при резании металлов. Встречающиеся в литературе сведения по этому вопросу, диаметрально противоположны: одни авторы говорят о том, что размыкание внешней цепи снижает, а другие, наоборот – повышает.

На наш взгляд, противоречивость ранее полученных результатов во многом связана с архаичностью и недопустимо низкой точностью существующих методов определения К и их непригодностью для проведения весьма тонких исследований, к которым несомненно относятся исследования влияния электрических явлений, сопутствующих процессу резания.

До сего дня К определяют двумя, ставшими классическими методами [1], используя выражение

, (1)

где L и L_c – соответственно длина срезаемого слоя и средняя длина стружки; a и b – соответственно толщина и ширина срезаемого слоя; a_c и b_c – соответственно толщина и ширина стружки.

Первый метод предусматривает измерение средней длины L_с стружки и расчет коэффициента с использованием левой части формулы: . Этот метод часто требует применения специального образца и область его применения ограничена обработкой пластичных материалов в условиях, при которых может быть получена непрерывная стружка в пределах всей длины L срезаемого слоя.

Второй – весовой метод нахождения К, использующий правую часть формулы (1), базируется на косвенном определении площади поперечного сечения стружки посредством использования справочных значений плотности обрабатываемого, еще недеформированного материала изделия, определения массы G кусочков стружки произвольной длины путем их взвешивания на аналитических весах и измерения с использованием проекционной техники и гибкой нити их средней длины :

.

Весовой метод не нуждается в специальном образце, по сравнению с первым является более универсальным, но также отличается малой точностью и производительностью и для получения достаточно корректных результатов требует кусочков стружки длиной, не менее 10 – 20 мм [1].

Современные информационные технологии с использованием телевизионной и компьютерной техники, устраняют проблемы, связанные с прямым определением площади поперечного сечения стружки, позволяют устранить, либо минимизировать другие отмеченные выше недостатки и, в итоге повысить точность определения степени пластической деформации металла при резании.

Экспериментальные исследования по оценке влияния электрического сопротивления станка на коэффициент усадки стружки и износ инструмента проведены при продольном точении без применения СОЖ стали 38ХС на станке мод. 1К62. Резание выполнялось резцом с механическим креплением многогранной режущей пластины SNMM 150416 из твердого сплава марки МР1 производства SANDVIK – МКТС со скоростью резания V = 2,3 м/с; подачей S = 0,56·10^-3 м и глубиной резания t = 0,75·10^-3 м. Для снижения погрешностей, связанных с колебанием физико-механических свойств материала режущей пластины, в пределах всего исследования использовалась только одна режущая пластина, которая по мере эксперимента переустанавливалась в рабочее положение с одной вершины на другую. Для сохранения жесткости технологической системы СПИД неизменной в пределах всего эксперимента, резец изначально изолировался от массы станка, а его замыкание с массой станка выполнялось с помощью медной шины.

Рис. 1

На рис.1 показаны компьютерные снимки поперечного сечения (рис. 1а) и свободной боковой стороны (рис. 1б) сливной стружки. Из снимков видно, что в рассматриваемом, как и в наиболее общем для металлообработки случае [1], стружка имеет сложный профиль поперечного сечения и не является полностью монолитной. Она имеет гладкую контактную 1 и шероховатую, покрытую зазубринами примерно треугольной формы, свободную 2 стороны. Разделение сливной стружки на отдельные фрагменты происходит в опасных сечениях, которые проходят через дно впадины зазубрины. В поперечном сечении при этом наблюдаются две характерные площадки: более светлая А – площадка излома, с площадью, равной площади опасного, монолитного сечения стружки, и темная (окисленная) В – площадка выступа зазубрины на свободной стороне стружки. Учитывая треугольную форму зазубрин свободной стороны стружки, фактическая площадь ее поперечного сечения может быть определена как среднее арифметическое площади излома А и общей, включающей в себя излом А и выступ В зазубрины, площади стружки:

. (2)

Прямое определение фактической площади поперечного сечения стружки производится с помощью телекамеры, смонтированной на микроскопе, и компьютера, оснащенного ТВ-тюнером и программой расчета площадей. Авторами разработана такая программа, погрешность которой не превышает 1%.

Найденная по описанному методу, фактическая площадь поперечного сечения стружки позволила установить, что при резании стали 38ХС с выше приведенными режимами в обычных условиях обработки (при замкнутой внешней цепи) составляет 1,935, а при изоляции корпуса инструмента от массы станка (при разомкнутой внешней цепи) – 1,812. При этом максимальный износ главной задней поверхности режущей пластины при точении с замкнутой внешней цепью электрического тока по истечении 280 с. работы составил 0,487·10^-3 м. В то же время, при точении с разомкнутой, за счет изоляции корпуса инструмента от массы станка, внешней электрической цепью максимальный износ главной задней поверхности не превысил 0,297·10^-3 м.

Таким образом, увеличение электрического сопротивления станка, приводящее к размыканию внешней цепи электрического тока, при точении стали 38ХС на 6,8% снижает степень пластических деформаций срезаемого слоя и на 39% повышает стойкость инструмента из твердого сплава марки МР1.

Литература

1. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. – М.: Машиностроение, 1975. – 344 с.

http://www.ostu.ru/conf/tech2001/alex1/alex1.html