Теоретической основой управления температурой резания в представленной работе является аналитическое описание теплового состояния режущего инструмента в зависимости от параметров процесса резания и условий конвективного теплообмена с окружающей средой.

Сверхтвердые материалы на основе сверхтвердых модификаций нитрида бора, немного уступая алмазу по твердости, характеризуются высокой термостойкостью, ко-торая достигает 15000С, высоким сопротивлением термическим ударам и циклическим нагрузкам, а также слабым химическим взаимодействием с железом [1]. Установлено, что в процессе резания эльборовыми резцами стружкообразование, силы резания и теп-ловые явления имеют специфические особенности [2]. На усадку стружки, кроме ско-рости резания, подачи и твердости обрабатываемого материала, большое влияние ока-зывает износ резца. При обработке эльборовыми резцами закаленных сталей возникают высокие удельные силы и температуры резания, при которых резец достигает в некото-рых случаях красностойкости. Они влияют не только на стойкость инструмента, но и на точность и качество поверхностного слоя деталей через термические деформации.

Несмотря на достаточно большое количество исследований по использованию инструментов из сверхтвердых материалов, вопросы регламентации рациональной об-ласти их применения и расчеты оптимальных режимов резания остаются достаточно актуальными. Одним из наиболее распространенных методов оптимизации в настоящее время является метод линейного программирования [3], позволяющий осуществлять одно-временную оптимизацию скорости резания и подачи с учетом действующих при реза-нии ограничений по критерию максимальной производительности. Для линейной целе-вой функции и линейных ограничений достаточно хорошо разработан и широко ис-пользуется графический метод поиска оптимальных режимов резания. Несмотря на простоту и наглядность, этот метод не позволяет теоретически анализировать получае-мые результаты в зависимости от условий обработки. Выполненные в этом направле-нии разработки [4] не учитывают особенностей функционирования инструментов из сверхтвердых материалов.

Цель представляемой работы – установить взаимосвязь оптимальных режимов ре-зания с условиями механообработки и показателями качества обработанной поверхно-сти при токарной обработке инструментами из сверхтвердых материалов. Целевая функция - производительность обработки, максимум которой достигается при минимуме основного времени. (n, s - час-тота вращения и подача).

При токарной обработке инструментами из сверхтвердых материалов рассматри-ваются ограничения по возможностям режущего инструмента, по предельно допусти-мой шероховатости обработанной поверхности Raдоп, по предельно допустимой темпе-ратуре резания , кинематические ограничения, которые могут быть представлены в следующем виде:

где D – диаметр обработки; CV, KV – коэффициенты и xv, yv, m – показатели, характери-зующие степень влияния глубины t, подачи s и стойкости T на скорость резания v; k0, k1, k2, k3, k4 – коэффициент и показатели, характеризующие степень влияния подачи s, радиуса при вершине r и скорости резания v на шероховатость обрабо-танной поверхности Ra; Ct - постоянный коэффициент и xt, yt, zt – показатели степени, характеризующие степень влияния глубины резания t, подачи s и скорости резания v на температуру резания; nmin, nmax, smin, smax - предельно допустимые частоты вращения и подачи, определяемым кинематической структурой привода главного движения и при-вода подач

В результате линеаризации целевой функции и ограничений путем логарифмиро-вания определена математическая модель процесса резания при токарной обработке инструментами из сверхтвердых материалов, выраженная системой линейных нера-венств, графически представленных рис. 1:

Примеры определения оптимальных режимов резания приведенные для тонкой токарной обработки вала диаметром D =200мм, длиной L =300мм из стали Р18 (НRC 62...64) и из стали 45 ХВГ (НRC 60...62) резцами из эльбора (геометрические парамет-ры: радиус при вершине r = 0,5мм; стойкость Т = 300мин., глубина резания t = 0,5мм); шероховатость обработанной поверхности Raдоп = 0,32 мкм. Для заданных условий обработки принятые следующие коэффициенты и показа-тели, характеризующие степень влияния глубины, подачи и стойкости на скорость ре-зания: CV =2,933 103; KV = 1,1 (Р18); KV = 1,2 (ХВГ); xv = 0,182; yv = 0,303; mv = 0,606 [2]; коэффициенты и показатели, которые характеризуют степень влияния подачи, пе-реднего угла, радиуса при вершине и скорости v на шероховатость обработанной по-верхности: k0 = 0,68; k1 = 0,77; k2 = 0,28; k3 = 0,24; k4 = 0,56 [5]; коэффициенты и показатели, которые характеризуют степень влияния глубины, подачи и стойкости на температуру резания: - для стали Р18: Ct =278; xt = 0,08; yt = 0,23; nt = 0,42 [2]; - для стали ХВГ: Ct =490; xt = 0,09; yt = 0,12; nt = 0,2; [2]. С их учетом определенные следующие значения параметров bі: - для стали Р18: b1 = 5,213; b2 = -2,932; b3 = -2,996; b4 = 1,03; b5 = 2,526; b6 = 7,601; - для стали ХВГ: b1 = 5,3; b2 = -2,932; b3 = -2,996; b4 = 1,03; b5 = 2,526; b6 = 7,601.

На рис. 1 графически представленная схема определения оптимальных режимов резания тонкой токарной обработки стали ХВГ и стали Р18.

Рис. 1. Схема определения оптимальных режимов резания для токарной обработки стали ХВГ (НRC 60…62)– а) и стали Р18 (НRC 62…64) - б) инструментами из эльбора

Точка С в многоугольниках АВС, в которой целевая функция принимает макси-мальное значение, является точкой пересечения ограничений по возможностям режу-щего инструмента (1) и по допустимой температуре резания (3), когда максимально до-пустимое из условий структурно-фазовых преобразований обрабатываемой поверхно-сти температура для стали ХВГ 800 С; в то же время она является точкой пере-сечения ограничений по возможностям режущего инструмента (1) и по предельно до-пустимой шероховатости обработанной поверхности (2), когда максимально допусти-мая из условий структурно-фазовых преобразований обрабатываемой поверхности тем-пература для стали Р18 1000 С.

Для заданных условий механообработки определены следующие результаты рас-чета оптимальных режимов резания:

Согласно паспортным данным станка принятые следующие режимы резания: nоpт = 315об/мин; sоpт = 0,15мм/об; vоpт = 200м/мин.

На основании выполненного анализа ограничений, для любых условий токарной обработки инструментами из сверхтвердых материалов оптимальная подача и скорость резания могут быть определены следующим образом:

Таким образом, с использованием метода линейного программирования установ-лены аналитические взаимосвязи оптимальных режимов резания с условиями механо-обработки и показателями качества обработанной поверхности при токарной обработке инструментами из сверхтвердых материалов с учетом весьма важных для них темпера-турных ограничений. На основании полученных результатов разработаны рекоменда-ции по выбору оптимальных режимов резания в любых условиях токарной обработки инструментами из сверхтвердых материалов.

Автореферат   Электронная библиотека   Ссылки по теме   Отчёт о поиске   Индивидуальное задание