Автор: Александр Михайлов, Татьяна Ивченко, Ольга Дубоделова
Источник: Tehnologii Modern, Calitate, Restructurare. Vol. 1. – Chisinau: Universitates Tecnica a Moldovei, 2005. p. 289-295
Key words: modular tool, cutting temperature, cooling environments
Abstrakt: Use of cooling technological environments allows due to decrease in tem-perature of cutting and elimination of temperature restrictions at purpose of cutting modes to provide high efficiency of processing and quality of the processed surface
Одним из самых существенных ограничений в интенсификации процесса резания в современных методах высокопроизводительной обработки является высокий уровень температур. Использование охлаждающих технологических сред позволяет существенно уменьшить температуру резания и устранить температурные ограничения при выборе режимов резания, обеспечивающих высокую эффективность обработки и качество обработанной поверхности.
Целью настоящей работы является интенсификация процесса функционирования сборного режущего инструмента на основе определения оптимальных параметров процесса резания, обеспечивающих максимальную производительность, с учетом температурных ограничений при использовании охлаждающих технологических сред.
Для поиска оптимальных режимов используется один из наиболее распространенных в настоящее время метод линейного программирования, обеспечивающий наглядность и простоту решения.
Математическая модель процесса резания для чистовой обработки с учетом ограничений по режущим возможностям инструмента, шероховатости обработанной поверхности и температуре резания имеет вид:
где D – диаметр детали; CV, KV , xv, yv, mv – коэффициенты и показатели, характеризующие степень влияния глубины t, подачи s и стойкости T на скорость резания v; k0, k1, k2, k3, k4 – коэффициент и показатели, характе-ризующие степень влияния подачи s, переднего угла γ, радиуса при вершине r и скорости v на шероховатость; Raдоп – заданный уровень шерохо-ватости; Сt, nt, yt, xt – коэффициент и показатели степени, характеризую-щие влияние скорости v, подачи s и глубины на температуру Θ; Θдоп – допустимая температура резания; X1 = ln n; X2 = ln s.
На основе выполненного анализа ограничений установлены следующие выражения для расчета оптимальных значений подачи sо и скорости резания vо с учетом граничной температуры резания Θгр:
при действии ограничений по температуре резания:
при действии ограничений по режущим возможностям инструмента:
Анализ полученных результатов свидетельствует о том, что снятие температурных ограничений за счет использования охлаждающих технологических сред позволяет существенно повысить режимы резания и производительность обработки. В общем случае коэффициент повышения производительности может быть определен следующим образом:
На основании проведенных комплексных исследований установлена взаимосвязь температуры резания с условиями подачи охлаждающих технологических сред в зону обработки и коэффициентом теплоотдачи.
Коэффициенты теплоотдачи при подаче охлаждающей среды на основе водных растворов (3%-5% эмульсии) в зону обработки свободным поливом α1 и в распыленном состоянии α2 имеют вид [1]:
,
где l = BH/2(B+H) – характерный размер, определяемый при условии поперечного обтекания средой инструмента его размерами В и Н; w = 4 ⋅103R/60πd2 – скорость потока среды, определяемая расходом R и диаметром отверстия d, из которого она вытекает, К – концентрация жидкости в двухфазной среде; коэффициент m = 6; α – коэффициент теплоотдачи распыленной жидкости.
Взаимосвязь коэффициентов снижения температуры резания с коэффициентами теплоотдачи при подаче среды свободным поливом КΘ1 и в распыленном состоянии КΘ2:
, 
Пример определения оптимальных режимов резания приведен для чистовой обработки вала из стали 45 диаметром D = 200мм, сборными резцами с пластинами Т15К6 (передний угол γ = 0°, радиус при вершине r = 1мм; стойкость Т = 60мин., глубина резания t = 1мм, ВхН=20х25мм2); шероховатость поверхности Raдоп = 1,25мкм; допустимая температура Θдоп = 800°С. Для заданных условий обработки приняты следующие значения коэффициентов и показателей: CV=420; KV=1; xv=0,15; yv=0,20; mv=0,2; k0=7,0; k1=0,85; k2=0,65; k3=0,36; k4=0,15; Ct=314; xt=0,04; yt=0,14; nt=0,23.
Схема для расчета оптимальных режимов резания представлена на рис. 1. Оптимальные режимы резания с учетом ограничения по темпе-ратуре определяются в точке С: X2о1=-1,9, X1о1=5,7, nо1=еX1о1= 294об/мин, sо1=еX2о1=0,15мм/об, vо1=185м/мин.
Рис.1.Схема определения оптимальных режимов резания при чистовой токарной обработке
Использование охлаждающей жидкости, подаваемой свободным поливом (при расходе R = 12л/мин, диаметре d = 10мм) с коэффициентом теплоотдачи α ≈ 2⋅104 вт/м2°С, обеспечивает снижение температуры резания от Θ ≈927°С, имеющей место при режимах резания в точке Е, до Θ ≈788°СΘ < Θдоп (КΘ1≈0,85).
При снятии температурного ограничения оптимальные режимы резания определяются с учетом ограничения по режущим возможностям инструмента в точке Е: X2о2=-1,797, X1о2=6,269, nо2=еX1о2=527об/мин, sо2=еX2о2= 0,166мм/об, vо2=331м/мин, что свидетельствует о повышении производительности в 2 раза. Для указанных условий обработки коэффициент повышения производительности равен Кпр=4,5Ra0,5/T0,23 и может изменяться от 2 до 5 раз. В общем случае представленная методика позволяет оценивать повышение производительности для различных обрабатываемых и инструментальных материалов.
Таким образом, в работе обоснована возможность интенсификации процесса резания при использовании охлаждающих технологических сред, позволяющих существенно уменьшать температуру резания и устранять температурные ограничения при определении оптимальных режи-мов обработки, обеспечивающих максимальную производительность.