Разработка методологии теоретико-экспериментальных исследований процессов нестационарного резания на базе попутного тангенциального точения, страница 12

1.9  Методика проведения экспериментальных исследований температуры резания и интенсивности износа режущего инструмента

Все экспериментальные исследования проведены с единых методологических позиций.

Вид функции износа инструмента при ПТТ устанавливали по методике, представленной в работе [175]. Работоспособность резцов при этом оценивали максимальным объемом срезанного за период стойкости материала , м³.

Параллельно изучались следующие характеристики процесса резания: 1) силы резания (P_Y, P_Z, Н); 2) средняя температура контакта в зоне резания Q,ºС.

Для получения математических выражений, адекватно описывающих влияние параметров процесса резания на интенсивность изнашивания J и среднюю температуру контакта Q при ПТТ, использовался метод многофакторного планирования эксперимента, в частности центральное композиционное ортогональное планирование (см. разд. 3.2).

При этом были приняты следующие пределы изменения варьируемых факторов: V (Х₁)=86 – 350 м/мин; S (Х₂)=0,5 – 1,5 мм/об; D (Х₃)=0,5 – 1,5 мм.

Исследования проводились на специальной экспериментальной установке (см. раздел 0). Эксперименты проведены без применения СОЖ в условиях свободного резания.

Материал обрабатываемых заготовок - сталь ШХ15 (). Обработку производили резцами с механическим креплением пластин из твердого сплава ВК8 (), К15 (ВК10) () и Т15К6 () формы 02114-080408 (ГОСТ 19048-80) без покрытий и с покрытиями TiN () и ZrN(), нанесенными методом КИБ на твердосплавную матрицу. Геометрия режущей части инструмента: j=0°, g=0°, a=17,5°, l=0°. Ширина среза b=2,5мм.

Работоспособность инструмента оценивали с помощью интенсивности изнашивания J [176], которую определяли по формуле:

                                                                                                    (3.37)

где h_З – средняя ширина фаски износа на задней поверхности инструмента, мм;

V_ср – объем срезанного материала, соответствующий моменту достижения фаски износа по задней поверхности заданного значения (h_Зmax=0,2…0,3 мм), м³.

В процессе испытаний с помощью оптического микроскопа фиксировали следующие параметры износа контактных площадок режущего инструмента: среднюю и максимальную величину фаски износа по задней поверхности h_З, h_Зmах.

Характер износа контактных площадок инструмента исследовали на электронном сканирующем микроскопе РЭМ-100У.

Температура резания определялась методом естественной термопары. Значения термо-ЭДС фиксировали на самописце Н-338, который был протарирован по методике, представленной в работе [24].

Для определения средней температуры контакта инструмента с заготовкой по результатам измерения, использовали формулу [[v]]:

,                                                                         (3.38)

где  и  - постоянные, полученные из тарировочных графиков;  - значение термо - ЭДС.

Обработка полученных результатов проводилась по методике (см раздел 3.2). Адекватность полученных уравнений проверялась по критерию Фишера. Алгоритм обработки экспериментальных данных был реализован на ЭВМ с применением разработанных программ в пакете Mathcad.

1.10  Методика определения оптимального распределения припуска между лезвиями при прерывистом (неравномерном) резании

Нами разработан способ многопроходной токарной обработки (патент РФ N2050226 [[vi]]) заготовок из труднообрабатываемых материалов, предназначенный для оптимизации распределения припуска между режущими элементами в зависимости от вида (рельефа) обрабатываемой поверхности с целью повышения ресурса много инструментальной наладки. Например, при многорезцовом продольном точении тремя режущими элементами, закрепленными в одном суппорте (резцедержателе), при традиционном использовании многолезвийной наладки (рис. 3.25,б) весь снимаемый припуск , как правило, распределяется между ними равномерно:

,                                                                                                            (3.39)

где          - количество режущих элементов;  - глубина резания, приходящаяся на один резец.

Это обуславливает неравномерный износ лезвий и часто приводит к внезапному отказу инструмента вследствие возникающих в системе вибраций

Разработанный способ позволяет эффективно использовать при черновой обработке режущие элементы как из твердых сплавов, так и из сверхтвердых материалов; увеличить срок службы инструмента; практически исключить внезапные отказы инструмента и увеличить производительность обрабатывающей системы за счет резкого уменьшения времени простоев, связанных с заменой изношенных или вышедших из строя режущих элементов.

В общем случае реализация предлагаемого способа осуществляется в следующей последовательности. На черновую обработку поступают литые заготовки 1, имеющие в сечении сложный профиль 2 с максимальным радиусом R (рис. 3.25,а). Пусть для удаления дефектного поверхностного  слоя необходимо проточить отливку с минимальным  суммарным припускомåt_i, т.е. до радиуса R₁. При этом, учитывая необходимость повышения производительности процесса резания, обработку производим ступенчатым резцом с несколькими режущими элементами 1, 2 и 3 (рис. 3.25,б) из сверхтвердого материала, расположенными на одной державке 4. Режущие элементы закреплены прихватами (не показаны), имеют различный вылет и поверхности, которые они образуют при точении, находятся на разном удалении от поверхности 2 заготовки 1 (рис. 3.25,а).

Режущий элемент 1 образует поверхность 1, удаленную от наружной поверхности заготовки на величину Z₁, глубина резания для него t₁ (рис. 3.26). Элемент 2 образует поверхность 2, удаление которой от наружной поверхности заготовки Z₂, глубина  резания для него t₂;  для элемента 3 - образуемая поверхность 3 и, соответственно, Z₃ и t₃.