Разработка методики измерения радиуса округления режущих кромок лезвий с помощью растрового электронного микроскопа, страница 2

Таблица 1.1 - Начальный радиус округления РК лезвий из некоторых инструментальных материалов Инструментальный материал Р6М5 ВК8 Т16К6 ТТ7К12 Способ доводки КБ АК КБ АК АК Размер зерна WC, мкм - 2,0 - 1,5 2,4 Радиус округления r, мм 3-6 18-20 16-17 25-35 10-12 8-10 10-11 Источник [] [] [] []

 Влияние  радиуса округления РК на процесс резания изучалось многими авторами. Зоверым Н. Н. было показано, что величина r оказывает существенное влияние на показатели процесса главным образом при обработке с малыми толщинами среза () []. В указанных условиях от этого параметра существенно зависят силы резания, динамическое состояние элементов обрабатывающей системы, качество обработанной поверхности [, , , ]. Следовательно, контроль величины r является  важной и актуальной задачей при исследовании и практической реализации таких процессов как протягивание, чистовое и тонкое точение, тангенциальное точение, фрезерование и др.

Известны расчетные зависимости для оценки радиуса округления РК [, ]. Например,  Якобсон М. О. [] предлагает оценивать радиус округления РК быстрорежущих инструментов следующей зависимостью:

,                                             (1.1)

где  - средняя высота микронеровностей на передней и задней поверхностях лезвия,  - угол заострения лезвия.

В тоже время применение таких зависимостей может носить только оценочный характер и в исследованиях радиус округления должен контролироваться посредством измерений. Некоторые способы выполнения этих измерений рассмотрены в следующем подразделе.

1.2  Современные методы измерения радиуса округления режущей кромки

В общем случае задача измерения радиуса округления РК сводится к измерению радиуса кривизны поверхности сопряжения передней и задней поверхностей лезвия. Величина измеряемого параметра в большинстве случаев составляет от 2-3 до 100-200 мкм. В связи с этим характерной особенностью всех известных способов является применение микроскопа, как правило, инструментального или металлографического. Рассмотрим некоторые из них.

1.2.1  Способ светового сечения

Данный способ, реализованный в различных методиках [, и др.][КДВ1] , для измерения радиуса округления предполагает использование оптического микроскопа, рисовального аппарата и экрана. Измеряемый режущий инструмент располагают на предметном столике так, чтобы биссектриса угла заострения лезвия располагалась перпендикулярно столику. Экран размещается на расстоянии 300-350 мм от окуляра так, чтобы увеличение во всех точках проецируемого изображения была одинаково. Определение радиуса округления производят с помощью заранее отснятых шаблонов по известным величинам радиусов (рис. 1.2).

Недостатком такого способа является то, что измерения выполняются на предельном увеличении микроскопа (´100), что приводит к искажению результата. Более того, глубина резкости оптических микроскопов значительно меньше измеряемого радиуса, что приводит к получению нечеткого изображения и снижению точности измерения. Более того, из всех возможных значений радиуса на данном участке РК выполняется измерение только его максимального значения.

1.2.2  Способ измерения методом отпечатка

В данном способе исследуемое сопряжение  вдавливается в кромку пластины из мягкого металла (например, алюминия) и измерение выполняется по этому отпечатку металлографическим микроскопом в соответствующем сечении указанной пластины. Недостатком такого способа является то, что измерения могут быть выполнены только в конкретном сечении образца, не выявляется локальное изменение радиуса сопряжения. В результате получаемое значение ρ в значительной степени зависит от таких внешних факторов как свойства пластины, усилие вдавливания, ориентация образца при измерении и др. [] 

Одной из разновидностей рассмотренного способа является подход, предложенный Nakayama Kazuo, Arai Minoru, Wanc Xiaodu []. Этот способ предусматривает прижим режущей кромки под прямым углом к тонкой проволоке, изготовленной из мягкого материала, и рассмотрение полученного на проволоке отпечатка. Характерной особенностью способа является возможность оценки остроты кромки по минимальной силе, при которой образуется видимый отпечаток или по контуру отпечатка, воспроизводящему поперечное сечение кромки. Указывается, что предложенный способ позволяет оценить кромки с шириной фаски около 0.1 мкм. К его недостаткам можно отнести зависимость величины радиуса следа на проволоке от диаметра проволоки и ее шероховатости.

1.2.3  Способ измерения методом ощупывания на профилографе-профилометре

  В данном способе радиус сопряжения измеряется сканированием исследуемого участка  щупом с малым радиусом округления и регистрацией профилограммы, по которой и определяет радиус округления. К недостаткам способа относится то, что измерения производятся с помощью щупа, имеющего свой малый конечный радиус округления и который также должен быть измерен. Однако часто ввиду малости его принимают равным нулю, что может вносить существенную погрешность в результаты измерений [КДВ2] [].

1.2.4  Способ оптического измерения радиусов

В данном способе исследуемое сопряжение сканируется лазерным лучом в сечении, перпендикулярном линии пересечения плоскостей. При этом отраженный от поверхности луч фокусируется оптической системой и регистрируется светочувствительной матрицей. После этого полученный сигнал обрабатывается ЭВМ, которая по трем точкам на полученной дуге рассчитывает радиус сопряжения [][КДВ3] .

К недостаткам данного способа относится то, что для измерения малых радиусов сопряжения необходимо применение оптических систем с увеличением более ´100, светочувствительных матриц высокого разрешения, а также добиваться значительно меньшей толщины лазерного пучка по сравнению с ожидаемой величиной измеряемого радиуса сопряжения, что при существующем уровне техники пока практически невозможно.