Обеспечение максимальной работоспособности сменных режущих твердосплавных пластин на основе исследования зависимостей изменения электромагнитных свойств от температуры тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.07, кандидат наук Штин Антон Сергеевич

• Штин Антон Сергеевич
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Штин Антон Сергеевич

1.2 Исследования работоспособности режущих инструментов при токарной обработке

1.3 Оптимизация процесса резания по температуре при токарной обработке

1.4 Определение оптимальных режимов резания на основе диагностирования процесса токарной обработки

1.5 Определение максимального ресурса режущего инструмента оснащенного сменными твердосплавными пластинами при токарной обработке

1.6 Выводы по главе

ГЛАВА 2. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТКА УСТАНОВКИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ДИАПАЗОНОВ МАКСИМАЛЬНОЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СМЕННЫХ РЕЖУЩИХ ТВЕРДОСПЛАВНЫХ ПЛАСТИН 46 2.1 Физические основы экспериментальных исследований сменных режущих твердосплавных пластин

2.2 Исследования сменных режущих пластин из твердых сплавов WC-TiC-Co на изменение электрической проводимости

2.3 Экспериментальные исследования сменных режущих пластин из твердых сплавов WC-TiC-Co по определению условий максимальной работоспособности

2.4 Разработка экспериментальной установки для исследований сменных режущих твердосплавных пластин бесконтактным методом определения максимальной работоспособности

2.5 Выводы по главе

ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СМЕННЫХ РЕЖУЩИХ ТВЕРДОСПЛАВНЫХ ПЛАСТИН ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ДИАПАЗОНОВ МАКСИМАЛЬНОЙ

РАБОТОСПОСОБОНОСТИ

3.1 Оборудование и приборы, используемые при эксперименте

3.2 Экспериментальные исследования сменных режущих пластин из твердых сплавов WC-Co для определения температурных диапазонов максимальной работоспособности

3.3 Результаты экспериментальных исследований сменных режущих пластин из твердых сплавов WC-Co по определению температурных диапазонов максимальной работоспособности

3.4 Результаты экспериментальных исследований сменных режущих пластин из твердых сплавов WC-TiC-Co по определению температурных диапазонов максимальной работоспособности

3.5 Выводы по главе

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ МЕХАНИКИ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ И РАБОТОСПОСОБНОСТИ СМЕННЫХ РЕЖУЩИХ ТВЕРДОСПЛАВНЫХ ПЛАСТИН ПРИ ОБРАБОТКЕ ЖАРОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

4.1 Оборудование, используемое для исследования механики процесса

резания и работоспособности сменных режущих пластин

4.2 Тарировка универсального тензометрического динамометра

4.3 Эксперимент по исследованию механики процесса резания и работоспособности сменных режущих твердосплавных пластин

4.3.1 Определение величин фасок износа по задней поверхности сборных резцов и зависимости от температуры

4.4 Выводы по главе

ГЛАВА 5 ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ 108 5.1 Новые технические решения 108 5.1.1 Разработанная и запатентованная экспериментальная установка для исследования электромагнитных свойств твердосплавных режущих пластин по электрической проводимости

5.1.2Разработанная и запатентованная экспериментальная установка для исследования электромагнитных свойств твердосплавных режущих пластин по магнитному полю вихревых токов

5.1.3. Разработанный и запатентованный способ

5.2 Алгоритм определения температурных диапазонов обеспечивающих максимальную работоспособность сменных режущих твердосплавных пластин

5.3 Расчет экономической эффективности

5.4Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обеспечение максимальной работоспособности сменных режущих твердосплавных пластин на основе исследования зависимостей изменения электромагнитных свойств от температуры»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. В последние годы широкое применение, в различных отраслях промышленности, получают газотурбинные установки (ГТУ). На компрессорных станциях магистральных газопроводов ГТУ являются основными двигателями для привода газоперекачивающих агрегатов (ГПА), изготавливаемые из жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов, которые относятся к труднообрабатываемым материалам при механической обработке.

На основании данных, полученных в производственных условиях, было установлено, что до 80% деталей, изготавливаемых на станках с числовым программным управлением, производится при заниженных режимах резания. Данные занижения обусловлены, в первую очередь, необходимостью обеспечения гарантированной стойкости режущего инструмента, а также поддержания необходимого качества и точности обработанной поверхности. Низкая обрабатываемость жаропрочных материалов и использование нерациональных режимов, не обеспечивающих максимальную работоспособность инструмента, приводят к неоправданным занижениям режимов резания, что ведет к снижению показателей производительности.

По результатам совместного анализа основных видов износа и разрушений сменных режущих твердосплавных пластин с ПАО «Тюменские моторостроители» было выявлено, что до 40% выходов из строя инструмента, при обработке жаропрочных материалов, происходит из-за поломки. Выкрашивание и скалывание является еще одним распространённым видом выхода из строя сборного инструмента. Доля отказов сменных режущих твердосплавных пластин сборных резцов обусловленных выкрашиванием и скалыванием составляет от 70% до 75%.

В связи с выше изложенным, проблема обеспечения максимальной работоспособности сменных режущих пластин при обработке деталей газотурбинных двигателей из жаропрочных материалов на основе их физико-механических характеристик - актуальна, что послужило основой выбора темы исследования.

Степень разработанности. На сегодняшний день работоспособность режущего инструмента изучена с различных позиций, в том числе, прочности и стойкости. Значительный вклад в развитие науки о резания металлов и режущем инструменте внесли ученые: Андреев Г.С, Балакшин Б.С., Бетанели А.И., Бобров В.Ф., Безъязычный В.Ф., Братан С.М., Бржозовский Б.М., Васин С.А., Верещака

A.С., Гордон М.Б., Грановский Г.И., Грановский В.Г., Гречишников В.А., Григорьев СН., Грубый С.В., Гуревич Я.Л., Гурин В.Д., Даниелян А.М., Драчев О.И., Древаль А.Е., Зорев Н.Н., Кабалдин Ю.Г., Козочкин М.П., Коротков А.Н., Клу-шин М.И., Кирсанов СВ., Кушнер В.С, Леонов С.Л., Лобанов Д.В., Лоладзе Т.Н., Макаров А.Д., Макаров В.Ф., Маслов А.Р., Маргулис Д.К., Мирнов И.Я., Носенко

B.А., Остафьев В.А., Петрушин С.И., Подпоркин В.Г., Подураев В.Н., Попов

A.Ю., Полетика М.Ф., Промтов А.И., Протасьев В.Б., Прибылов Б.П., Петухов Ю.Е., Рахимянов Х.М., Резников А.Н., Реченко Д.С., Розенберг А.М., Розенберг Ю.А., Старков В.К., Силин C.C., Синопальников В.А., Соломенцев Ю.М., Табаков

B.П., Талантов Н.В., Третьяков И.П., Хает Г.Л., Хворостухин А.А., Шаламов В.Г., Якубов Ф.Я., Янюшкин А.С., Ямников А.С., M. Schneider, M. Fuch, M. Scheffer, G. Gunterrez, K.S. Woon, M. Malekian, Утешев М.Х. и др.

Обеспечение максимальной работоспособности сменных режущих пластин путем применения методик основанных на изменении физических свойств инструментальных твердых сплавов от температуры в процессе резания является актуальной задачей.

Целью работы является обеспечение максимальной работоспособности сменных режущих твердосплавных пластин при токарной обработке жаропрочных сталей и сплавов путем формирования условий определяемых на основе зависимостей электромагнитных свойств от температуры.

Для достижения цели в работе поставлены следующие задачи:

1. Провести анализ существующих методов обеспечения максимальной работоспособности сменных режущих твердосплавных пластин при обработке жаропрочных сталей и сплавов, а также изучить изменение электромагнитных свойств инструментальных твердых сплавов во всем температурном диапазоне характерном для процесса резания.

2. Разработать экспериментальную установку для определения диапазонов температур, обеспечивающих условия максимальной работоспособности сменных режущих пластин, по зависимости изменения электромагнитных свойств инструментальных твердых сплавов от температуры.

3. Исследовать изменение магнитного поля вихревых токов наводимых в сменных режущих пластинах из инструментальных твердых сплавов групп WC-Со и WC-TiC-Co в температурном диапазоне характерном для процесса резания.

4. Провести экспериментальные исследования механики процесса резания и испытания работоспособности при точении жаропрочных материалов в температурном диапазоне изменения магнитного поля вихревых токов, наводимых в инструментальных твердых сплавах групп WC-Co и WC-TiC-Co, а также определить условия максимальной работоспособности сменных режущих пластин.

5. Провести промышленную апробацию и внедрение результатов диссертационного исследования в производство.

Объектом исследований являются сменные режущие пластины стандартной четырехгранной формы из твердых сплавов групп WC-Co и WC-TiC-Co для сборных токарных резцов.

Предметом исследования являются закономерности изменений и взаимосвязи между электромагнитными свойствами сменных режущих пластин из инструментальных твердых сплавов от температуры и условиями максимальной работоспособности сменных режущих пластин при точении жаропрочных материалов.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Установленные взаимосвязи условий максимальной работоспособности сменных режущих твердосплавных пластин для токарных резцов и температурных диапазонов максимальных значений магнитного поля вихревых токов, наводимых в инструментальных твердых сплавах групп WC-Co и WC-TiC-Co от температуры;

2. Разработанная экспериментальная установка для исследований сменных режущих твердосплавных пластин для токарных резцов и ускоренного определения диапазонов температур, обеспечивающих условия максимальной работоспособности по максимальным значениям изменений магнитного поля вихревых токов, наводимых в инструментальных твердых сплавах групп WC-Co и WC-TiC-

3. Метод ускоренного определения диапазонов температур, обеспечивающих условия максимальной работоспособности сменных режущих твердосплавных пластин для токарных резцов, по максимальным значениям зависимости изменения магнитного поля вихревых токов от температуры, наводимых в инструментальных твердых сплавах групп WC-Co и WC-TiC-Co;

4. Установленная взаимосвязь между максимальным путем резания L при обработке жаропрочных материалов сборными резцами, оснащенными сменными режущими твердосплавными пластинами и температурным диапазоном, определенным по максимальным значениям зависимости изменения магнитного поля вихревых токов, наводимых в инструментальных твердых сплавах групп WC-Co и WC-TiC-Co от температуры;

5. Установленная взаимосвязь между минимальным относительным поверхностным износом по задней поверхности ^пз сменных режущих пластин из твердых сплавов полученный при токарной обработке жаропрочных сталей и сплавов сборными резцами и температурным диапазоном, определенным по максимальным значениям зависимости изменения магнитного поля вихревых токов, наводимых в инструментальных твердых сплавах групп WC-Co и WC-TiC-Co от температуры;

Научная новизна заключается в:

1. Установленной взаимосвязи между температурным диапазоном, обеспечивающим условия максимальной работоспособности сменных режущих пластин, и максимальными значениями зависимости изменения магнитного поля вихревых токов, наводимых в инструментальных твердых сплавах групп WC-Co и WC-TiC-Co от температуры.

2. Установленной взаимосвязи между минимальным относительным поверхностным износом по задней поверхности ^пз сменных режущих пластин из твердых сплавов при токарной обработке жаропрочных сталей и сплавов сборными резцами и температурным диапазоном, определенным по зависимостям изменения значений магнитного поля вихревых токов, наводимых в инструментальных твердых сплавах групп WC-Co и WC-TiC-Co от температуры.

3. Установленной взаимосвязи между максимальным путем резания L при обработке жаропрочных материалов сборными резцами, оснащенными сменными режущими пластинами из твердых сплавов, и температурным диапазоном, определенным по максимальным значениям зависимости изменения магнитного поля вихревых токов, наводимых в инструментальных твердых сплавах групп WC-Co и WC-TiC-Co от температуры.

Теоретическая значимость. Диссертационная работа сносит существенный вклад в развитие представлений о взаимосвязях диапазонов температур обеспечивающих максимальную работоспособность сменных режущих твердосплавных пластин и зависимостей электромагнитных свойств твердых сплавов от температуры.

Практическая значимость заключается в:

1. Разработке новой методики экспериментального определения интервалов температур, позволяющей по зависимостям значений магнитного поля вихревых токов, наводимых в инструментальных твердых сплавах групп WC-Co и WC-TiC-Co от температуры, что позволяет определять условия максимальной работоспособности сменных режущих пластин при обработке жаропрочных сталей и сплавов (Патент №2682196).

2. Разработке установки ускоренного определения интервалов температур, обеспечивающих условия максимальной работоспособности сменных режущих пластин по зависимостям изменений магнитного поля вихревых токов от температуры, наводимых в инструментальных твердых сплавах групп WC-Co и WC-TiC-Co.

3. Разработке руководящих технических материалов «Повышение эффективности работы сменных твердосплавных пластин путем формирования условий максимальной работоспособности, определяемых на основе зависимостей изменений электромагнитных свойств от температуры» и использовании в подразделениях компаний АО «Кировградский завод твердых сплавов» и ПАО «Тюменские моторостроители».

Соответствие диссертации паспорту научной специальности

Диссертационная работа представляет собой научное обоснование новых технических решений, совершенствующих средства реализации процессов формообразования деталей на этапе эксплуатации, за счет изучения связей физико-технических процессов, протекающих при удалении части объема материала и повышающих надежность и работоспособность средств реализации.

По теме и содержанию материалов диссертационная работа соответствует паспорту научной специальности 05.02.07 - «Технология и оборудование механической и физико-технической обработки» раздела области исследований п.2 (Методы экспериментального исследования процессов механической и физико-технической обработки), п.3 (Исследование механических и физико-технических процессов в целях определения параметров обеспечивающих выполнение заданных технологических операций и повышения производительности, надежности и экономичности обработки).

Методы исследования. При решении выше названных задач использовались теоретические и экспериментальные методы исследования резания металлов, режущего инструмента и законов физики раздела электродинамики.

Применялись стандартные и специальные программы для обработки результатов исследований. Экспериментальные исследования выполнялись автором, как в лабораторных условиях, так и на промышленном оборудовании и включали

в себя определение температурных диапазонов максимальной работоспособности сменных режущих пластин из инструментальных твердых сплавов, с применением разработанных автором установок, а также исследование износа режущего инструмента при обработке жаропрочных материалов в температурном диапазоне и процессе резания.

Степень достоверности и апробация результатов работы. Достоверность подтверждается корреляцией теоретических и экспериментальных результатов исследований. Экспериментальные исследования произведены в аккредитованных лабораториях с использованием стандартных методов и методик экспериментальных и теоретических исследований, современных средств измерений, а также современного технологического оборудования и компьютерной техники.

Отдельные результаты работы получены при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках государственного задания в сфере научной деятельности, проект №9.1372.2017/4.6.

Полученные результаты исследований внедрены на АО «Кировградский завод твердых сплавов», ПАО «Тюменские моторостроители».

Основные положения диссертационной работы докладывались на Международной научно-технической конференции "Новые технологии нефтегазовому региону" (г. Тюмень, 2015г.), Х Международной конференции «Механика ресурс и диагностика материалов и конструкций» (г. Екатеринбург, ИМАШ УрО РАН, 2016 г.), IV Международной молодежной научной конференции "Физика. Технологии. Инновации" (г. Екатеринбург, УрФУ, 2017 г.), Международной научно-практической конференции "Нефть и газ западной Сибири" (г. Тюмень, 2017г.), Международной научно-технической конференции «Современные направления и перспективы развития технологий обработки и оборудования в машиностроении 2018» (г. Севастополь, СевГУ,

2018 г.), Всероссийской научно-технической конференции «Управление качеством на этапах жизненного цикла технических и технологических систем» (г.Курск, ЮЗГУ,

2019 г.), Международной научно-технической конференции «Современные направления и перспективы развития технологий обработки и оборудования в машиностроении 2019» (г. Севастополь, СевГУ, 2019 г.), Двенадцатой всероссийской конференция

молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроение России» (г. Москва, МГТУ им. Баумана, 2019 г.).

Публикации. По материалам диссертации было опубликовано 17 работ, в том числе 5 работ в изданиях, рекомендованных ВАК, 5 работ в журналах, входящих в международные базы цитирования Scopus/Web of Science, получен 1 патент на изобретение и 1 патент на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Объем работы: основной текст содержит 140 страницы, включая 75 рисунков, 24 таблицы и 3 приложения; список литературы включает 117 наименования.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СМЕННЫХ РЕЖУЩИХ ТВЕРДОСПЛАВНЫХ ПЛАСТИН ПРИ ОБРАБОТКЕ ЖАРОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Процесс резания металлов представляет собой сложную взаимосвязь режущего инструмента с заготовкой под действием контактных напряжений, высоких тепловых потоков, а так же совокупности физико-механических явлений (диффузия, адгезия и др.)

Характер износа и разрушения режущего инструмента при механической обработке зависит от температуры резания и контактных напряжений на режущих частях инструмента, которые в свою очередь непосредственно зависят от механических характеристик инструментального и обрабатываемого материалов.

1.1 Проблемы изготовления деталей из жаропрочных материалов сборными резцами, оснащенными сменными твердосплавными пластинами

На сегодняшний день энергетическая эффективность является одним из наиболее перспективных и актуальных направлений науки и техники. Сокращение потребления иссекаемых ресурсов является стратегической задачей для всех жителей России. Сокращение штучного времени на обработку сложных изделий влечет за собой энергетическую эффективность.

С учетом технологического прогресса, а так же повышения предъявляемых требований к получаемым изделиям во многих отраслях промышленности, таких как авиастроение, энергомашиностроение и нефтегазовая отрасль широко применяют высокотехнологичное механообрабатывающее оборудование с числовым

программным управлением. Самым слабым звеном в технологической системе «СПИД» (станок, приспособление, инструмент, деталь) является инструмент. Сегодня к инструменту предъявляются высокие требования, особенно при применении на современном оборудовании, при изготовлении ответственных деталей.

Обработка жаропрочных материалов имеет свои характерные особенности, качественно отличающие ее от механической обработки обычных конструкционных материалов.

В реалиях сегодняшнего производства режимы резания, в том числе для современного технологического оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ), назначают по справочным данным, либо по рекомендациям заводов изготовителей, публикуемых в каталогах фирм, а при отсутствии путем опытного подбора во время освоения производства новых изделий.

На заводе ПАО «Тюменские моторостроители», крупнейшем машиностроительном предприятии Тюменской области, делали двигатели для палубных самолетов Як-38, Як-38М, форсажные трубы, камеры сгорания для самолетов СУ-20, Су-24, МиГ-29, ракетные двигатели для комплексов ПВО и крылатых ракет, двигатели для массовых Ан-24. Двигатель РУ-19А-300 — вспомогательный турбореактивный двигатель, с осевым семиступенчатым компрессором, имеющим перепуск воздуха из-за четвёртой ступени, кольцевой камерой сгорания, одноступенчатой осевой реактивной турбиной и реактивным соплом с нерегулируемым выходным сечением. Данный двигатель по сей день используется в авиации и капитальный ремонт производят в Тюмени, Рисунок 1.1.

Рисунок 1.1 - Внешний вид двигателя РУ-19А-300

Дочерние предприятия ПАО ГАЗПРОМ холдинга ООО «Газпром центрре-монт» в Тюменской области занимаются капитальным и аварийно-восстановительным ремонтом двигателей и газоперекачивающих агрегатов с приводом судового типа рисунок 1.2.

Рисунок 1.2 - Газотурбинная установка Детали газотурбинных двигателей (ГТД), представленные на рисунке 1. 3, изготавливают из различных материалов: 12Х18Н10Т, ВТ14, ВД17, АЛ1, ХН77ТЮ, Х18Н10Т, Х18Н12М, ХН62МВТЮ-ВД, 4Х12Н8Г8МФБ, ХН35ВТЮ, ХН73МБТЮ-ВД, ХН52ВМКТЮ ИД.

а) Диск турбины б) Блиск в) Вал

Рисунок 1.3 - Детали газотурбинных двигателей из труднообрабатываемых материалов

Одним из проблемных узлов при ремонте является диск турбины, которая представляет собой диск с 59-ю равнорасположенными по окружности пазами сложного профиля (ёлочка), в которые впоследствии при сборке турбины вставляются лопатки. Диск предназначен для нагнетания давления в турбину. Так как деталь работает в агрессивной среде, она выполнена из стали ХН62МВТЮ-ВД, рисунок 1.4 и 1.5.

ХН62МВТЮ-ВД - конструкционная высоколегированная нержавеющая и кислотостойкая сталь. Хорошо сопротивляется атмосферной коррозии. Наибольшей стойкостью отличается после термообработки и полирования. В авиационной отрасли, машиностроении применяется как конструкционный материал для самолетов, а также для деталей с повышенной пластичностью и подвергающимся ударным нагрузкам. Химический состав по ГОСТ 5949-75 отображен в таблице

1.1.

Таблица 1.1 - Химический состав

Содержание элементов в %

C Si Mn № S P W л1

не более

<0,2 <1 <2 34-36 34-36 0,030 0,035 ~1 ~1 ~1

— '|1 и"

/у _ \ | 11 1 « Л 'Я ч Ч-Г \\ П (л . Т(

[ ((о)) ] г, - - - П ^ [ л^оа»

Л к I"1 1 щ

пн юн ятг и -

® ' 1 .. II: ■5

*_гскв—_и 1|£5!ГН"Ч

Рисунок 1.4 - Диск турбины двигателя РУ-19А-300

Рисунок 1.5 - Диск турбины двигателя РУ-19А-300 Заготовки для таких сложных деталей получают на горизонтально -ковочных машинах, форма и размер заготовки максимально близки к заключительным деталям.

Наиболее сложной операцией в технологическом процессе является операция 20, токарная, сложность заключается в том, что за одну установку необходимо обработать большую, сложную поверхность диска турбины из труднообрабатываемого жаропрочного сплава ХН62МВТЮ-ВД, Рисунок 1.6.

Рисунок 1.6 - Операция 20 токарная технологического процесса изготовления диска турбины

Так как данное изделие имеет большой наружный диаметр 0321-01 мм, при черновой обработке возникают проблемы с преждевременным выходом из строя режущего инструмента, что приводит к не исправимому браку.

1.2 Исследования работоспособности режущих инструментов при токарной

обработке

Во время обработки резанием любых материалов режущий инструмент повергается износу, рисунок 1.6 в результате воздействия на него обрабатываемого материала и стружки.

Рисунок 1.6 - Виды износа режущего инструмента При обработке труднообрабатываемых материалов режущее лезвие подвержено преждевременному выкрашиванию. Если перед обработкой подвергнуть заготовку нагреву, то материал размягчается и силы, действующие на режущий клин, уменьшаются, тем самым понижая вероятность преждевременного выхода из строя инструмента. Контактирующий слой становится настолько мягким и вязким, что обволакивает режущие грани инструмента и создает всесторонние сжатие. Данная особенность, конечно же, исключает вероятность хрупкого разрушения.

Но в то же время материал размягчается во время разрушения и, создаваемая работа, выделяет достаточное количество тепла для прогрева, что исключает

хрупкое разрушение режущего клина. На основании этих данных можно сделать вывод о положительных качествах предварительного подогрева в отдельных случаях.

Для определения количественного показателя суммарного износа складываются показания, полученные при эксперименте. На рисунке 1.7 представлена взаимосвязь различных видов износа и температуры в зоне резания.

t'

Рисунок 1.7 - Диаграмма зависимостей различных видов износа инструмента от

температуры резания:

1 - адгезионный износ, 2 - диффузионный износ, 3- суммарный износ,4-стойкость

инструмента [42]

На рисунке 1.7 представлена зависимость различных видов износа режущего инструмента из твердого сплава при токарной обработке жаропрочных сталей от температуры. В том или ином температурном диапазоне преобладают различные виды износа. Например, зависимости: первая - это совокупность адгезионного износа режущего инструмента в зависимости от температуры резания, вторая -это зависимость диффузионного износа; Третья представляет собой математическую сумму первой и второй зависимостей. Под номером четыре зависимость стойкости режущего инструмента от температуры.

Характерный экстремум на данной зависимости характеризует изменение характера и вида износа. Точку, соответствующую максимуму стойкости соответствует температура, которую можно считать температурой рационального использования.

В Уфимской научной школе резания занимаются оптимизацией процессов резания при обработке труднообрабатываемых авиационных материалов [44].

Професором Макаровым А.Д. были проведены стойкостные испытания на труднообрабатываемых материалах, получены уникальные экспериментальные данные.

Исследования были проведены на широкой номенклатуре материалов авиационной промышленности: 30ХГСА, 18Х2Н4В2НВА, 40Х, 40ХН, 40ХН2МА, 12Х18Н9Т, 12Х18Н910Т, 14Х17Н2, 10Х11Н23Т3МР, 15Х18Н12С4ТЮ, 13Х14Н3В2, ВТ3-1 и другие.

Профессором Макаровым А.Д. было сформулировано положение «об оптимальной температуре резания», которое дало жизнь семи следствиям. Данные положения внесли неоценимый вклад в развитие науки о резании металлов.

В работе [44] были сформулированы положения о постоянстве оптимальной температуры резания, что экспериментально подтвердили только при токарной обработке, рисунок 1.8.

Ьдл.мкм/ю'см' в,°С

0 <*0 90 170 1/,м/*и»

Рисунок 1.8 — Зависимость скорости резания от интенсивности износа режущего инструмента и температуры резания при обработке 15 Х18Н12СТЮ при разных значениях глубины резания и геометрии резца (ах г) [44] В дальнейшем, данные эксперименты получили подтверждающие результаты на других методах обработки поверхностей резанием. Профессором Макаровым были сформулированы соответствующие выводы, которые свою жизнь ряду

научных работ. При различных комбинациях режимов резания для определенной пары обрабатываемого и инструментального материала всегда существует своя оптимальная скорость резания, которой соответствует своя «оптимальная температура резания»,

Для примера по данному следствию, при точении деталей из сплава 15Х18Н12СТЮ режущим инструментом из твердого сплава BK8, при различных комбинациях глубины резания и геометрии минимальное значение интенсивности износа режущего инструмента будет соответствовать разным скоростям резания, но оптимальная температура будет принимать постоянное значение равное 7300С вне зависимости от глубины резания или геометрии.

ЬоУ10?,»хм/103см2 в°С

30

20

Ю

О 20 40 60 V, м/мим

Рисунок 1.9 — Зависимость износа режущего инструмента из ВК 8 от скорости резания

сплава ХНИТЮР с применением разных СОТС

Следующий эксперимент проводился при обработке с применением СОТС стали ХН77ТЮР, а за материал режущей части был принят однокарбидный твердый сплав ВК8, рисунок 1.9, минимальное значение относительного износа соответствует разным скоростям резания, в зависимости от применяемой марки СОТС, но оптимальная температура остается постоянной и равняется 730°С.

На основании исследований профессора Макаров А.Д. можно сделать вывод, что вне зависимости от геометрических параметров инструмента, глубины резания, подачи, диаметра заготовки, твердости обрабатываемого материала «оптимальная температура резания» для конкретной пары, обрабатываемый и инструментальный материалы, всегда будет оставаться постоянной.

Но наряду со всеми достоинствами метод имеет и недостатки, например необходимость проведения дорогостоящих и трудоёмких стойкостных испытаний, требующих временных, энергетических и финансовых затрат, рисунок 1.10.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Штин Антон Сергеевич, 2020 год

З - —

К

Из данного уравнения мы можем увидеть, что Е равно Е , только в отдельных случаях, когда второе намного больше.

Чаще всего на приборе указывается пиковое значение максимума силы тока на панели прибора. Для определения значений максимального напряжения и силы тока подставим эти значения в формулу:

RA = Rv = Uред, (Ом) (2.7)

пред

м = J ' Rv = J

пред max

где 1пред и ипред - предельные значения силы тока и напряжения. Измерение сопротивления цифровым прибором

Замер заявленных характеристик производится по стандартной методике и выглядит следующим образом:

1. К специально отведенным гнездам цифрового прибора присоединяются измерительные щупы.

2. Необходимо перевести прибор в состояние измерения сопротивления соответствующим тумблером, а так же выбрать соответствующий предел измерений.

3. Цифровой прибор необходимо подключить к источнику бесперебойного питания. Измерения производятся измерительными щупами, в случае неправильно подобранного предела измерений, режим переключается и замер производится заново. При превышении предельных значений сработает сигнальная лампа. Для предотвращения перегруза необходимо переключить на другой предел измерений.

После произведенных работ необходимо перевести тумблер в исходное состояние и отключить прибор от сети. Для повышения точности измерений после всех манипуляций необходимо вычислить погрешности, допущенные во время измерений, вычисляются они по формуле, приведенной в инструкции к прибору.

Для исследования сменных режущих пластин по изменению физических свойств инструментальных твердых сплавов была разработана лабораторная экспериментальная установка.

На сегодняшний день самый простой и доступный способ измерения сопротивления - это измерение сопротивления цифровым комбинированным прибором (мультиметр). Так как была исследована только одна группа твердых сплавов, появилась необходимость исследовать инструментальные твердые сплавы с более высокой красностойкостью, именно твердые сплавы обладают наибольшей износостойкостью, потому и получили широкое применение в обработке металлов резанием. Двухкарбидные инструментальные твердые сплавы группы WC-обладают красностойкостью порядка 900—1150°С. Для проведения исследования на данных твердых сплавах необходимо разработать установку, позволяющую выдерживать такие температуры. Старая установка имела ряд недостатков, таких как: нестабильный процесс нагрева твердосплавных режущих пластин, недостаточная точность определения величин методом визуального контроля, ненадежный зажим образца из ИТС через два электропроводящих вывода [16]. Испытания проводились на группе сплавов WC-TiC-Co, обладающих боль-

шей красностойкостью по сравнению с группой WC-Co, и добиться стабильного роста температуры без фиксирующих устройств для газовой горелки было невозможно, мы автоматизировали процесс построения графических зависимостей и определения интервала температур максимальной работоспособности инструментальных твердых сплавов при помощи персонального компьютера, что упростило практическое использование. Установка (Рисунок 2.6) состоит из стойки 1, столика 2, системы питания 3 (куда входят измерительные приборы: вольтметр, амперметр и термометр) и персональный компьютер (ПК) 18.

7 6 5 А 9 16 17 18

К

13 11 12 Ю 15 22 3 23 24 19 20

Рисунок 2.6 — Установка для определения температуры максимальной работоспособности Стойка представляет собой платформу с ходовым винтом 4, по которому перемещается гайка 5, поднимая и опуская лапку 6 с клипсой на шарнире 7 для фиксации и регулировки газовой горелки 8. Столик 2 содержит корпус 9 и диэлектрическую вставку 10, образец из ИТС 11, зафиксированный зажимными губками 12 в специально изготовленной нише, установлена прокладка из термо- и электроизолирующего материала 13, в котором изготовлена канавка для установки туда проводящего устройства 14, выполненная в форме прямоугольника, прижимным винтом-барашком с округлыми лепестками 15. Узел приборов и питания установки 3 и узел с установленными в нишах приборами, позволяющими проводить данные измерения в сложных условиях работы 16, в сумме представляют собой управляющее устройство 17, позволяющее не только производить включение устройства, но фиксировать изменения показаний приборов. Все значения фикси-

руются на персональным компьютере 18, куда попадают по соединительным проводам [85].

2.3 Экспериментальные исследования сменных режущих пластин из твердых сплавов WC-TiC-Co по определению условий максимальной

работоспособности

Чтобы определить температурные интервалы повышенных эксплуатационных характеристик режущих пластин из ИТС, были выбраны два представителя двухкарбидных твердых сплавов: Т5К10 (аналог Н30) и Т15К6 (аналог Н10). Во время эксперимента использовались сменные многогранные пластины стандартной четырехгранной формы по ГОСТ 19051, рисунок 2.7.

Рисунок 2.7 — Сменная режущая пластина четырехгранной формы Испытания проводились на установке (Рисунок 2.6), которая состоит из стойки 1, столика 2, системы питания 3 (куда входят измерительные приборы: вольтметр, амперметр и термометр) и персонального компьютера (ПК) 18. Стойка представляет собой платформу с ходовым винтом 4, по которому перемещается гайка 5, поднимая и опуская лапку 6 с клипсой на шарнире 7 для фиксации и регулировки положения газовой горелки 8. Столик 2 содержит корпус 9 и диэлектрическую вставку 10, образец из ИТС 11, зафиксированный зажимными губками 12 в специально изготовленной нише установлена прокладка из термо- и электроизолирующего материала 13, в котором изготовлена канавка для установки туда проводящего устройства 14, выполненная в форме прямоугольника, прижимным

винтом-барашком с округлыми лепестками 15. Узел приборов и питания установки 3 и узел с установленными в нишах приборами, позволяющими проводить данные измерения в сложных условиях работы 16, в сумме представляют собой управляющее устройство 17, позволяющие не только производить включение устройства, но фиксировать изменения показаний приборов, Все значения фиксируются на персональным компьютере 18, куда попадают по соединительным проводам [85].

Эксперимент начинался с того, что на диэлектрическую вставку 10, расположенную в корпусе 9 столика разработанной установки, располагают образец из ИТС 11, который фиксируют прижимными губками 12. В специально изготовленной нише установлена прокладка из термо- и электро-изолирующего материала

13, в котором изготовлена канавка для установки туда проводящего устройства

14, выполненная в форме прямоугольника прижимным винтом-барашком с округлыми лепестками 15. С помощью пульта управления 17 подается питание посредством включения кнопки 19, при этом включается индикатор питания 20. Регулировочным устройством производится тонкая настройка положения 7 высоты 5а, также интенсивности теплового потока 21. С увеличением температуры эксперимента при помощи приборов фиксируются изменения на персональном компьютере.

Температура максимальной работоспособности определяется с помощью графика зависимости электрической проводимости от температуры G=f(©) сменных режущих пластин из инструментальных твердых сплавов по результатам испытаний в диапазоне, характерном для обработки металлов резанием (от 400 до 1000°С) следующим образом: по полученной графической зависимости определяется минимальное значение электрической проводимости Gmin, затем рассчитывается минимальное значение электрической проводимости О* путем сложения минимальных значений электрической проводимости Gmin и ДG равной 5% от значения Gmin (допустимая пятипроцентная точность для инженерных расчетов).

Далее на графике откладываем величину G* (10-2 См) и через эту точку рисуется прямая линия и ведется до пересечения с графиком. Полученный интервал принимается за интервал повышенных эксплуатационных характеристик [22].

Были проведены лабораторные исследования на образцах, сменных режущих пластинах из инструментальных твердых сплавов повышенной красностойкостью Т5К10 (аналог Н30) и Т15К6 (аналог Н10), результаты представлены в таблицах 2.1-2.3 приложение А.

По результатам исследований были получены зависимости значений электрической проводимости сплавов WC-TiC-Co от температуры, которые представлены на рисунках 2.8 и 2.9.

(С4,10"2См

Рисунок 2.8 — Зависимость электрической проводимости сплава Т5К10 (аналог Н30)

от температуры

Рисунок 2.9 — Зависимость электрической проводимости сплава Т15К6 (аналог Н10) от температуры

Точка графика - это минимум три измерения данной характеристики в данном температурном диапазоне, что исключает погрешности и говорит о высокой степени достоверности.

Полученные графические зависимости отражают изменения состояния инструментальных твердых сплавов при нагреве до высоких температур: хрупкое, хрупко-пластическое, пластическое [22].

График можно разделить на три зоны соответствия характера изменения электрической проводимости и состояния твердого сплава:

-электрическая проводимость уменьшается, твердый сплав в хрупком состоянии.

- электрическая проводимость увеличивается, состояние материал пластическое.

- диапазон минимальных значений электрической проводимости и хрупко -пластического состояния инструментального твердого сплава группы WC-TiC-Co. По исследованиям, приведенным в работе, максимальное количество энергии нужно затратить для разрушения образца из твердого сплава, когда он принимает хрупко-пластическое состояние, что соответствует температурному интервалу для Т5К10 (аналог Н30) - (730-780°С), Т15К6 (аналог Н10)-(860-970°С).

Одним из факторов, влияющих на износ режущего инструмента, является состояние ИТС. В хрупком состоянии обеспечивается максимальная твердость, но при этом минимальная прочность, чем объясняется интенсивность износа режущего инструмента. В пластичном состоянии ситуация обратная, при высокой прочности и минимальной твердости наблюдается потеря формоустойчивости инструмента, что приводит так же к катастрофическому износу. Существует переходное состояние - хрупко-пластическое, при котором сохраняется достаточная твердость с приемлемой прочностью, при этом наблюдается снижение величины износа, а, следовательно, обеспечивается максимальная работоспособность.

Максимальная работоспособность сборного инструмента характеризуется сопротивлением разрушению этого сплава, так как одним из количественных показателей работоспособности является износ инструмента [38]. Для того, чтобы

добиться максимальной работоспособности данного материала, необходимо определить состояние твердого сплава, при котором будет существовать некий баланс твердости и прочности. Такой эффект происходит за счет изменения физико-механических свойств инструментальных твердых сплавов при нагреве. Важно, что изменение одной из характеристик, свидетельствует об изменениях всех свойств материалов.

Исследуя известную методику по выявлению режимных условий на основании определения температурных интервалов, обеспечивающих условия работоспособности инструмента, оснащенного сменными режущими пластинами из твердых сплавов на максимальных значениях, на графиках зависимостей значений электрической проводимости от температуры наблюдается снижение значений электрической проводимости сплава ВК, что свидетельствует об изменении состояния инструментального твердого сплава. Данное снижение наблюдается до точки перехода сплава из хрупкого в хрупко-пластическое состояние. Далее переход из хрупко-пластического в пластическое состояние характеризуется повышением значений электрической проводимости инструментального твердого сплава ВК [19].

Таким образом, было установлено, что изменение электрической проводимости инструментальных твердых сплавов от температуры свидетельствуют об изменениях их состояния.

2.4 Разработка экспериментальной установки для исследований сменных режущих твердосплавных пластин бесконтактным методом определения

максимальной работоспособности

В настоящее время одним из самым распространённых инструментальных материалов, применяемых при обработке металлов резанием, является твердый сплав.

Сейчас, в условиях санкций, в Российской Федерации приоритетные исследования направлены на увеличение срока службы повышения работоспособности сборного инструмента [25].

Для повышения работоспособного состояния твердосплавного инструмента необходимо научиться диагностировать структурные изменения, происходящие под действием высоких температур, возникающих при разрушении обрабатываемого материала, когда выделяется большое количество работы и тепловой энергии.

Для таких задач очень хорошо подойдут методы неразрушающего контроля, представленные на рисунке 2.10, позволяющие диагностировать структурные изменения, не разрушая образцы.

Рисунок 2.10 - Диаграмма видов неразрушающего контроля изделий На сегодняшний день российская промышленность выделяет девять методов неразрушающего контроля, основанных на различных физико-химических явлениях.

По результатам литературного обзора было выявлено, что для целей, исследуемых в данной работе, наиболее подходящий вихретоковый метод неразруша-ющего контроля. Твердые сплавы являются композитами, благодаря этому они

обладают электропроводными и магнитными свойствами, что как раз позволяет применить данную методику для диагностирования их состояния.

Физическая величина, характеризующая работу сторонних сил в источниках тока, называется электродвижущая сила (ЭДС).

Аст

s = — (2.8) q , (В)

где Аст - работа сторонних сил, а q- переносимый заряд.

Данный метод неразрушающего контроля основывается на взаимодействии магнитного поля, возбуждаемого извне с магнитным полем вихревых токов, возникающих в исследуемом теле. Методика работает на основе автоколебательного контура.

Автоколебательный контур способен генерировать колебания, которые поддерживаются за счет энергии, поступающей от внешнего источника. Рассчитаем силу тока для автоколебательного контура. Для расчета ЭДС используем формулу 2.9:

sit) -ет cos Wext, (В) (2.9)

Запишем второй закон Кирхгофа:

сумма всех ЭДС в контуре с учетом знака равна сумме падений напряжений

в нем.

Для автоколебательного контура отсюда следует

s(t) + sud - Uc, (В) (2.10)

Представляя ЭДС самоиндукции

Т dl Т d2q

s-=-Ldn =~Ldq, (В) (211)

И напряжение на конденсаторе

Uc - f , (В) (2.12)

Получим дифференциальное уравнение r d2 q(t) 1 , Л

L~dtr~ +С q = £т COS WeHt (2.13)

Свободные колебания совершаются при отсутствии в контуре источника электродвижущей силы, когда s(t) = 0, таким образом, получим

d2 q(t)

2

+ ®0 q(t) = 0 (2.14)

сИ2

Для выведения системы из состояния равновесия необходимо наличие ис-2_ 1

точника ЭДС ®о .

Для решения линейного дифференциального уравнения является функция

q(t) = qоCOSЮоt (2.15)

Для того что бы найти £инд ^) , ие(1), используем данную функцию

ис О) = ^ - и0 с°8 ^ (2.16)

Т, ч dq(t) т , 7Г,

1 ) = ~сИ~ = ~qоЮо ^ ^ - 1 о + —) (2.17)

/ ч т С1 т С2 q £инд (t) = -= -Ь — - £индо ^ (2.18)

где д0- амплитуда колебаний.

В автоколебательном контуре наблюдаются колебания с собственной часто-1

той равной ®о - .

Таким образом, структурное состояние материалов, определяющих уровень физико-механических свойств, оказывает влияние на магнитные и электрические характеристики. Поэтому по изменению последних определяют химический состав сплавов, качество химической и химико-термической обработки, пережоги,

механические свойства, состояние поверхностных слоев, содержание альфа-фазы и т. д.

Для исследования сменных режущих пластин из инструментальных твердых сплавов вихретоковым методом необходимо разработать специальную лабораторную установку, способную работать в диапазоне температур, характерных для процесса резания. Решено было принять за основу вихретоковый метод не-разрушающего контроля, рисунок 2.11.

Вихретоковый преобразователь представляет собой катушку индуктивности, ток для генерации поступает из внешнего источника энергии. Данная энергия, поступающая в катушку, способствует генерации магниного поля. При размещении внутри преобразователя сменной твердосплавной пластины указанное поле возбуждает в поверхностном слое вихревые токи. Вихревые токи создают собственное поле, которое наводит в катушке дополнительную ЭДС, несущую информацию об изменениях электромагнитных свойств твердого сплава от температуры.

Для генерации магнитного поля в новой установке для определения температуры максимальной работоспособности сменных режущих элементов из инструментальных твердых сплавов необходимо выбрать подходящий генератор. Трансформатор работает по определенному принципу: • На основе законов электромагнетизма, когда при изменении электрического тока изменяется магнитное поле.

Рисунок 2.11 - Схема вихретокового преобразователя

• По принципу электромагнитной индукции, когда при изменении магнитного потока создается ЭДС.

Импульсный трансформатор

Силовой трансформатор

К/

Трансформатор тока

Виды трансформаторов

Лабораторный автотрансформатор

Трансформатор сетевой

Автотрансформатор

Рисунок 2.12 - Диаграмма видов трансформаторов На первую индукционную катушку подается электрический ток. Протекая, данный электрический ток, создает в катушке магнитный поток. Таким образом, на основании законов электромагнитной индукции такой магнитный поток во всех катушках создает ЭДС.

Автотрансформатор очень распространённый в наше время трансформатор с одной обмоткой, первичная и вторичная обмотка, выполненная не прерывно с тремя выводами, рисунок 2.13.

Рисунок 2.13 — Схема автоматического трансформатора

Несомненным достоинством таких трансформаторов является финансовая составляющая, так как для их производства необходимо меньше ресурсов. Но при таких достоинствах нельзя не сказать и о недостатках - это невозможность гальванически произвести развязку обмоток катушек.

Расчет катушки

Установка будет собрана на двух катушках по схеме автотрансформатора, одна является источником магнитного поля, а вторая датчиком вихревых токов. В эксперименте использовались катушки индукции с соотношением количества витков 30/60 на первичной, 4/5 на вторичной обмотках соответственно, рисунок 2.14

Рисунок 2.14— Схема экспериментальной установки

Работа выполнялась следующим образом: в поле действия катушки помещалась режущая твердосплавная пластина из однокарбидного твердого сплава, на

катушку подается питание через автогенератор, который создает в катушке высокочастотное магнитное поле. Режущую твердосплавную пластину нагревают до температур, характерных для процесса резания металлов (400-10000С), при этом, замеряя электроннодвижущую силу (ЭДС) на выводах первичной катушки.

Наводимую ЭДС катушки измеряли цифровым мультиметром РЕСАНТА серии DT830B. Общие характеристики прибора приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1- Общие характеристики цифрового мультиметра РЕСАНТА серии БТ830Б

Метод индикации ЖК дисплей

Метод измерений АЦП двойного интегрирования

Индикация перегрузки «1»

Максимальное синфазное 500 В постоянный /переменный

напряжение

Скорость измерений 2-3 измерения в секунду

Температуры гарантированной 23 ± 5 0С

точности

Интервал температур Работа 0 — +40°С

Размер, вес 126х70х28, 137 г

Данный прибор обладает функцией вольтметра, что и позволило произвести измерения. Технические характеристики измерения постоянного напряжения приведены в таблице 2.2

Таблица 2.2- Технические характеристики измерения постоянного напряжения

РЕСАНТА DT830B

Предел Разрешение Входное сопротивление Точность

200 мВ 100 мкВ 10 МОм ± 0,25 % ± 2 единиц счета

Так как значения наводимой ЭДС в катушке меньше 100 мВ, предел измерений был выбран 200 мВ. Точность данного прибора позволяет производить данные замеры. Наводимая ЭДС катушки с выбранными параметрами показала чувствительность к помещаемому внутрь объекту, в нашем случае - к выступающей в качестве сердечника сменной твердосплавной пластине.

При протекании тока по обмотке в сменной режущей твердосплавной пластине, в установке генерируется магнитный поток, способный проникать сквозь все витки катушки нашей установки.

Для определения чувствительности системы был произведен замер значений ЭДС на первичной обмотке при температуре 800оС, в дальнейшем полученное значение в = 1,9 мВ будет использовано при теоретическом расчете.

Выразим отношение витков обмоток в автоматическом трансформаторе:

Ш/ = и 2/

где Ш — численное значение разницы потенциалов на катушке №1; и 2 — численное значение разницы потенциалов на катушке №2; м1 — численное значение количества витков, используемых в катушке №1; м2 — численное значение количества витков, используемых в катушке №2. Таким образом, мы получаем:

Х/30 = 1,9/60 Х60 = 1,9 • 30 Х = 0,95.

Теперь изменим один из параметров — количество витков на одной из обмоток. Полученные результаты сведены в таблицу 2.3

Таблица 2.3- Замер значений напряжения при изменении количества витков на обмотке

w1, шт w2, шт и1, В и2, В Изменяемый параметр

30 60 1,9 0,95 —

10 60 1,9 0,31 > w1

50 60 1,9 1,58 < w1

30 100 1,9 0,57 > w2

30 40 1,9 1,425 < w2

Разность потенциалов на катушке номер один необходимо замерять цифровым прибором относительно количества витков катушки.

Теперь необходимо определить оптимальную кратность изменения количества витков, для примера мы взяли кратность витков катушки — 5, полученные данные сведены в таблицу 2.4

Таблица 2.4- Замер значений напряжения при кратности витков катушки

w1, шт w2, шт и1, В и2, В Изменяемый параметр

30 60 1,9 0,95 —

65 30 1,9 0,87 < '№1

55 30 1,9 1,03 > №1

60 35 1,9 1,1 < №2

60 25 1,9 0,79 > №2

Также были проведены расчеты с кратностью изменения витков катушки — 10, расчетные данные сведены в таблицу 2.5

Таблица 2.5- Замер значений напряжения при кратности витков катушки

w1, шт w2, шт и1, В и2, В Изменяемый параметр

30 60 1,9 0,95 —

70 30 1,9 0,81 < №1

50 30 1,9 1,14 > №1

60 40 1,9 1,26 < №2

60 20 1,9 0,63 > №2

Таким образом, данное исследование показало, что количество витков, а также их соотношение, существенно влияют на чувствительность всей системы,

применяемой на установке для определения температуры максимальной работоспособности сменных режущих элементов по электромагнитным свойствам инструментальных твердых сплавов. С целью получения максимального эффекта расчетным методом была определена оптимальная кратность числа витков катушки — 10, с учетом погрешности применяемого в исследовании прибора. В дальнейшем необходимо провести экспериментальное исследование с числом витков катушки кратностью — 10, так как величина кратности больше изменения величины ЭДС, больше величины погрешности и является оптимальной [24].

В лаборатории Тюменского индустриального университета была построена установка для исследований сменных режущих пластин на изменение магнитного

поля вихревых токов, наводимых в инструментальных твердых сплавах для определения температуры максимальной работоспособности.

Данное устройство содержит: автоколебательный контур 1, включающий катушку 3, выполненную из медной проволоки с нанесенным термоизолирующим покрытием и корпус с расположенной в нем печатной платой 11, состоящей из источника питания 4, транзистора 5, двух последовательно подключенных конденсаторов 6 и сопротивления 7. Щиток приборов 2 состоит из термометра 8 и вольтметра 9, рисунок 2.15.

6 9 1 11 7

Рисунок 2.15 — Принципиальная схема на основе, которой построена разработанная установка по определению температурных интервалов повышенной эксплуатационной возможности режущего инструмента из твёрдых сплавов

Работа ведется следующим образом: СТП 10 помещают в катушку индуктивности 3 автоколебательного контура 1. Во время нагрева СТП приборы 2 фиксируют изменение электродвижущей силы (ЭДС) катушки автоколебательного контура в зависимости от температуры [23].

2.5 Выводы по главе

1. На основании исследования сменных режущих твердосплавных пластин по изучению взаимосвязей изменения физических свойств было выявлено, что в температурном диапазоне, обеспечивающем максимальную работоспособность сменных режущих твердосплавных пластин физические свойства имеют характерный минимум значений.

2. На основании полученной зависимости изменения физических свойств инструментальных твердых сплавов от температуры были выявлены температурные интервалы максимальной работоспособности сменных режущих твердосплавных пластин группы WC-TiC-Co.

3. На основании исследований изменений физических свойств твердых сплавов было выдвинуто научное предположение о взаимосвязи температурного диапазона максимальной работоспособности сменных режущих пластин и максимальных значений зависимостей изменений электромагнитных свойств инструментальных твердых сплавов от температуры.

ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СМЕННЫХ РЕЖУЩИХ ТВЕРДОСПЛАВНЫХ ПЛАСТИН ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ДИАПАЗОНОВ МАКСИМАЛЬНОЙ РАБОТОСПОСОБОНОСТИ

В главе приведены результаты экспериментальных исследований изменения электромагнитных свойств инструментальных твердых сплавов во всем температурном диапазоне резания металлов до 1000° С. Описывается используемое оборудование, процесс экспериментальных исследований и результаты в графическом и табличном виде.

3.1 Оборудование и приборы, используемые при эксперименте

Исследования проводились на лабораторных площадках кафедры «Станки и инструменты» ТИУ на специально разработанной установке рисунок 3.1 [23]. Нагрев производился ручной газовой горелкой TKT-9607 Multi Purpose Torch. Разработанная установка состоит из автоколебательного контура 1и щитка приборов 3. Автоколебательный контур содержит обмотку возбуждения вихретокового преобразователя, собранную по схеме автотрансформатора 2, с нанесенным термоизолирующим покрытием, корпус с расположенной в нем печатной платой 11, состоящей из источника питания 4, транзистора 5, двух последовательно подключенных конденсаторов 6 и сопротивления 7. На щитке приборов 3 снимаются показания с термометра 8 и вольтметра 9 [23], рисунок 3.1.

К 13 3 4 2 15

Рисунок 3.1 — Схема установки для исследований сменных режущих пластин, по определению температурных интервалов обеспечивающих максимальную работоспособность

3.2 Экспериментальные исследования сменных режущих пластин из твердых сплавов WC-Co для определения температурных диапазонов максимальной

работоспособности

Исследования проводились на группе однокарбидных твердых сплавов WC-Со. Для этого были определены наиболее распространенные на производстве марки: ВК10ХОМ (аналог А10), ВК8 (аналог В35) и ВК6 (аналог А30). Размер был выбран для всех образцов одинаковый - 12х12х4,76 мм, представленный на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 — Сменная режущая пластина четырехгранной формы Образец из инструментального твердого сплава, помещают в катушку автоколебательного контура. Во время нагрева образца приборы фиксируют изменение ЭДС катушки автоколебательного контура.

Для более удобного и наглядного выявления температурного интервала максимальной работоспособности сменных режущих твердосплавных пластин строится графическая зависимость изменения магнитного поля вихревых токов наводимых в твердых сплавах от температуры нагрева. По построенной зависимости выявляется участок исследуемой характеристики с критическим изменением своих значений, затем графическим способом производится вычерчивание перпендикулярной линии оси ординат, на 5% ниже от максимального значения исследуемой характеристики. Координаты точек пересечения построения прямых линий и основной кривой графика принимают за границы, затем определяется значение температуры, соответствующей данным границам. Полученный температурный интервал А ©мр (°С) с границами, выявленными графическим способном, принимают за интервал повышенных эксплуатационных характеристик режущего инструмента, оснащенного твёрдым сплавом.

Данная методика позволяет определять температурные интервалы повышенных эксплуатационных характеристик режущего инструмента, оснащенного твердым сплавом, на примере сплава ВК8 (аналог В35). Метод основывается на построении графической зависимости сменных режущих пластин из инструментальных твердых сплавов в температурном диапазоне, характерном для обработки металлов резанием до 1000°С, где выявляется диапазон температур с наибольшим изменением магнитного поля вихревых токов наводимых в сменных режущих пластинах, выявляется величина погрешностей при измерениях, затем определяется температурный интервал максимальной работоспособности [54].

Для достижения предельных температур, соответствующих наивысшей точке, достигаемой при резании твердыми сплавами, пришлось прибегнуть к устройствам, позволяющим развить такие температуры это ручная газовая горелка МиШ Рurpоsе Тогск Данное устройство отличается простотой и экономически выгодной компоновкой, рисунок 3.3.

Рисунок 3.3 — Ручная газовая горелка МиШ РигроБе ТогсЬ

Рисунок 3.4 — Схема нагрева сменных твердосплавных пластин во время эксперимента 1 - сменная многогранная пластина; 2 - газовая горелка;

На разработанной установке, рисунок 3.5 производились экспериментальные исследования сменных режущих твердосплавных пластин, путем нагрева до высоких температур характерных для процесса резания при токарной обработки труднообрабатываемых жаропрочных сталей и сплавов, рисунки 3.6 и 3.8.

Рисунок 3.5 - Принципиальная схема разработанной установки для определения температуры максимальной работоспособности СТП

Рисунок 3.6 - Экспериментальные исследования сменных режущих пластин по получению зависимостей электромагнитных свойств от температуры

Рисунок 3.7 - Плата установки для экспериментальных исследований сменных режущих твердосплавных пластин на получение зависимостей изменения электромагнитных свойств

от температуры

Рисунок 3.8 - Нагрев сменной режущей твердосплавной пластины во время эксперимента

3.3 Результаты экспериментальных исследований сменных режущих пластин из твердых сплавов WC-Co по определению температурных диапазонов максимальной работоспособности

Результатом экспериментальных исследований на выбранных образцах в виде сменных режущих пластин из твёрдого сплава получены значения ЭДС катушки автоколебательного контура при различных температурах © (°С). Полученные данные для удобства занесены в таблицы 3.1, 3.3-3.4. Приложение Б.

Таблица 3.1 - Экспериментальные данные

Температура Т°С £*10-2, В

ВК10ХОМ (аналог А10)

Опыт 1 Опыт 2 Опыт 3

90 11,4 11,2 11,3

100 11,6 11,5 11,4

110 11,8 11,7 11,6

120 12 12 12,1

130 12,2 12,1 12,3

140 12,5 12,4 12,6

150 12,7 12,6 12,6

160 12,9 12,7 12,8

170 13,1 13,1 13,2

180 13,3 13,3 13,3

190 13,5 13,4 13,5

200 13,7 13,6 13,7

210 13,9 13,7 13,8

220 13,9 13,7 13,9

230 14,2 14,1 14,3

240 14,3 14,2 14,4

250 14,4 14,5 14,5

260 14,6 14,7 14,8

270 14,7 14,8 14,8

280 14,8 14,8 14,9

290 14,9 14,8 14,9

300 15 15,1 15

310 15,1 15,2 15,2

320 15,2 15,3 15,4

330 15,3 15,3 15,4

340 15,4 15,4 15,4

350 15,5 15,5 15,5

360 15,5 15,5 15,5

370 15,6 15,7 15,6

380 15,6 15,7 15,6

390 15,6 15,7 15,6

400 15,7 15,8 15,7

410 15,7 15,8 15,7

420 15,8 15,8 15,8

430 15,8 15,8 15,9

440 15,9 15,9 15,9

450 15,9 15,9 15,9

460 15,9 15,9 15,9

470 16 16 16

480 16 16,1 16

490 16 16 16

500 16,1 16,2 16,2

510 16 16 16

520 16,1 16,2 16,1

530 16,1 16,2 16,1

540 16 16 16

550 16 16 16

560 16 16 16

570 16,1 16,1 16,2

580 16 16 16

590 16,1 16,2 16,2

600 16 16 16

610 16 16 16

620 16 16 16

630 16 16 16

640 16 16 16

650 15,9 15,7 15,9

660 15,9 15,7 15,9

670 15,9 15,7 15,9

680 15,8 15,8 15,7

690 15,8 15,8 15,7

700 15,7 15,7 15,5

710 15,7 15,7 15,5

720 15,7 15,7 15,6

730 15,6 15,5 15,6

740 15,5 15,5 15,5

750 15,5 15,5 15,5

760 15,4 15,5 15,4

770 15,3 15,4 15,2

780 15,2 15,2 15,2

790 15,1 15,1 15,1

800 15 15 15,1

810 14,9 14,9 14,9

820 14,8 14,6 14,7

830 14,6 14,5 14,4

840 14,4 14,3 14,5

850 14,3 14,2 14,1

860 13,9 13,8 13,7

870 13,7 13,7 13,6

По полученным данным строится графическая зависимость ЭДС катушки автоколебательного контура, изменяемой под действием температур, характерных для процесса резания, представленные на рисунках 3.9-3.11.

Рисунок 3.9- График зависимости ЭДС катушки автоколебательного контура с помещенной во внутрь сменной режущей пластиной из ВК6 (аналог А30) от температуры (540^790 °С)

Рисунок 3.10- График зависимости ЭДС катушки автоколебательного контура с помещенной во внутрь сменной режущей пластиной из ВК8 (аналог В35) (460^730 °C) от температуры

Рисунок 3.11- График зависимости ЭДС катушки автоколебательного контура с помещенной во внутрь сменной режущей пластиной из ВК10ХОМ (аналог А10) от температуры (440^690 °С)

Построение полиномиальных функций, а так же получение уравнений линий тренда аппроксимирующих кривых, на основе математического метода наименьших квадратов (англ. Ordinary Least Squares, OLS), выполнялось при использовании встроенного модуля «аппроксимации экспериментальных данных» и математического аппарата «Microsoft Excel».

Уравнение линии тренда аппроксимирующих кривых зависимостей ЭДС автоколебательного контура от температуры эксперимента получили следующий вид:

1. S ВК6 (6)= - О,ОООО2*02 + 0,02249*0 + 4,21935;

2. s вк8 (0)= - О,ОООО2*02 + 0,02256*0 +7,02343;

3. S ВК10ХОМ (0)= - О,ОООО2*02+ О,О2368*0 +9,68443;

где s(0) - ЭДС катушки автоколебательного контура, (В); 0 - температура, (°С)

Для данного эксперимента специально был выбран температурный интервал (Ю0-1ООО°С), которому обычно подвергается режущий инструмент во время обработки труднообрабатываемых материалов при резании. Это обусловлено тем, что при обработке труднообрабатываемых материалов преждевременный выход из строя инструмента приводит к необратимым последствиям - неисправимому браку.

Причина характера изменений зависимости ЭДС катушки от температуры -возбуждение вихревых токов в твердосплавной режущей пластине, что свидетельствует об изменении электромагнитных свойств инструментальных твердых сплавов в процессе нагрева. На данных зависимостях можно выделить несколько характерных участков. На первом участке наблюдается возрастание значений ЭДС катушки, что свидетельствует об изменении магнитного поля вихревых токов, наводимых в инструментальном твёрдом сплаве почти пропорционально возрастанию температуры, второй участок - область максимальных значений и точки перегиба (фазового перехода, полиморфного превращения), на третьем участке мы можем заметить снижение значений ЭДС катушки до точки Кюри, точки фазового перехода II рода, связанного со скачкообразным изменением

свойств симметрии вещества, в нашем случае - это изменение магнитных свойств, а именно, их отсутствие.

Данный характер объясняется полиморфным превращением кобальта, источника электромагнитных свойств.

Результаты, полученные в данной работе, с достоверной точность коррелируют с данными, получаемыми предшественниками другими способами, в том числе, на основании стойкостных испытаний, что говорит о высокой достоверности предлагаемого способа, таблица 3.2.

Таблица 3.2 Сравнительная таблица

№ ФИО Город ГОД МАРКА СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 0, °С

1 Макаров А.Д. Уфа 1976 ВК8 Стойкостные испытания 730

2 Артамонов Е.В. Тюмень 2003 ВК8 КСУ 730

3 автор Тюмень 2019 ВК8 Электромагнитные свойства 730

Температура фазового перехода первого рода чистого кобальта 427° С, по полученным зависимостям мы видим, что температура пикового значения ЭДС смещается с изменением содержания кобальта в образце. Чем больше содержание кобальта в твердом сплаве, тем ближе температура пикового значения ЭДС к температуре фазового перехода чистого кобальта. Таким образом, с высокой достоверностью можем говорить, что данные исследования в полной мере отражают внутренние изменения, происходящие под действием температур, а полученные данные позволят прогнозировать работоспособное состояние инструмента, оснащенного твердым сплавом, предотвратить преждевременный выход из строя.

3.4 Результаты экспериментальных исследований сменных режущих пластин из твердых сплавов WC-TiC-Co по определению температурных диапазонов

максимальной работоспособности

Для расширения номенклатуры групп твердых сплавов, на которых проведены исследования и определены диапазоны максимальной работоспособности,

были проведены дополнительные исследования сменных режущих пластин из инструментальных твердых сплавов группы WC-TiC-Co.

Для проведения испытаний был выбран Т15К6 (аналог Н10) из-за его распространённости, размер пластин - 12х12х4,76 мм миллиметров.

По результатам эксперимента были получены данные изменения ЭДС катушки автоколебательного контура в температурном диапазоне, характерном для процесса резания при изготовлении деталей из жаропрочных материалов, © (°С), которые для удобства были занесены в таблицу 3.4.Приложение Б.

Для наглядности строят график температурной зависимости ЭДС катушки автоколебательного контура, изменяемой вследствие воздействия высоких температур.

По полученным данным строится графическая зависимость ЭДС катушки автоколебательного контура, изменяемая под действием температур, характерных для процесса резания. Зависимость строится для твердого сплава Т15К6 (аналог Н10), в температурном диапазоне, характерном для резания данным материалом. Зависимость представлена на рисунке 3.12.

Рисунок 3.12 - График зависимости ЭДС катушки автоколебательного контура с помещенной во внутрь сменной режущей пластиной из Т15К6 (аналог Н10) от температуры (710^970 °С)

По результатам экспериментов было получено уравнение аппроксимирующих кривых зависимостей ЭДС автоколебательного контура от температуры эксперимента 1) Т15К6 (аналог Н10):

1) е Т15К6 = - 0,00002*62 + 0,02939*0 + 2,06078; где е(0) - ЭДС катушки автоколебательного контура, (В); 0 - температура, (°С).

Полученные результаты с достоверной точностью коррелируют с данными, полученными по известным методикам.

3.5 Выводы по главе

1. На основании изученных недостатков существующих методик было выявлено, что в качестве исследуемых образцов наиболее рационально выбрать сменные режущие твердосплавные пластины в состоянии поставки.

2. Анализ существующих, методов нагрева образцов (сменных режущих твердосплавных пластин), применимых для разработанной методики, выявил, что наиболее экономически выгодным является газопламенный метод, позволяющий достаточно быстро разогреть сменную режущую твердосплавную пластину до температур характерных для процесса резания (до 1000°С).

3. На основании экспериментальных исследований сменных режущих пластин была получена взаимосвязь диапазона температур максимальной работоспособности сменных режущих пластин и изменений значений магнитного поля вихревых токов, наводимых в инструментальных твердых сплавах группы WC-Co и WC-TiC-Co от температуры.

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ МЕХАНИКИ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ И РАБОТОСПОСОБНОСТИ СМЕННЫХ РЕЖУЩИХ ТВЕРДОСПЛАВНЫХ ПЛАСТИН ПРИ ОБРАБОТКЕ ЖАРОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ

В главе приведены результаты экспериментальных исследований механики процесса резания при точении труднообрабатываемых материалов сборными резцами, оснащенными сменными режущими пластинами из инструментальных твердых сплавов при работе на разных режимных характеристиках в диапазоне температур, возникающих при резании труднообрабатываемых материалов.

4.1 Оборудование, используемое для исследования механики процесса резания и работоспособности сменных режущих пластин

Исследование механики процесса резания и испытания работоспособности проводились в лаборатории резания Тюменского индустриального университета.

Эксперимент проводился на специальном станочном оборудовании, (токар-но-винторезный станок 1К62), который оснащен установкой, позволяющей измерять температуру в зоне резания (0°С) и силы резания (Р2) возникающие в процессе обработки металлов резанием [26]. Во время эксперимента так же производился замер величины фасок износа сменных режущих твердосплавных пластин и замер коэффициента усадки стружки, отражающий изменения механики процесса резания. Все измерения производились при разной температуре резания, при режимах резания указанных в таблице 4.2.

Рисунок 4.1 - Токарно-винторезный станок 1К62 оборудован специальным оборудованием для исследования механики процесса резания

Для токарной обработке был выбран сборный резец по ISO 1832-1991: MSSCR 2516 M15, с геометрией сменной режущей пластины (у = +6°, у = +10°а = 6°, а1 = 5°ф = 45°, (р1 = 45°, Л = 5°), представленный на рисунке 4.2.

Рисунок 4.2 - Сборный резец, используемый при эксперименте

Определение температуры в процессе резания осуществлялось комбинированно с помощью естественной термопары и инфракрасного термометра (пирометра) установленным на специальную установку, рисунок 4.3.

4

У 2 1

Рисунок 4.3 - Стенд для измерения сил резания при испытаниях на базе

динамометра УДМ-600 1 - УДМ-600, 2 -основание, 3 - поворотный стол, 4 - режущий инструмент, 5 - пирометр, 6 -видеокамера, 7 - милливольтметр, 8 - заготовка.

Е, мв 14 у 13 12 11 10 9 8

7 — 6

5 -

450 550 650 750 850 950 0°С

Рисунок 4.4 - Тарированный график естественной термопары Величину фаски износа по задней поверхности, рисунок 4.5, определяли с помощью комплекса оптических приборов, состоящих из 1 лабораторного микроскопа МГ оснащённого оптическим окуляром, 2 предметного столика и 3 ПК, Рисунок 4.6.

/

Рисунок 4.5 - Схема износа режущего инструмента по задней поверхности (Ьз - ширина фаски износа, 1 - длина фаски износа)

12 3 4

Рисунок 4.6 - Стенд для получения микрофотографий фасок износа режущего инструмента 1- ПК; 2 - оптический USB окуляр 640x480 пикселей;

3 - Горизонтальный микроскоп; 4 - столик

4.2 Тарировка универсального тензометрического динамометра

Тарировка тензометрического универсального динамометра УДМ-600 производится для установления зависимости между действительными значениями составляющих сил резания и показаниями приборов.

Для осуществления тарировки динамометрического оборудования необходимо последовательно произвести загрузку каждой из осей соответствующими силами резания, которые соответствуют эталонным силам [118]. Для имитации

эталонной нагрузки прибегают к использованию специального динамометрического оборудования. Полученные данные переводят в Ньютоны по специальной методике, описанной в сопроводительной документации к прибору. Изменяющаяся сила тока по каждой из осей фиксируется миллиамперметрами [75]. Полученные данные изображают в виде зависимости, так называемый тарированный график. Данная методика делится на несколько специальных этапов. Специальная рамка закрепляется в трехкулачковом патроне станка(1К62), причем, необходимо установить рамку так, что бы ось, соответствующая оси станка 7, была выставлена строго- настрого вертикально оси вращения. При помощи эталонного прибора ДОСМ-3-1 нагружается составляющая силы резанияр. Работа производится следующим образом: поочередно производится загрузка и разгрузка в соответствии с паспортными данными до максимальных отклонений стрелки прибора. Затем производится соответствующая тарировка по всем осям. Полученные значения записываются в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 - Действительные значения составляющих сил резания

№ показания образцового динамометра Рг, шЛ Ру, шЛ Рх, шЛ

Деления Н Н Р 1ср Л1 Н Р 1ср Л1 Н Р 1ср Л1

1 0 0 25 25 25 0 25 20 22,5 0 25 20 22,5 0

2 15 24,6 60 55 57,5 32,5 230 230 222,5 200 145 125 135 112,5

3 30 49,2 95 90 92,5 67,5 430 430 422,5 400 260 240 250 227,5

4 45 73,8 125 125 125 100 320 355 337,5 315

5 60 98,4 165 160 162,5 137,5 485 485 485 462,5

6 75 123 200 195 185,5 172,5

7 90 147,6 260 250 245 220

8 105 172,2 265 260 262,5 257,5

9 120 196,8 300 295 297,5 272,5

10 135 221,4 360 330 345 320

11 150 246 370 365 367,5 342,5

12 165 270,6 405 405 405 380

13 180 295,2 440 435 437,5 412,5

14 195 319,8 445 475 475 450

где: I - сила тока, среднее значение; Н - значение амперметра под нагрузкой, мА; Р - значение амперметра при разгрузке, мА; А! - действительное значение силы тока; по результатам тарировки строится график Рисунок 4.7.

Рисунок 4.7 - Графики тарировки лабораторного динамометра УДМ-600 На горизонтальную ось переносится шкала зафиксированных образцовым динамометром сил резания, а на вертикальную ось показания зарегистрированные амперметром в милливольтах, на полученных осях обозначаются точки, полученные при нагрузке и разгрузке динамометра УДМ600, затем строится усредненная зависимость [17].

4.3 Эксперимент по исследованию механики процесса резания и работоспособности сменных режущих твердосплавных пластин

Относительный поверхностный износ по задней поверхности определялся по методике Макарова А.Д. Для эксперимента были выбраны следующие режимы резания, представленные в таблице 4.2

Таблица 4.2 - Режимы резания, назначенные для экспериментов

Эксперимент №1 Эксперимент №2

Обрабатываемый материал 1Х18Н9Т ХН62МВТЮ-ВД

Инструментальный материал Т15К6 (аналог Н10) ВК8 (аналог В35)

Вид обработки Черновое точение Черновое точение

Глубина ^ мм 1 1

Подача S, мм/об 0,39 0,39

Эксперимент проводился при черновом точении, при различных скоростях резания и постоянной подаче 8=0,39 мм/об и глубине резания 1=1, мм.

4.3.1 Определение величин фасок износа по задней поверхности сборных

резцов и зависимости от температуры

Износ рабочих поверхностей режущего инструмента меньше критериальных значений и возможность выполнять заданные функции своей конструкцией характеризуется работоспособностью. Исходя из данного определения критериальной характеристики работоспособности, принимается относительный поверхностный износ. Износ является универсальной характеристикой стойкости инструмента, только такой количественный показатель наиболее объективно может отражать резательную составляющую любого инструмента вне зависимости от режимов резания [67].

*100 *

Кпз = (мкм/103 см2) (4.1)

Ь * 5

где: ЬЗВ - фаска износа по задней поверхности, мкм (рисунок 4.8) Ь - путь резания, м.

Рисунок 4.8 - Схема износа сменных режущих пластин по задней поверхности, где: hз - величина износа по задней поверхности, мкм; а - главный задний угол, у -передний угол

Результаты испытаний в виде микрофотографий фасок износа по задней поверхности при обработке труднообрабатываемых материалов представлены в таблицах 4.3.

Таблица 4.3 - Микрофотографии фасок износа по задней поверхности сборных резцов с СМП при обработке стали 1Х18Н9Т

№

п.п.

Микрофотографии разрушения пластин

износа

№

Микрофотографии износа разрушения пластин

п.п.

8

о

8