Способ управления обработкой резанием

СООЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 754419 А 1 19, 5 Ц ЗС 115 5)5 БРЕТЕНИЯ ТЕЛЬСТВУ 4 )";) .",.".ЕнстиКОИ Изобретение относится к обработке ме- . таллов резанием, а именно к определению оптимальной скорости резания при обработке углеродистых, конструкционных и высокохромистых сталей твердосплавным инструментом.Известен способ определения оптимальной скорости резания, согласно которому с помощью кратковременных испытаний находят зависимость температуры резания Оот скорости Ч и строят график В=Щ Оптимальную скорость определяют как скорость, соответствующую температуре провала пластичности обрабатываемого материала.Недостатком указанного способа является большая трудоемкость при изготовлеГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ К АВТОРСКОМУ СВ 21) 4885956/08(56) Авторское свидетельство СССРЬЬ 570455, кл. В 23 В 1/00, 1977,Авторское свидетельство СССРМ 679320, кл, В 23 В 1/00, 1979,Авторское свидетельство СССРМ 1234050, кл, В 23 В 1/00, 1986.Авторское свидетельство СССРМ 673376, кл, В 23 В 1/00, 1979.(57) Использование: обработка металлов резанием, определение оптимальной скорости резания при обработке углеродистых, конструкционных и высокохромистых сталей твердосплавным инструментом. Сущность; определяется изменение коэффициентов теплопроводности инструментальйого и обрабатываемого материалов. Строится график зависимости изменения коэффициентов теплопроводности инструментального и обрабатываемого материалов от температуры, график изменения температуры резания от скорости резания. Оптимальную скорость определяют по температуре точки пересечения кривых на графике зависимости изменения ф теплопроводности инструментального и обрабатываемого материалов. 4 табл. 1 ил. нии образцов и их испытании в широком диапазоне температур нагрева для определения температуры провала пластичности обрабатываемого материала,Известен способ определения оптимальной скорости резания, включающий в качестве исходных параметров зависимость температуры резания от скорости и определение температуры максимального электро- сопротивления обрабатываемого сплава.Недостатками известного способа являются большая трудоемкость проведения стандартных испытаний в широком диапазоне температур для широкого диапазона. сплавов и неточность, так как проволока является пластически деформированным материалом, а обрабатываемая заготовка -нет; вследствие этого и неточное определение температуры максимального электросопротивления.Известен способ определения оптимальной скорости резания, в котором оптимальную скорость резания определяют вдиапазоне скорости резания ограниченнымсоотношением Р=(0,5-0,7)Ргмакс, а эа оптимальную скорость принимают скорость, соответствующую минимальному отношению 10величины ЭДС резания к длине участка упрочнения,Недостатками данного способа являются большая трудоемкость в определениисил резания, длин участка упрочнения и 15термоЭДС в большом диапазоне скоро. стей резания и неточность определениядиапазона скоростей резайия при условииРг=(0,3-0,5) Ргмакс.Найболее близким к предлагаемому является способ определения оптимальнойскорости резания, заключающийся в том,что при пбмбщи кратковременных сгандартных испытаний находят зависимость температуры резания от скорости 0=9/), 25строят график этой зависимости, определяют температуру структурно-фазового превращения (а -фу) и на основании равенстватемператур резания и структурно-Фазовогопревращения находят оптимальную скорость резания,К недостаткам известного способа относятся большая трудоемкость изготовления образцов и проведения стандартныхиспытаний в широком диапазоне температур и йесобтветствие температур структурно-фазового превращения ( а -+ у ) железадля стандартных испытаний и в процессерезания вйиду того, что в процессе резанияметалл подвержен деформации, что оказывает влйяние на уменьшение температурыструктурно-фазового превращения.В качестве базового обьектаРассмотрим способ определения оптимальной скорости резания по величине стойкости 45режущего инструмента, В качестве исходното параметра используется"мйтенсивность износа на длийу пути резания,Данный способ осуществляется следующимобразом. Производится процесс резания, в 50определенйые промежутки времени процесс резания прекращают. Измеряют величйну площадки износа по задней грани,строя график зависимости пз=т( т), где йз -величина площадки износа по задней грани; т - время резания при обработке различными марками твердосплавногоинСтрумента. Величйны площэдй "износаразйые и колеблятся в пределах 0,4 - 1,6 мм,Зная скорость резания и время, эа которое площадка износа достигла определенной величины, определяют длину пути резания и интенсивность износа на длину пути. За оптимальную скорость принимают скорость, при которой интенсивность износа минимальна,Этот способ очень трудоемок, требует больших затрат времени, материала и энергоресурсов,Целью изобретения является повышение точности обработки.На чертеже изображены графики теплопроводности йнструментального и обрабатываемого материалов,При увеличении температуры изменяются величины коэффициентов теплопроводности инструментального и обрабатываемого материалов, В процессе резания происходит контактировайие этих материалов, При увеличении скорости резания увеличивается температура резания и, как следствие, изменяются коэффициенты теплопроводности инструментального и обрабатываемого материалов. С увеличением температуры резания стойкость инструмента изменяется. Для этого необходимо определить скорость резания, при которой будет наибольшая стойкость инструмента, соответствующая наибольшей производительности и наименьшей себестоимости обработки, С этой целью определяют измене- . ние величин коэффициентов теплопроводностей инструментального й обрабатываемого материалов. Изменение величин теплопроводности инструментального и обрабатываемого материалов существенно влияет на распределение температуры резания при различных методах обработки. По мере снижения теплопроводности обрабатываемого материала температура возрастает, увеличение теплопроводности материала инструмента не только снижает температуру резания, но может изменить и характер еераспределения в контактируемых поверхностях инструмента и обрабатываемой детали. Изменение температуры резайия прйеодитк изменению характера и вида контактного взаимодействия. На стойкость инструмента и его работоспособность в конечном счете оказывают влияние характер и вид контактного взаимодействия. Таким образом, изменение теплопроводности инструментального и обрабатываемогоматериалов оказывают влияние нэ вид и характер контактного взаимодействия, В отличие от прототипа измерения коэффициентов теплопроводности инструментального и обрабатываемого материалов проводят по группе обрабатываемого материала, а это 15-20 наименований марок сталей, и по твердым сплавам, а по прототипудля каждого отдельно, что увеличивает трудоемкость известного способа.Достижение более точного определения оптимальной скорости резания предлагаемым способом заключается, в 5следующем.- В прототипе температуруструктурно-фазового ( а-+у ) перехода определяют для каждой стали отдельно в определенной зависимости от содержанияуглерода в ней, При этом эта температура 10Одсз равна температуре резания О. В этомслучае пренебрегают влиянием теплопроводности контактируемых тел, так как онив конечном счете определяют интенсивность стока тепла в стружку и инструмент 15и среднюю температуру резания. Теплопроводность инструментального и обрабатываемого материала оказывает влияние наизменение средней температуры резания ираспределение температуры резания на 20длине контакта. В прототипе температураструктурнофазового перехода, соответствующая температуре резания, во всех случаяходинакова и остается неизменной при применении в качестве инструментального материала твердых сплавов с различнойтеплопроводностью. Так, по прототипу оптимальная скорость стали 45 инструментом,оснащенным твердым сплавом ВК 8, составляет: 90=3,0 м/с. В предлагаемом способе ЗОЧ 0=0,3 м/с (табл. 4), Зто малые скоростирезания, не применяемые в промышленности, По рекомендации сплав Вг 8 при точении углеродистых сталей не применяется,В предлагаемом способе точность достигается тем, что оптимальную скоростьрезания определяют по графику зависимости изменения температуры резайия от скорости резания при температуре резания,которая соответствует температуре пересечения кривых Ь =1 Щ и Й =1 Щ на графикеизменения теплопроводности инструмен-.тального (Л ) и обрабатываемого ( Й) материала от температуры (Т),Способ реализуется следующим образом,По стандартным кратковременный испытаниям образцов из обрабатываемого иинструментального материалов определяют изменение величины коэффициентов 50теплопроводности инструментального и обрабатываемого материалов.С помощью кратковременных температурных испытаний находят зависимостьтемпературы резания от скорости резания. 55Строят графики зависимости Яц Й =1(Т) ибНЯ и за оптимальную скорость резанияпринимают скорость из графика, соответст вующего температуре, которую определяют точкой пересечения кривых ,4 -1 Щ на граФике.В качестве примера взяты для точения цилиндрические заготовки из углеродистой стали 45, конструкционной стали ЗОХГСА и высокохромистой стали 20 Х 13 в отожженном состоянии режущим инструментом, оснащенным вольфрамовым сплавом ВК 6, титановольфрамовым сплавом Т 15 К 6, безвольфрамовым твердым сплавом ТН 20 со следующей геометрией резания: углы в плане у=45, у=25, задние углы а=а 1-10, передние углы А =у=О и радиус закругления вершины резца г=0,6 мм. Режимы разения; скорость резания 0,05 - 3,5 м/с; величина подачи 3=0,3 мм/об; глубина резания 1,5 мм.Результаты измейения коэффициентов теплопроводности (СТ СЭВ 3303 - 71) определяли через каждые 50 С, они приведены в табл, 1,Температуру резания определяли через каждые 0,25 м/с, результаты приведены в табл. 2.Зависимость интенсивности износа Гь от температуры О приведена в табл. 3.П р и м е р 1. Реализацию способа производили по описанной выше методике. Обработку стали 45 проводили инструментом, оснащенным твердым сплавом ВК 8,Точки пересечения кривых й =1 Я и Й=1 Щ на графике нет, Поэтому при точении углеродистых и конструкционных высокохромистых сталей твердый сплав ВК 8 не применяется.П р и м е р 2, Обработку стали 45 проводили инструментом, оснащенным твердым сплавом Т 15 Кб, Точка пересечения кривых Ь =1 Я,=ФЩ соответствует температуре, равной 675 С. Интенсивность износа 1 сплава Т 15 К 6 при этой температуре минимальна и составляет -- 67 мкм/км, что соответствует оптимальной скорости резания, равной 1,82 м/с.П р и м е р 3. Обработку стали 45 проводили инструментом, оснащенным безвольфрамовыми твердыми сплавами ТН 20. Точка пересечениякривых Й =1 Щ и Я =1 Щ соответствует температуре, равной 760 С. Интенсивность износа и сплава ТН 20 при этой температуре минимальна и составляет ЗО мкм/км, что соответствует оптимальной скорости резанйя, равной 2,5 м/с.П р и м е р 4, Обработку стали 45 вели инструментами из твердого сплава Т 5 К 10, Точка пересечения кривых Л =тЩ, Яо =1 Щ соответствует темйературе, равной 325 С. Интенсивность износа сплава Т 5 К 10 при этой температуре составляет 70 мкм/км, что1754419 соответствует оптимальной скорости резания, равной 0,6 м/с,П р и м е р 5. Обработку стали ЗОХГСАпроводили инструментом, оснащенным. твердым сплавом Т 5 К 10. Точка пересечения 5кривых Ь =1 Щ,=тЩ соответствует температуре 110 С. Это малые скорости резания, которые не соответствуют наибольшейпроизводительности., П р и м е р 6, Обработку стали ЗОХГСА 10проводили инструментом, оснащеннымтвердым сплавом Т 1 5 К 6. Точка пересечениякривых Й =1 Щ, Я 0 =1 Щ соответствует тем-.,пературе 590 С, Интенсивность износа приэтой температуре сплава Т 15 Кб составляет 1540 мкм/км, что соответствует оптимальнойскорости. резания равной 1,8 м/с.П р и м е р 7. Обработку стали ЗОХГСАпроводили инструментом, оснащеннымбезвольфрамовым твердым сплавом ТН 20, 20Точка пересечения кривых Й =1 Щ, Й =1 Щсоответствует температуре 7000 С. Интенсивность износа при этой температуресплава ТН 20 составляет 30 мкм/км, что соответствует оптимальной скорости резания, 25равной 2,1 м/с,П р и м е р 8. Обработку стали 20 Х 13: проводили инструментом, оснащеннымтвердым сплавом Т 5 К 1 О. Точки пересечениякривых Й =Т), Й =1 Щ нет, поэтому минимум интенсивности износа сбответствуетмалым скоростям резания.П р и м е р 9, Обработку стали 20 Х 13пРоводили инструментом, оснащенным35Изиененйе величины коэффициентов тепсплавов и стали от теипера сплавом Т 15 Кб. Точка пересечения кривыхЯ=1 Щ, Ь=ФТ) соответствует температуре300 С, Интенсивность износа при этой температуре составляет 42 мкм/км, что соответствует оптимальной скорости резания,равной 0,8 м/с,П р и м е р 10. Обработку стали 20 Х 13проводили инструментом, оснащенным безвольфрамовым твердым сплавом ТН 20. Точка пересечения кривых Я =тЩ, А =т(Т)соответствует температуре 575 С. Интенсивность износа при этой, температуре составляет 10 мкм/км, что соответствуетоптимальной скорости резания, равной 1,6м/с.Таким образом, опредегение оптимальной скорости резания более точйое по предлагаемому способу.Формула изобретенияСпособ управления обработкой резанием, включающий измерение температуры взоне резания при различных скоростях резания и соответствующее изменение скорости резания; о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения точности обработки, оп- .ределяют изменение величин коэффициентов теплопроводности инструментального иобрабатываемого материалов при различных значениях температуры, и обработкудетали производят при значении скоростирезания, соответствующей температуре,при которой величины коэффициентов теплопроводности инструментального и обрабатываемого материалов равны,Таблицалопроводности Я, Вт/иф К) твердыхатуры (Т, С) ада етмтмтмют а вмм мимтщююаимв атаииа щвиимем в ще к, МК МК 1 о Температура, вимм витю ттмЪщт тмКт юеми ата вимм ем мищщтмт1754419 10 Продолжение табл,1 Марка материала и тетет аи т " ВвЕ втеатитеа К ььем ив еиь агеа ььа втаьее аеввьатт аа ае в в в ае т е митив Вет еете атитиееамв ее тт еемт тввваф150 500 550 600 650 700 750 800ивы вавааи55,25 55,75 56,25 56,75 57,25 57,75 58,25 58,75газо,о 40,75 й 1,5 й 2,25 йз,о 213 75 И,5 215,7529,21 30,28 31,0: 31,8 32,6 33,1 з 321,2 35,022,5 : 23,75 25,.0 26,75 27,5 28,75 30,0 31,2537,0 36,1 з .35,7 35,0 33,8 32,5 31,25 30,0 и т в в аи ве в е ВК 8 Т 5 К 10Т 15 К 6 ТН 20 Углеродистаясталь 45 Легированныестали. тые стали (20 Х 13) 25,6 25,6, 25,6 25,6 25,6 25,6 . 25,6 25,6а ав в в те мщ ев м в т т ае еь е ев ва и аа Ев ев ав ев Ев т ав т т м и в ви юе ев и еа м и и и й ев т т а т ав и ав т т м тьа б л и ц а 2йеменские тенлератуРй резания бт Скорост для реалиного сочетания контактируееих паре ееееегаеьщею аееЕюагееещеееиге ею юе щ е юе е еааааа ьи атаевв ещеаее Т, м/сее е ю ее Е еюаггее ееагеаееа ееааюгав еюв ю еюге г ь ага ююе ееееа ае ееааааа, югг юа Вгю 2,75 о,о 3 1 3, 3 7 а,ою тещеаа веге агавьюю Вещеваи еюааее ееее ещевага ег аее ю щ е юеаегееааеааьЬага еюеееееюе е аь щ а ь ещеее ещеМащееееюетае Таблица 3оаЕИСННОСтЬ ИитаиенеОСти ИЗНЗа Оттаинаратурм рЕЗаиня Схт, НКИ/КН 1."иьиНерка стали: .: ..;, Т,еса е аеееее гаев Веаве ещеЕ гаеваЕЕевью еще Мее ь еее ига ьаеююгеагаащи еааеееааеьаееа200 250 300 350 400 456 00 550 600 650 700 70 800 850 900Сталь 45 . 80 70УО 71 Уг 73 75 78 82 90 140 240зохгсд 62 . 61 60 61 6263 , 64 6 66 70 86 ио 1 ь 5 18020 х 13 50 60 68 80 , 106 120 156 210Сталь ао и 76 72 7270 717278 : 7678 8090 200ЗОХГСД 60 6162 63 64 65 66 в 67 68 69 70 75 96 130 18210 Х 13 8 , 6 72 У 86 96 95 " 146 196 240. ЗОхгед 80 9 О 95 1 ОО 106 98 88 78 68 55 31 Зо 3 40 ВО20 Х 13 75 80 85 60 5030110 18 20 40 60 140 гавеее йарка теор. дого слаз Т 5 й 10 Т 15 кб Мерка йорка сталитвердогогее В еще ЬещСталь 4ОКВ ЗОХГСА20213Сталь 45Т 5 К 16 ЗОХГСА20 Х 13Стала 4т 15 кб Зохгсд20 Х 13Сталь 45т 1126 Зохгсд10 Х 13 0,25 0,5 ь 0,75 1,6 1,2 1,5 1,75 2,0 2,15 2,е аеае ещеещ ааещеееаввааееегьа е мещайеюеюееа 20 310 390 480 3 85 645 665 685 700 210450 10 575 620 666 766 Уго750 720 250310 375 Ь 10 050 496 30 576 600 636 250326 380 480 520 66 620 686 700 710 220 460 520 580 636 670 710 735 760 У 90 250 . Ззо 370 410 450 а 90 30 570 665 645 250 330 416 490 540 58 635 690 716 725 220 400 10 570 586 600 636 730 77 800 250 270 340 Ь 25468 516 5595 640 680 256 Зао Ьзо 51 о 560 605 65. 710 736 Уа 5 220410 86640 680 690 760 Уао 796 810 250 390 ЬВО 490 40 600 . 606 650 682 У 15 715 810 660 У 25 820 680 740 810 700 760 830 740 725 745 70 830 850 870 68 У УО 5 711 Уао 72 760 846 860 880 70 72 750 70 766 768 840 866 880 725 745 765 770 780 788 80 870 890765 785 805 755760 890 910 УЬО 750 765 770 900 920760 785 775 785800 920 780 79 795 800 920 936 811 8261754419 12 Таблица Результаты проведения испытаний,Оптимальная скорость резанияЧ, и/с, определенная по различным способам Марка стали Маркатвердогосплава Температура структурно- фазового И+ф) превращения,С Прототип Базовый Предлага- емыйие ие еи 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 ЕК 8 Т 5140 Т 15 К 6 ТН 20 О Вт Составитель Е. Утки Техред М.Моргентал Корректор А.Козориз актор А, Лежни Заказ 2852 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж-Э 5, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гаврцнв, 10 4530 ХГСА20 Х 1345ЗОХГСА20 Х 134530 ХГСА20 Х 134530 ХГСА20 Х 13 820 830 860 820 .8.%0 860 820 840 860 820 840 860 3,03,04,854,52,854,254,22,854 52,754 ф 5 0,6 0;3 0,3 1,8 1,8 0,82,6 2,1 1,б 0,6 0,3 0,3 1,82 1,8 0,8 2,6 2,1 1 ьб