Реферат: Підвищення ефективності чистового точіння сталей різцями з різальними пластинами з безвольфрамових

де – міцність на зріз адгезійних зв’язків при відсутності нормальних напружень на контакті; – значення коефіцієнта зміцнення адгезійних зв’язків при ; – мікротвердість поверхневого шару твердого сплаву у вихідному стані; – коефіцієнт відносного підвищення в результаті ОІМП; – показник інтенсивності зниження з підвищенням ; , , – коефіцієнти, , , , – показники ступеня, – подача; – дотичні напруження на задній поверхні; ; ; 0; .

Підвищення різальних пластин, і відповідно, підвищення співвідношення контактних твердостей інструментального та оброблюваного матеріалів в результаті ОІМП обумовлює зниження інтенсивності пластичної деформації, усадки стружки, сил різання, дотичних напружень на умовній площині зсуву, напружень та коефіцієнтів тертя на контактних поверхнях інструменту.

На прикладі твердого сплаву ТН20 розроблено теоретичну модель впливу ОІМП на структуру та мікротвердість поверхневого шару БВТС. Підвищення мікротвердості поверхневого шару БВТС в результаті ОІМП зумовлене змінами в структурі твердого сплаву, викликаними деформаційним впливом магнітного поля. В певному діапазоні значень напруженості поля напруження в феромагнітній зв’язуючій фазі під впливом магнітострикції перевищують межу текучості , ця фаза зазнає пластичної деформації стискування і, в свою чергу, стискує оточені нею карбідні зерна, що забезпечує субструктурне зміцнення фаз сплаву, яке призводить до підвищення . На основі розгляду одночасного впливу на як зміцнюючого (підвищення щільності дислокацій), так і знеміцнюючого (підвищення щільності пор та мікротріщин) фактору обґрунтовано нелінійний тип залежності з наявністю діапазонів , що забезпечують ( та ) і не забезпечують () підвищення . Більш інтенсивна зміцнююча дія магнітного поля на пластини з меншою обумовлює зниження коефіцієнту варіації мікротвердості пластин в партії в результаті ОІМП. Для опису загального вигляду залежностей від режимів ОІМП запропоновані наступні вирази:

– для залежності :

; (3)

– для залежності :

при і при ; (4)

– для залежності :

при і при . (5)

Зниження інтенсивності зношування різців та полегшення умов процесу різання внаслідок зниження інтенсивності пластичної деформації сталі та тертя на контактних поверхнях інструменту обумовлює підвищення стійкості різців з пластинами з БВТС в результаті ОІМП. Залежність коефіцієнту підвищення стійкості різців від носить ступеневий характер: (, ). Зниження пластин з БВТС в результаті ОІМП обумовлює зниження варіаційних розбіжностей стійкості різців з цими пластинами.

На основі розгляду характеру впливу магнітної обробки на показники інтенсивності пластичної деформації сталі (зниження кута дії , дотичних напружень на умовній площині зсуву, коефіцієнту скорочення стружки, тангенціальної складової сили різання , збільшення кута зсуву ) та тертя на контактних поверхнях інструменту (зниження коефіцієнту та кута тертя на передній поверхні) теоретично обґрунтовано зниження температури різання в результаті ОІМП різальних пластин, яке закономірно обумовлює підвищення рівня оптимальних швидкостей різання , що відповідають постійній для даної пари “твердий сплав–оброблювана сталь” оптимальній температурі різання . Підвищення рівня обумовлює підвищення оптимальної продуктивності формоутворення, що відповідає максимуму стійкості різців та найкращим технологічним характеристикам оброблюваних деталей.

Зниження інтенсивності зношування різців та полегшення умов процесу різання закономірно впливають на технологічні характеристики оброблюваних деталей, зокрема точність обробки та шорсткість обробленої поверхні, що є надзвичайно важливим для операцій чистової токарної обробки. Зменшення різців з пластинами з БВТС в результаті ОІМП підвищує точність чистової токарної обробки сталевих деталей при забезпеченні заданої довжини шляху різання . ОІМП забезпечує зниження параметра шорсткості обробленої поверхні за рахунок зменшення адгезійної взаємодії твердого сплаву зі сталлю та інтенсивності пластичної деформації сталі при різанні.

Таким чином, підвищення ефективності чистового точіння сталей різцями з різальними пластинами з БВТС в результаті ОІМП носить комплексний характер та включає підвищення стійкості та стабільності стійкісних характеристик різців, точності обробки та зниження шорсткості обробленої поверхні деталей.

4 Результати експериментальних досліджень впливу ОІМП на мікротвердість поверхневого шару та структуру безвольфрамового твердого сплаву ТН20

Встановлено, що ОІМП підвищує мікротвердість поверхневого шару твердого сплаву та знижує коефіцієнт її варіації практично у всьому досліджуваному діапазоні режимів магнітної обробки. Отримані для партій пластин з середньою мікротвердості у вихідному стані = 1400 МПа та коефіцієнтами варіації мікротвердості у вихідному стані = 0,085, = 0,12 та = 0,2 залежності від режимів ОІМП відповідають загальному вигляду виразів (3–5). Найбільше підвищення та найбільше зниження відбуваються при однакових режимах ОІМП та для партії пластин з середньою мікротвердістю у вихідному стані =1400 МПа складають відповідно 1,31 та 2,65 рази. Оптимальна напруженість поля, що забезпечує найбільше підвищення , залежить від мікротвердості пластини у вихідному стані за лінійною залежністю (коефіцієнт кореляції = 0,98), а режими ОІМП впливають тільки на , не впливаючи на .

Результати рентгеноструктурного аналізу твердого сплаву ТН20 у вихідному стані та після ОІМП підтвердили представлену в роботі теоретичну модель впливу ОІМП на структуру БВТС. В результаті ОІМП твердого сплаву з режимами, що забезпечують найбільше підвищення (для партії з = 1400 МПа – = 1,1·10⁵ А/м, = 2 хв; = 28 год, = 5 Гц), відбувається підвищення щільності дислокацій в зв’язуючій фазі сплаву в 1,57 разів, у карбідній фазі – у 1,37 разів, а також підвищення щільності дефектів пакування, зміна елементів субструктури, зменшення параметра кристалічної ґратки карбідної фази. Ці структурні зміни свідчать про магнітострикційну природу, дислокаційний механізм та субструктурний характер зміцнення твердого сплаву ТН20 після ОІМП з даними режимами. Разом з тим підтверджено відсутність зміцнення твердого сплаву ТН20 після ОІМП з напруженістю поля = 1,8·10⁵ А/м, яка не забезпечує підвищення .

При чистовому точінні сталей 45 та У8А встановлено підвищення стійкості різців в результаті ОІМП різальних пластин в усьому діапазоні досліджуваних режимів магнітної обробки, крім А/м. Залежності коефіцієнта підвищення стійкості різців від напруженості поля і тривалості ОІМП носять характер, подібний до залежностей від цих режимів ОІМП. Найбільше підвищення стійкості

Таблиця 1

Вплив ОІМП на рівень при чистовому точінні сталей 45, У8А, 30Х13 різцями з різальними пластинами з твердого сплаву ТН20

Сталь	Подача S, мм/об	Глибина різання t, мм	Оптимальна швидкість різання , м/хв.		Відносне підвищення , %
			різальні пластини у вихідному стані	різальні пластини після ОІМП
45	0,2	1–2,5	160	230	43,8
	0,3	1–2,5	140	190	35,7
	0,4	1–2,5	120	160	33,3
У8А	0,2	1	155	220	41,9
	0,3	1	135	180	33,3
	0,4	1	120	155	29,2
30Х13	0,2	1	84	105	25
	0,3	1	68	84	23,5
	0,4	1	60	68	13,3

Таблиця 2

Параметричні рівняння максимальної розмірної стійкості різців з різальними пластинами з твердого сплаву ТН20 у вихідному стані і після ОИМП

Марка оброблюваної сталі	Матеріал різальної пластини	Режими різання		Рівняння для визначення	Рівняння для визначення
		, мм/об	, мм
45	ТН20	0,2–0,4	1
		0,2–0,4	2,5
	ТН20+ОІМП	0,2–0,4	1
		0,2–0,4	2,5
У8А	ТН20	0,2–0,4	1
	ТН20+ОІМП	0,2–0,4	1

ти та оптимальний відносний поверхневий знос по задній поверхні при точінні сталей 45 і У8А з будь-якою подачею в межах досліджуваного діапазону тавизначити оптимальне сполучення швидкості різання і подачі, що забезпечує мінімум і максимум . Отримані моделі служать основою для науково обґрунтованого вибору раціональних режимів різання при чистовому точінні сталей 45 і У8А різцями з пластинами з твердого сплаву ТН20, підданими ОІМП.

Встановлено, що ОІМП знижує у 1,47–1,73 рази коефіцієнт варіації довжини шляху різання при чистовому точінні сталей 45 та У8А.

Зниження різців в результаті ОІМП забезпечує підвищення точності обробки деталей за рахунок зниження у 1,2–1,27 рази складової похибки , пов’язаної з розмірним зносом різця. ОІМП знижує в 1,15–1,2 рази величину параметра шорсткості обробленої поверхні при чистовому точінні сталей 45 та У8А. Найбільша точність і найменша шорсткість обробленої поверхні відзначаються при оптимальних швидкостях різання.

Висновок

1. В роботі вирішена актуальна наукова задача підвищення ефективності чистового точіння сталей різцями з різальними пластинами з безвольфрамових твердих сплавів (БВТС) за рахунок розробки та впровадження технологічного методу обробки імпульсним магнітним полем (ОІМП) різальних пластин і вибору раціональних режимів різання.

2. Встановлено, що ОІМП різальних пластин з БВТС знижує інтенсивність зношування різців, оснащених цими пластинами, при чистовому точінні сталей за рахунок підвищення мікротвердості поверхневого шару твердого сплаву, а також забезпечує зниження показників деформації оброблюваної сталі, коефіцієнтів тертя на контактних поверхнях, температури різання за рахунок підвищення співвідношення контактних твердостей інструментального та оброблюваного матеріалу.

3. На прикладі твердого сплаву ТН20 розроблено теоретичну модель впливу ОІМП на структуру і мікротвердість поверхневого шару БВТС. Згідно з цією моделлю дія магнітного поля викликає пластичну деформацію стискування зв’язуючої фази та обумовлене нею стискування карбідних зерен, що призводить до підвищення мікротвердості поверхневого шару твердого сплаву внаслідок зміцнення його фаз, яке має магнітострикційну природу, дислокаційний механізм протікання та субструктурний характер. Встановлено характер залежностей коефіцієнту відносного підвищення мікротвердості поверхневого шару твердого сплаву від напруженості поля, тривалості магнітної обробки, часу витримки різальних пластин після ОІМП.

4. Визначено раціональні режими ОІМП різальних пластин з безвольфрамового твердого сплаву ТН20, що забезпечують найбільше підвищення стійкості різців з цими пластинами при чистовому точінні сталей 45 та У8А. Встановлено, що найбільше підвищення стійкості різців відбувається в результаті ОІМП з режимами, що забезпечують найбільше підвищення мікротвердості поверхневого шару твердого сплаву.

5. ОІМП підвищує довжину шляху різання при чистовому точінні сталей 45, У8А, 30Х13 різцями з різальними пластинами з твердого сплаву ТН20 у всьому досліджуваному діапазоні швидкостей різання. Найбільше підвищення довжини шляху різання відповідає оптимальним швидкостям різання для різців з різальними пластинами, підданими ОІМП, і в діапазоні досліджуваних подач і глибин різання складає: при точінні сталі 45 – 1,8– 2,15 рази; сталі У8А – 1,94 – 2,28 рази; сталі 30Х13 – 1,52 – 2,08 рази. Встановлено, що ОІМП знижує коефіцієнт варіації довжини шляху різання при точінні сталей 45 та У8А на оптимальних швидкостях різання в 1,47–1,73 рази, підвищує точність обробки деталей зі сталі 45 за рахунок зниження у 1,2–1,27 рази складової похибки, пов’язаної зі зносом різця, знижує в 1,15–1,2 рази величину параметра шорсткості обробленої поверхні при чистовому точінні сталей 45 та У8А.

6. Визначено раціональні режими різання при чистовому точінні сталей 45, У8А, 30Х13 різцями з різальними пластинами з твердого сплаву ТН20, обробленими імпульсним магнітним полем, які забезпечують максимальну довжину шляху різання і найкращі показники точності обробки і шорсткості оброблених поверхонь. Отримано математичні моделі залежностей відносного поверхневого зносу різців і температури різання від режимів різання, параметричні рівняння максимальної розмірної стійкості, що служать основою для науково обґрунтованого вибору раціональних режимів різання при чистовому точінні сталей 45 і У8А різцями з пластинами з твердого сплаву ТН20, підданими ОІМП.

7. Встановлено підвищення рівня оптимальних швидкостей різання, що відповідають мінімальній інтенсивності зношування різців, при чистовому точінні сталей різцями з різальними пластинами з твердого сплаву ТН20 в результаті ОІМП різальних пластин. Підвищення рівня оптимальних швидкостей різання відбувається внаслідок зниження термомеханічної напруженості в зоні різання, обумовленого підвищенням співвідношення контактних твердостей інструментального та оброблюваного матеріалів після магнітної обробки різальних пластин. Величина підвищення в діапазоні досліджуваних подач і глибин різання складає: при точінні сталі 45 –33,3 – 43,8 %, сталі У8А – 29,1 – 41,9 %; стали 30Х13 – 13,3 – 25 %.