Способ определения оптимальной скорости резания

Способ определения оптимальной скорости резания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области обработки металлов и сплавов резанием и может быть использовано для выбора оптимального режима резания, обеспечивающего минимум износа, а также инструментального материала максимальной производительности.

Известны способы определения оптимального режима изнашивания при обработке резанием, основанные на экспериментальном установлении экстремальных зависимостей силы, коэффициента трения, интенсивности изнашивания и характеристик качества поверхности от внешних воздействий на систему трения (резания) - скорости, давления или сечения срезаемого слоя [1-5 Костецкий Б.И. Трение, смазка и износ в машинах. Киев: Технiка, 1970. - 395 с.]. Эти способы можно считать классическими, их недостатком является необходимость проведения трудоемкости и дорогостоящих экспериментов по установлению оптимального режима изнашивания.

Известен также используемый в условиях резания металлов метод нахождения оптимальной величины подачи как точки пересечения линий графиков термоЭДС на передней и задней поверхностях инструмента при вариации подачи в выбранном диапазоне [Рыжкин А.А. Синергетика изнашивания инструментальных режущих материалов. Ростов н/Д, Изд. центр ДГТУ, 2004. с.214].

Метод обеспечивает получение данных, удовлетворительно согласующихся с табличными, но трудоемок и требует использования специального разрезного резца с его точной регулировкой.

Известен способ определения оптимальной скорости резания для твердосплавных инструментов, заключающийся в том, что при разных температурах Q (4-6) точек производят стандартные измерения твердости сплава по Виккерсу и по графикам lgHV=f(Q) находят точку перелом этих линий, которая является температурой максимальной работоспособности Q_м.p., а затем по графику зависимости Q=t(V) определяют по этой температуре Q_м.р. оптимальную скорость. Несмотря на сравнительную простоту реализации самого способа, он достаточно трудоемок, так как требует применения защитной атмосферы (или вакуума) при измерениях твердости при разных температурах; в противном случае не исключено неконтролируемое влияние на твердость образующейся на твердом сплаве оксидной пленки и смещение точки перелома прямых lgHV=f(Q) [Патент RU №2173611, В23В 1/00, 2001 г.].

Известен способ определения оптимальной скорости резания, суть которого состоит в том, что осуществляется предварительный нагрев твердосплавных образцов, и температура, при которой в окисленной поверхности твердого сплава возникает парамагнитное состояние, соответствующее минимуму поглощенной энергии СВЧ, - выбирается в качестве исходного параметра. Затем по температуре этого минимума по графику «температура - скорость резания» находится оптимальная скорость [Патент RU №2168394, В23В 1/00, 2000 г.].

Этот способ имеет физическое обоснование, но сложен в реализации и достаточно трудоемок.

Наиболее близким по выполнению является способ определения оптимальной скорости резания, заключающийся в том, что режущий инструмент и деталь включают в электрическую цепь, регистрируют переменную ε ˜ и постоянную E ¯ составляющие термоЭДС зоны резания, а оптимальную скорость резания определяют по минимуму или точке перегиба кривой параметра K ε = ε ˜ / E ¯ как функции скорости (авторское свидетельство SU №903750, В23В 1/00, 1982 г.).

Недостаток этого способа состоит в недостаточно высокой точности определения скорости.

Техническим результатом изобретения является повышение точности выбора оптимальной скорости резания при подборе инструментального материала с максимальной износостойкостью.

Технический результат достигается тем, что для пары инструмент-деталь при различных скоростях резания v определяют тангенциальные силы резания P_z флуктуации тангенциальных сил резания P ˜ z и флуктуации скорости резания υ ˜ , а в качестве критерия оптимальной скорости резания используют мощность флуктуации N ˜ = P ˜ z υ ˜ , при этом значение оптимальной скорости резания, соответствующей минимальной интенсивности изнашивания инструмента, определяют по максимальному значению мощности флуктуаций, полученной на кривой изменения комплекса N ˜ .

Технический результат достигается также тем, что для пары инструмент-деталь при различных скоростях резания v определяют тангенциальные силы резания P_z, флуктуации тангенциальных сил резания P ˜ z , и флуктуации скорости резания υ ˜ , а в качестве критерия оптимальной скорости резания используют коэффициента использования мощности флуктуации K N = N ˜ N ¯ = P ˜ z υ ˜ P z υ , при этом значение оптимальной скорости резания, соответствующей минимальной интенсивности изнашивания инструмента, определяют по точке перелома коэффициента использования мощности флуктуации, полученного на кривой изменения комплекса K_N.

Технический результат достигается также тем, что для пары инструмент-деталь при различных скоростях резания v определяют тангенциальные силы резания P_z, флуктуации тангенциальных сил резания P ˜ z , флуктуации скорости резания υ ˜ и переменную термоЭДС ε ˜ , а в качестве критерия оптимальной скорости резания используют аналог производства энтропии от тепловых процессов на контакте S ˜ = P ˜ z υ ˜ ε ˜ , при этом значение оптимальной скорости резания, соответствующей минимальной интенсивности изнашивания инструмента, определяют по максимальному значению параметра аналога производства энтропии от тепловых процессов на контакте, полученного на кривой изменения комплекса S ˜ .

Отличием предлагаемого способа является использование в качестве критерия выбора оптимальной скорости комплексов или N ˜ = P ˜ z υ ˜ , или S ˜ = P ˜ z υ ˜ ε ˜ , или K N = N ˜ N ¯ = P ˜ z υ ˜ P z υ , вместо коэффициента K ε = ε ˜ / E ¯ .

Ниже приведен пример осуществления изобретения.

Параметры, входящие в математические зависимости, измеряемые при резании на специальной установке, смонтированной на базе токарно-винторезного станка 1K625:

- сила P_z измерялась динамометром УДМ-600;

- термоЭДС зоны резания E-милливольтметром по стандартной схеме;

- для определения флуктуации скорости V ˜ z регистрировали линейные колебания державки инструмента акселерометрами датской фирмы Брюэль и Кьер типа 4329. Сигналы от акселерометров поступали в усилитель-интегратор, а затем регистрировались милливольтметром переменного тока B3-57 и записывались милливольтметром HB38-4;

- переменная составляющая усилия резания P ˜ z измерялась милливольтметром переменного тока B3-28A и регистрировалась самописцем;

- скорость резания V обеспечивалась кинематикой станка 1K625;

- переменный сигнал термоЭДС ε ˜ , отображающий флуктуации температуры на контакте, выделялся из рабочего сигнала термоЭДС E по специальной схеме, усиливался усилителем и регистрировался ламповым вольтметрам (см. рис.5.13, стр.265, в монографии Рыжкина А.А. Синергетика изнашивания инструментальных режущих материалов. Ростов-на-Дону, изд. центр ДГТУ, 2004).

Резцом с 5-гранной пластиной твердого сплава T15K6 обтачивали болванку из Ст35 на режимах: t=0,5·10^-3 м; S=0,11·10^-3 м/об, скорость резания V изменялась в пределах 1,0-5,00 м/с.

На рис.1-3 представлены графики изменения комплексов N ˜ , K_N, S ˜ для точения стали 35 резцами из твердых сплавов T15K6 и BK8 при вариации скоростей резания от 1 до 5 м/с (t=0,5·10^-3 м; S=0,11·10^-3 м/об). На рис.1 и 2 нанесены также экспериментальные данные интенсивности изнашивания резцов из сплавов T15K6 и BK8 (кривая J). Как видно, при оптимальной скорости резания, соответствующей минимуму износа, экспериментальные комплексы N ˜ , S ˜ принимают максимальные значения, а K_N имеет точку перелома. Сравнение оптимальных скоростей резания для твердых сплавов BK8 и T15K6 показывает, что сплав T15K6 более производителен, так как оптимальная скорость для него больше, чем сплава BK8 (2,71 м/сек и 2,17 м/с).

Полученные экспериментально закономерности изменения комплексов N ˜ , S ˜ , K_N, от скорости резания соответствуют их термодинамической интерпретации и физическому смыслу: флуктуации скоростей υ ˜ и ε ˜ отображают флуктуации температур и являются источниками «отрицательной» энтропии (негэнтропии) относительно зоны контакта, в который имеет место накопление энтропии и износ инструментального материала, т.е. при этих условиях система резания характеризуется повышением диссипативных возможностей зоны контакта, из-за чего уменьшается накопление энтропии и интенсивность изнашивания.

Для сравнения на рис.1 приведен график изменения величины K ε = ε ˜ / E ¯ . Как видно из рисунка, скорость, соответствующая точке перелома кривой, для T15K6 отличается от скорости, соответствующей минимальному износу (кривая J).

Таким образом, предполагаемый способ с использованием термодинамических комплексов N ˜ , S ˜ и K_N, позволяет повысить точность выбора оптимальной скорости резания при подборе инструментального материала с максимальной износостойкостью.

1. Способ определения оптимальной скорости резания, характеризующийся тем, что для пары инструмент-деталь при различных скоростях резания v определяют тангенциальные силы резания P_z, флуктуации тангенциальных сил резания и флуктуации скорости резания , а в качестве критерия оптимальной скорости резания используют мощность флуктуаций , при этом значение оптимальной скорости резания, соответствующей минимальной интенсивности изнашивания инструмента, определяют по максимальному значению мощности флуктуаций, полученной на кривой изменения параметра .

2. Способ определения оптимальной скорости резания, характеризующийся тем, что для пары инструмент-деталь при различных скоростях резания v определяют тангенциальные силы резания P_z, флуктуации тангенциальных сил резания и флуктуации скорости резания, а в качестве критерия оптимальной скорости резания используют коэффициент использования мощности флуктуаций , при этом значение оптимальной скорости резания, соответствующей минимальной интенсивности изнашивания инструмента, определяют по точке перелома коэффициента использования мощности флуктуаций, полученного на кривой изменения параметра K_N.

3. Способ определения оптимальной скорости резания, характеризующийся тем, что для пары инструмент-деталь при различных скоростях резания v определяют тангенциальные силы резания P_z, флуктуации тангенциальных сил резания , флуктуации скорости резания и переменную термоЭДС , а в качестве критерия оптимальной скорости резания используют аналог производства энтропии от тепловых процессов в зоне контакта , при этом значение оптимальной скорости резания, соответствующей минимальной интенсивности изнашивания инструмента, определяют по минимальному значению параметра аналога производства энтропии от тепловых процессов на контакте, полученного на кривой изменения параметра .