К вопросу о возможности демпфирования режущих пластин из поликристаллических сверхтвердых материалов
Damping capacities of cutting tool and comparative analysis of different materials, which can be used as a spacer in cutting tool were considered.
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
|---|---|
| Дата: | 2008 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2008
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/139531 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | К вопросу о возможности демпфирования режущих пластин из поликристаллических сверхтвердых материалов / Л.Н. Девин, А.А. Осадчий, Т.В. Нимченко // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2008. — Вип. 11. — С. 454-458. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-139531 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Девин, Л.Н. Осадчий, А.А. Нимченко, Т.В. 2018-06-20T17:30:16Z 2018-06-20T17:30:16Z 2008 К вопросу о возможности демпфирования режущих пластин из поликристаллических сверхтвердых материалов / Л.Н. Девин, А.А. Осадчий, Т.В. Нимченко // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2008. — Вип. 11. — С. 454-458. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 2223-3938 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/139531 621.941 Damping capacities of cutting tool and comparative analysis of different materials, which can be used as a spacer in cutting tool were considered. ru Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности К вопросу о возможности демпфирования режущих пластин из поликристаллических сверхтвердых материалов Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
К вопросу о возможности демпфирования режущих пластин из поликристаллических сверхтвердых материалов |
| spellingShingle |
К вопросу о возможности демпфирования режущих пластин из поликристаллических сверхтвердых материалов Девин, Л.Н. Осадчий, А.А. Нимченко, Т.В. Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности |
| title_short |
К вопросу о возможности демпфирования режущих пластин из поликристаллических сверхтвердых материалов |
| title_full |
К вопросу о возможности демпфирования режущих пластин из поликристаллических сверхтвердых материалов |
| title_fullStr |
К вопросу о возможности демпфирования режущих пластин из поликристаллических сверхтвердых материалов |
| title_full_unstemmed |
К вопросу о возможности демпфирования режущих пластин из поликристаллических сверхтвердых материалов |
| title_sort |
к вопросу о возможности демпфирования режущих пластин из поликристаллических сверхтвердых материалов |
| author |
Девин, Л.Н. Осадчий, А.А. Нимченко, Т.В. |
| author_facet |
Девин, Л.Н. Осадчий, А.А. Нимченко, Т.В. |
| topic |
Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности |
| topic_facet |
Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности |
| publishDate |
2008 |
| language |
Russian |
| container_title |
Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| publisher |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| format |
Article |
| description |
Damping capacities of cutting tool and comparative analysis of different materials, which
can be used as a spacer in cutting tool were considered.
|
| issn |
2223-3938 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/139531 |
| citation_txt |
К вопросу о возможности демпфирования режущих пластин из поликристаллических сверхтвердых материалов / Л.Н. Девин, А.А. Осадчий, Т.В. Нимченко // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2008. — Вип. 11. — С. 454-458. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT devinln kvoprosuovozmožnostidempfirovaniârežuŝihplastinizpolikristalličeskihsverhtverdyhmaterialov AT osadčiiaa kvoprosuovozmožnostidempfirovaniârežuŝihplastinizpolikristalličeskihsverhtverdyhmaterialov AT nimčenkotv kvoprosuovozmožnostidempfirovaniârežuŝihplastinizpolikristalličeskihsverhtverdyhmaterialov |
| first_indexed |
2025-11-25T01:39:50Z |
| last_indexed |
2025-11-25T01:39:50Z |
| _version_ |
1850503944899395584 |
| fulltext |
РАЗДЕЛ 3. ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ИНСТРУМЕНТЕ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
454
УДК 621.941
Л.Н. Девин, д-р. техн. наук, А.А. Осадчий, Т.В. Нимченко
Институт сверхтвердых материалов им. В.Н. Бакуля НАН Украины, г.Киев
К ВОПРОСУ О ВОЗМОЖНОСТИ ДЕМПФИРОВАНИЯ РЕЖУЩИХ ПЛАСТИН
ИЗ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
Damping capacities of cutting tool and comparative analysis of different materials, which
can be used as a spacer in cutting tool were considered.
В настоящее время, борьба с вибрациями является одной из актуальных проблем
практически во всех отраслях народного хозяйства и, прежде всего машиностроении, прибо-
ростроении и судостроении. Особенно важна эта проблема для режущих инструментов, так
как наличие вибраций снижает качество обработки и приводит к увеличению вероятности
разрушения хрупких инструментальных материалов. В этой связи исследование вибраций
резца в процессе резания и создание методов их снижения является важной задачей машино-
строения.
Эффективным, а в ряде случаев единственным приемлемым способом снижения
вредных вибраций и шумов, препятствия их распространению и снижения резонансных пи-
ковых напряжений является использование для деталей машин и конструкций, работающих в
динамическом режиме, сплавов с большим внутренним трением, так называемых сплавов
высокого демпфирования. Последними следует считать сплавы с относительным рассеянием
энергии в диапазоне рабочих амплитуд более чем 1 %, т. е. не менее чем в таком известном
материале, как серый чугун.
Известны попытки снижения вибраций в процессе резания путем применения чугун-
ных державок. Во многих случаях их использование позволило значительно снизить вибра-
ции, улучшить качество обработанной поверхности и повысить стойкость режущих инстру-
ментов.
Однако в работах по исследованию вибраций преимущественно обращалось внимание
на качество обработанной поверхности и износостойкость резцов. А влияние демпфирования
на вероятность разрушения вершины резца не исследовалось. Кроме того, в последнее время
появились более эффективные, нежели чугун, материалы с высокими демпфирующими
свойствами на основе никелида титана. Их особенность заключается в том, что они испыты-
вают многократные мартенситные превращения под действием внешних нагрузок при ком-
натной температуре (так называемые материалы с эффектом памяти формы). В этой связи в
работе как основная поставлена цель исследовать возможность применения материалов с
памятью формы для гашения колебаний при резании инструментами с многогранными пла-
стинами из поликристаллических сверхтвердых материалов (ПСТМ).
К преимуществам гашения колебаний с помощью сплавов высокого демпфирования
относятся простота (устраняется необходимость применения специальных, иногда довольно
сложных виброгасящих устройств), практическая независимость эффекта демпфирования от
частоты и, как правило, широкая область рабочих температур.
В процессе обработки металлов резанием возникают периодические вибрации сис-
темы станок – деталь – инструмент.
При этом наблюдаются колебания преимущественно трех видов: собственные, вынуж-
денные и автоколебания. Собственные колебания возникают под действием внешнего
толчка и постепенно затухают. Вынужденные колебания возникают при появлении возбуж-
дающей периодической силы и проявляются до тех пор, пока действует эта сила. Вынуж-
Выпуск 11. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
455
денные колебания при точении возникают под действием переменных сил резания при обра-
ботке прерывистых поверхностей (например, шестерней с литым зубом и др.), обработке
заготовок с неравномерным припуском, биении детали.
Исследованиями установлено, что резание металла с большими площадями сече-
ния среза происходит с меньшими вибрациями, чем с малых. При чистовых операциях, т.
е. малой глубине и подаче, характерных для ПСТМ, процесс резания менее устойчивый,
так как глубина резания становится соизмеримой с округлением режущей кромки и разме-
ром площадки износа по задней грани; при этом резец больше скоблит, нежели режет ме-
талл. Вибрация увеличивается также при уменьшении угла в плане φ главной режущей
кромки резца. Опыты подтверждают, что при уменьшении угла в плане φ вибрации резко уси-
ливаются. Особенно сильно на интенсивность вибраций влияет усилие резания Pу. При по-
стоянном сечении стружки уменьшение угла в плане φ вызывает усиление вибраций, так
как при этом увеличивается усилие резания Ру.
Опытно доказано, что при увеличении переднего угла резца при прочих равных
условиях вибрации снижаются. Это объясняется тем, что при больших передних углах
резца металл деформируется меньше чем при угле равном нулю, и тем более при отрица-
тельных значениях угла, так как при положительных их значениях усилие резания значи-
тельно меньше, чем при отрицательных.
Для количественной оценки демпфирующей способности металлов используют раз-
личные размерные, а также безразмерные параметры: затухание абсолютное и относи-
тельное, тангенс угла отставания по фазе деформации от приложенного напряжения (или
тангенс угла потерь), логарифмический декремент колебаний, добротность [1; 3].
Для проведения экспериментов по оценке демпфирования режущей части резца была
разработана специальная державка (рис. 1).
Рис. 1. Схема державки с демпфирующими прокладками
Квадратная режущая пластинка из ПСТМ на основе кубического нитрида бора 1 рас-
полагается между двумя прокладками 2 из демпфирующего материала и прижимается при-
хватом 3. В качестве прокладок использованы твердый сплав, серый чугун, сталь и никелид
титана.
Наиболее низкие демпфирующие свойства характерны для прокладок из стали и
твердого сплава, наиболее высокие – для никелида титана. Этот материал представляет со-
бой твердый раствор на основе интерметаллического соединения мононикелида титана, со-
держащий 48–54 % Ni [1].
При закалке сплавов высокотемпературная β-фаза с упорядоченной по типу о.ц.к. ре-
шеткой претерпевает мартенситное превращение. В результате образуется несколько моди-
фикаций мартенсита, характеризующихся плотно упакованными структурами с различным
чередованием укладки плотно упакованных плоскостей. Температура мартенситного пре-
вращения никелида титана чрезвычайно сильно зависит от их состава и находится в пре-
делах от + 120 до – 60 °С. Минимальную температуру имеют сплавы с 51 % Ni.
РАЗДЕЛ 3. ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ИНСТРУМЕНТЕ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
456
При циклической нагрузке относительное количество модификаций мартенсита изме-
няется, что обусловливает высокую демпфирующую способность сплавов.
Относительное рассеяние энергии в сплаве при малых амплитудах составляет 5–10 %,
при больших – 20–30 %. Наряду с высокой демпфирующей способностью сплав характеризу-
ется хорошей коррозионной стойкостью и комплексом механических свойств. Сплав с со-
держанием 49,5 % Ni после закалки начиная с температуры 800 °С в воде имеет σв = 800–850
МПа; σ0,2 = 300–350 МПа; σ-1 = 490 МПа. В этом случае относительное затухание при малых
амплитудах составляет 8 %, а при значительных – 20–30 %.
Для изучения демпфирующей способности исследуемых образцов было разработано
измерительное устройство, у которого в качестве базы использовали измерительную стойку
от прибора «Звук–107» [2; 4].
Измерительное устройство состояло из стойки “Звук–107”, анализатора спектра
СК4-59 и широкополосного усилителя У3-32. Блок–схема установки изображена на рис. 2.
Электрические синусоидальные колебания создавали с помощью генератора ка-
чающей частоты анализатора спектра СК4-59 и усилителя мощности У3-32, а затем преобра-
зовывали в механические. Возбуждаемые в образце колебания воспринимались пьезоэлек-
трическим приемником, усиливались и подавались на вход анализатора спектра СК4-59, где
и исследовались резонансные кривые.
Образец устанавливали между двумя пьезоэлектрическими излучателями стойки
“Звук-107” (Рис.2.).
Рис. 2. Блок-схема измерительной установки
Рис. 3. Общий вид образца в излучателях
стойки “Звук-107”
Излучатели выполнены в виде полусфер. Сканирующий сигнал с плавающей частотой
0,3–1,3 МГц с анализатора спектра подавали на широкополосный усилитель. После усилите-
ля сигнал поступал на один из излучателей измерительной стойки. Второй излучатель под-
соединяли ко входу анализатора спектра СК4-59.
Были проведены эксперименты по определению демпфирующих характеристик трех
различных материалов (в дальнейшем их можно будет применять в качестве прокладок в
резце приведенной конструкции) в целях выбора материала с наилучшими свойствами гаше-
ния вибраций. Для этого были изготовлены образцы в форме круглых пластин диаметром 10
мм.
Поверхности исследуемых образцов были шлифованными (шероховатость Ra ≤ 0,63
мкм), а грани имели допуск формы симметричности в пределах 0,02 мм и параллельности
0,05 мм.
Исследуемые образцы не имели трещин, расслоений, видимых поверхностных дефек-
тов и механических повреждений.
Выпуск 11. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
457
В качестве оценки демпфирующих характеристик образцов использовали добротность
Q, коэффициент затухания колебаний β и логарифмический декремент затухания δ.
Вследствие отвода энергии колебания демпфируются, их амплитуда уменьшается от
одного колебания к другому в β раз; эта величина называется коэффициентом затухания ко-
лебаний. Амплитуда колебаний зависит от частоты. С повышением частоты до резонансной
f0 амплитуда колебаний увеличивается до некоторого максимума, высота которого зависит от
коэффициента затухания, и затем снова уменьшается. Это резонансное превышение называ-
ют также добротностью, или коэффициентом добротности, и обозначают Q.
Добротность связана с коэффициентом затухания β следующим соотношением [3]:
ln
Q . (1)
Кроме того, от добротности зависит также ширина пика резонансной кривой. В случае
измерения ширины полосы резонансного максимума В на высоте 70 % (точнее при
707,02/1 ) максимального значения при не слишком сильном демпфировании, т. е., на-
пример, при Q>10 получим
B
f
Q 0 , (2)
где hв FFB , f0 – частота, соответствующая максимальной амплитуде сигнала (Рис. 4.).
Рис. 4. Резонансный пик.
Тогда выражение (2) будет иметь вид
hв FF
f
Q
0 , (3)
Логарифмический декремент затухания колебаний связан с коэффициентом затухания
зависимостью
ln , (4)
Тогда формула (1) примет вид
Q , (5)
откуда
Q
, (6)
Полученные в результаты испытаний демпфирующие характеристики образцов при-
ведены в таблице.
РАЗДЕЛ 3. ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ИНСТРУМЕНТЕ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
458
Демпфирующие характеристики образцов
Материал образца Добротность Q
Логарифмический
декремент затухания
δ, %
Коэффициент зату-
хания колебаний β
Сталь 1230±51 0,23±0,01 1,0021±0,0002
WC–6%Co 998±32 0,32±0,02 1,0032±0,0003
Никелид–титана 63±6 5,05±0,43 1,0518±0,0063
Таким образом, приходим к выводу, что свойства гашения вибраций никелида титана
выше, чем стали и твердого сплава. Это позволяет рекомендовать использовать его в качест-
ве прокладок из демпфирующего материала в резце предложенной конструкции.
Литература
1. Фавстов Ю.К., Шульга Ю.Н., Рахштадт А.Г. Металловедение высокодемпфирующих
сплавов. – М.: Металлургия, 1980. – 272 с.
2. Глаговский Б.А., Ройтштейн Г.Ш., Яшин В.А. Контрольно-измерительные приборы и
основы автоматизации производства абразивных инструментов: Учеб. пособие для
машиностроит. техникум. – Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1980. – 278 с.
3. Й.Крауткрамер, Г.Крауткрамер. Ультразвуковой контроль материалов: Справоч. Изд.
Пер. с нем. – М.: Металлургия, 1991. – 752 с.
4. Исследование демпфирующих свойств твердых сплавов WC–6%Co, полученных из
смеси порошков различных производителей. Девин Л.Н., Мартынова Л.М., Нимченко
Т.В., Осадчий А.А. //Матер. 8-го Междунар. научн.-техн. семинара, 26–28 февраля
2008 г. – г. Свалява, Карпаты 2008. – С. 62–64.
Поступила 26.06.08
|