Взаимосвязь шероховатости обработанной поверхности, радиальной составляющей силы резания и производительности при точении резцами из киборита закаленной стали ШХ15

Interaction of surface profiles analysis when turning of hardened steels with cutting tools equipped by polycrystalline cubic Boron Nitride with radial cutting force and productivity of turning is presented. After the measuring of machined part surface roughness with profile analyzer as well as r...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения
Date:	2009
Main Author:	Мановицкий, А.С.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України 2009
Subjects:	Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/22665
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Взаимосвязь шероховатости обработанной поверхности, радиальной составляющей силы резания и производительности при точении резцами из киборита закаленной стали ШХ15 / А.С. Мановицкий // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2009. — Вип. 12. — С. 451-455. — Бібліогр.: 1 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1859978833753538560
author	Мановицкий, А.С.
author_facet	Мановицкий, А.С.
citation_txt	Взаимосвязь шероховатости обработанной поверхности, радиальной составляющей силы резания и производительности при точении резцами из киборита закаленной стали ШХ15 / А.С. Мановицкий // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2009. — Вип. 12. — С. 451-455. — Бібліогр.: 1 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения
description	Interaction of surface profiles analysis when turning of hardened steels with cutting tools equipped by polycrystalline cubic Boron Nitride with radial cutting force and productivity of turning is presented. After the measuring of machined part surface roughness with profile analyzer as well as radial force components obtained with dynamometric instrument the data are maintained to determine the ratio of profile heights to radial force divided by productivity of process.
first_indexed	2025-12-07T16:24:42Z
format	Article
fulltext	РАЗДЕЛ 3. ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ИНСТРУМЕНТЕ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 451 УДК 621.9.015 А. С. Мановицкий, канд. техн. наук Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины, г. Киев ВЗАИМОСВЯЗЬ ШЕРОХОВАТОСТИ ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ, РАДИАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ СИЛЫ РЕЗАНИЯ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПРИ ТОЧЕНИИ РЕЗЦАМИ ИЗ КИБОРИТА ЗАКАЛЕННОЙ СТАЛИ ШХ15 Interaction of surface profiles analysis when turning of hardened steels with cutting tools equipped by polycrystalline cubic Boron Nitride with radial cutting force and productivity of turn- ing is presented. After the measuring of machined part surface roughness with profile analyzer as well as radial force components obtained with dynamometric instrument the data are maintained to determine the ratio of profile heights to radial force divided by productivity of process. Шероховатость поверхности обработанной детали является характеристикой качества обработки, влияет на эксплуатационные свойства изделий и зависит как от геометрической формы режущего инструмента, так и от действия технологических факторов, а также упругих и пластических деформаций, составляющих силы трения на задней поверхности инструмента, нароста, вибраций, контура режущих кромок резца, изменяющегося в процессе его эксплуата- ции по мере появления и развития износа. Эти показатели определяются параметрами режима резания, свойствами обрабатываемого материала, жесткостью технологической системы и другими условиями резания. В результате исследования влияния основных факторов процесса резания на шерохова- тость поверхности обнаруживаются определенные закономерности. При точении обрабатываемо- го материала в пределах твердости (45 – 63 HRC) шероховатость обработанной поверхности сни- жается с повышением твердости. Это явление объясняется тем, что по мере возрастания твердости в меньшей степени проявляется эффект адгезии, снижается пластическая деформа- ция и, как следствие, уменьшаются адгезионная и деформационная составляющие коэффи- циента трения. При чистовом точении как чугунов, так и закаленных сталей с повышением скорости ре- зания шероховатость обработанной поверхности несколько снижается. При срезании тонких стружек скорость несущественно влияет на шероховатость. Так, при тонком точении титанового сплава ВТ5 и стали 38ХМЮА со скоростью V = 1–7 м/с; подачей S = 0,089 мм/об; глубиной ре- зания t = 0,15 мм и с радиусом при вершине резца r = 0,7 мм, высота неровностей колебалась в пределах 0,1 мкм. Таким образом, высокая скорость резания при отсутствии нароста незначи- тельно влияет на шероховатость обработанной поверхности Из параметров режимов резания на высоту микронеровностей обработанной поверхности наибольшее влияние оказывает подача, а глубина резания практически не влияет. В этой связи уменьшение глубины резания при чисто- вой и тонкой обработке не ведет с снижению шероховатости. Снижение подачи меньше 0,06 мм/об при обработке конструкционной углеродистой стали также не вызывает снижения высо- ты неровностей, что объясняется наличием упругих и пластических деформаций упруго вос- становленного слоя в результате контактного взаимодействия с округленной режущей кромкой инструмента. Из геометрических параметров резца наиболее значительно влияет на шероховатость поверхности радиус r при вершине резца. Из формул для расчета высоты микронеровностей следует, что с увеличением радиуса r шероховатость снижается. В действительности высота микронеровностей превышает расчетную из-за значительных деформаций поверхностного слоя обработанной поверхности вследствие воздействия на нее колебаний узлов станка и вибра- Выпуск 12. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ 452 ций инструмента и возрастания составляющих силы резания с увеличением радиуса при вершине резца. Экспериментальные результаты лучше согласуются и в большей степени подтвержда- ют расчетные закономерности влияния радиуса при вершине резца на шероховатость обрабо- танной поверхности при достаточной виброустойчивости технологической системы. Если жесткость этой системы недостаточна, то с увеличением радиуса r вследствие повышения радиальной силы, вызывающей вибрации системы, высота неровностей возрастает. При сниже- нии жесткости резца высота неровностей также увеличивается, поскольку повышается высоко- частотная составляющая вибраций резца. Увеличение радиуса r при вершине резца приводит не только к уменьшению шерохова- тости, но и к снижению темпа ее повышения в процессе износа инструмента. С увеличением переднего угла γ резца высота неровностей уменьшается вследствие уменьшения пластической деформации срезаемого слоя. С увеличением заднего угла умень- шается площадь контакта задней поверхности инструмента с обрабатываемой поверхностью, что приводит к снижению трения и высоты микронеровностей. Шероховатость обработанной поверхности снижается также с уменьшением главного φ и вспомогательного φ1 углов резца в плане основной плоскости. Одновременно с уменьшением этих углов при неизменных площадях сечения среза увеличивается площадь контакта инстру- мента со снимаемым припуском и обрабатываемой деталью, что приводит к увеличению силы резания, прежде всего ее радиальной составляющей Ру, а также, как следствие, усиливается вибрация технологической системы. Токарные проходные резцы с зачистной режущей кромкой и вспомогательным углом в плане φ1 = 0° при жесткой технологической системе обеспечивают снижение шероховатости поверхности примерно на один класс по сравнению с резцами с за- кругленной вершиной. На шероховатость обработанной поверхности детали существенно влияет качество за- точки и доводки режущего инструмента. Так, при доводке резцов алмазным кругом зернисто- стью 80/63 высота неровностей обработанной поверхности при тонком точении на 40–50 % вы- ше, чем при доводке кругом зернистостью 14/10. Влияние глубины резания и подачи на вы- соту микронеровностей обработанной поверхности исследовали после продольного точения ступенчатого вала среднего диаметра 60 мм из закаленной стали ШХ15 твердостью HRC 58- 62 на токарно-винторезном станке модули ФТ 11 (аналог модели 16К20) резцом с размером сечения державки 2525 мм. Резец был оснащен механически закрепляемыми негативными пластинами RNMN 070300 из поликристаллического кубического нитрида бора (ПКНБ) мар- ки киборит c диаметром пластины 7 мм. Режущая часть пластины имела следующие геомет- рические параметры: передний угол γ = -10о, задний угол α = 10 без наклона режущей кром- ки. Скорость резания V = 75 м/мин была выбрана из соображений обеспечения максимальной стойкости инструмента при достаточно высокой производительности процесса резания. Цель исследования состояла в получении экспериментальных зависимостей высотных характеристик микронеровностей и составляющих силы резания от глубины резания и пода- чи резца с последующей компьютерной обработкой полученных результатов для выявления основных факторов процесса резания, формирующих шероховатость обработанной поверх- ности. При точении применяли только острые резцы в целях исключения влияния износа ин- струмента, для чего заменяли режущие кромки и режущие пластины, изготовленные одной партией, обеспечивая стабильность их физико-механических характеристик и постоянство остроты режущих кромок. Осмотр состояния режущих кромок после точения в течение 20 с не выявил износа ни на одном из режимов, кроме, как при точении на верхних уровнях пода- чи и глубины резания. Сколы на передней поверхности режущей кромки имеет, которые «спрямляют» ее, тем самым увеличивая радиус округления вершины резца. При точении в течение 60 с образуется округленная режущая кромка и появляется площадка износа на зад- ней поверхности режущей пластины. РАЗДЕЛ 3. ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ИНСТРУМЕНТЕ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 453 Усилия резания измеряли универсальным динамометром УДМ 600. В процессе точения и измерения составляющих силы резания и шероховатости был реализован полный факторный эксперимент, в котором нижний уровень глубины резания составил t1 = 0,1 мм; средний t2 = 0,3 мм и верхний t3 = 0,5 мм. Продольную подачу также задавали в трех уровнях: нижнем S1 = 0,08 мм/об; среднем S2 = 0,19 мм/об и верхнем S3 = 0,38 мм/об. Характерные зависимости составляющих силы резания от величины подачи инстру- мента показаны на рис. 1. а б Рис. 1. Зависимости составляющих силы резания при точении стали ШХ15 инструментом из киборита от продольной подачи инструмента. а – t = 0,5 мм, T = 60 с, б – t = 0,5 мм, T = 20 с Как видно из рис. 1, при малой толщине среза радиальная составляющая Py силы ре- зания близка к тангенциальной составляющей Pz, а при дальнейшем увеличении толщины среза и превышает ее значения что является отличительной особенностью обработки зака- ленных сталей и труднообрабатываемых высокопрочных, отбеленных и легированных чугу- нов, а в ряде случаев и наплавок лезвийным инструментом, оснащенным ПСТМ. С увеличе- нием износа резца, превышение радиальной составляющей существенно повышается за счет повышения силы трения по задней поверхности инструмента на контакте с обрабатываемой деталью, вызванного увеличением площадки износа режущего инструмента. Точность обработанных шлифованием деталей из износостойких материалов превы- шает точность аналогичных деталей, полученных в результате окончательной лезвийной об- работки. что объясняется более высокой жесткостью и точностью шлифовального оборудо- вания по сравнению со станками, токарной группы. Поскольку шаговые параметры шероховатости на данном этапе не вызывали особого интереса, измеряли высотные показатели микронеровностей: среднее арифметическое от- клонение профиля Ra и высоту неровностей профиля по 10 точкам Rz. Измерения проводили профилографами-профилометрами производства завода «Ка- либр» модели 170311 (Россия), фирм Mitutoyo (Япония) и «Surtronic» (Великобритания). Пе- ред измерением шероховатости исследуемых обработанных поверхностей измеряли шерохо- ватость эталонного образца с параметрами Ra = 0,63 мкм и Rz = 1,60 мкм. Результаты измере- ния шероховатости эталонного образца показали высокую повторяемость ее значений всеми приборами. Вместе с тем результаты измерения шероховатости обработанных в одинаковых режимах резания поверхностей различными приборами показали отличающиеся высотные параметры микронеровностей. Результаты измерений, пересчитанные как среднее арифметическое по пяти точкам приведены в таблице. Выпуск 12. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ 454 Рис. 2. Зависимость отношения относи- тельной шероховатости поверхности на единицу радиальной составляющей силы резания к площади сечения среза при чис- товом точении закаленной стали ШХ15 резцами из киборита. А – ломаная, по- строенная по расчетным точкам, В – ниспадающая экспонента Результаты измерений шероховатости обработанной поверхности, пересчитанные, как среднее арифметическое по пяти точкам Шероховатость, мкм Волнистость, мкм Ra, Rz, Режимы резания Профилографы-профилометры Raw, Rzw, № п/п S, мм/об t, мм «Ка- либр» 170311 Mitu- toyo Surtronic «Ка- либр» 170311 Mitu- toyo Surtronic Surtronic 1 0,08 0,50 – 0,85 4,07 – 1,9 0,81 2,64 2 0,19 0,80 0,75 1,05 5,64 5,9 2,41 0,99 3,02 3 0,38 0,1 1,21 – 1,72 4,92 – 2,67 1,66 5,94 4 0,08 0,51 0,56 1,12 4,21 4,195 1,3 1,10 3,40 5 0,19 0,84 0,82 1,18 3,82 4,54 1,93 1,14 4,22 6 0,38 0,3 1,10 1,43 1,99 4,10 7,01 2,00 1,92 6,53 7 0,08 0,74 0,80 1,33/0,26 4,38 4,19 1,82/1,66 1,26 4,09 8 0,19 0,94 1,09 1,63/0,31 4.21 6,04 2,35/2,18 1,51 5,86 9 0,38 0,5 1,10 1,29 3,55/0,24 3,44 7,51 2,45/2,22 3,20 8,70 Одним из важнейших факторов воздействия на качество обработанной поверхности является стабильность процесса механической обработки, проявляющаяся в неизменном ка- честве обработанной поверхности детали из труднообрабатываемого материала в течение экономически целесообразного периода стойкости инструмента. Кроме того, важным пока- зателем является напряженность процесса, которую можно оценить величинами составляю- щих силы резания, на основании которых рассчитывают напряжения в режущем клине для определения их критических значений и соответственно предельно допустимых значений величин технологических параметров, обеспечивающих производительность обработки [1]. Вместе с тем трудно комплексно охарактеризовать процесс чистового точения труднообрабатываемых железоуглеродистых материалов с учетом его производительности, составляющих силы резания, шероховатости обработанной поверхности и сравнить его стабильность с другими процессами механической обработки. Для этого мы в настоящей работе предлагаем комплексный критерий, связывающий разность высотного параметра Rz шероховатости обработанной поверхности и радиальной составляющей силы резания Py соотнесенную с площадью сечения срезаемого слоя за один оборот детали при точении. Графическая зависи- мость отношения удельной шероховатости поверхности на единицу радиальной составляющей силы резания к величине площади сечения среза при чистовом точении закаленной стали ШХ15 резцами из киборита показана на рис. 2. РАЗДЕЛ 3. ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ИНСТРУМЕНТЕ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 455 Математическая обработка полученных результатов эксперимента и расчета удельных величин высоты микронеровностей относительно радиальной составляющей силы резания позволила построить график в виде ниспадающей экспоненты. Этот показатель можно пред- ставить в виде экспоненциальной зависимости и использовать в качестве комплексного кри- терия оценки стабильности процесса механической обработки чистовым точением относи- тельно его производительности, силовой напряженности и качества обработанной поверхно- сти. С учетом предлагаемого критерия можно оценивать влияние на качество и производи- тельность обработки различных технологических факторов процесса резания, в том числе, связанных с оборудованием и приспособлениями (например, жесткостью технологической системы) и относящихся к геометрическим параметрам инструмента, обрабатываемому и инструментальному материалам, смазочно-охлаждающим технологическим средам, режимам резания. Перспективны дальнейшие сравнительные исследования стабильности различных процессов механической обработки, как лезвийных, так и абразивных, с использованием предложенного критерия. Как показывают результаты сравнительного анализа высотных параметров шероховатости поверхности деталей из закаленных сталей, износостойких чугу- нов и других труднообрабатываемых материалов, обработанных шлифованием и точением лезвийными инструментами из поликристаллов СТМ на основе КНБ, их значения очень близки. Показатель удельной шероховатости на единицу радиальной составляющей силы резания при тонком точении с малой площадью сечения среза также можно использовать для оценки способности металлорежущего оборудования обеспечивать требуемую шерохова- тость обработанной поверхности при малых нагрузках. Литература 1. Новиков Н. В., Мановицкий А. С., Клименко С. А. Расчет силы стружкообразования при сложнопрофильном точении резцами, оснащенными круглыми пластинами. / На- дежность инструмента и оптимизация технологических систем. Сборник научных трудов. – Краматорск – Киев, вып. № 23, 2008. С. 3 – 11. Поступила 27.05.09. УДК 621.921 С. А. Кухаренко, канд. техн. наук, А. Е. Шило, д-р. техн. наук Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины, г. Киев УПРОЧНЕНИЕ АБРАЗИВСОДЕРЖАЩИХ СТЕКЛОКОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДИСПЕРСНЫМИ ТУГОПЛАВКИМИ НАПОЛНИТЕЛЯМИ Methods of regulation of properties of superhard materials with glasscovering are justified and implemented at the expense of use glass–base different chemical composition, regimes of their heat treatment and introduction in the capacity of fillers of refractory oxides Al2O3, TiO2, ZrO2. Введение Основная задача при разработке композитов из сверхтвердых материалов (СТМ) со- стоит в создании связующих, способных обеспечивать эффективную работоспособность ин- струмента, используемого в промышленности при обработке различных материалов.
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-22665
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	XXXX-0065
language	Russian
last_indexed	2025-12-07T16:24:42Z
publishDate	2009
publisher	Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
record_format	dspace
spelling	Мановицкий, А.С. 2011-06-27T19:58:26Z 2011-06-27T19:58:26Z 2009 Взаимосвязь шероховатости обработанной поверхности, радиальной составляющей силы резания и производительности при точении резцами из киборита закаленной стали ШХ15 / А.С. Мановицкий // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2009. — Вип. 12. — С. 451-455. — Бібліогр.: 1 назв. — рос. XXXX-0065 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/22665 621.9.015 Interaction of surface profiles analysis when turning of hardened steels with cutting tools equipped by polycrystalline cubic Boron Nitride with radial cutting force and productivity of turning is presented. After the measuring of machined part surface roughness with profile analyzer as well as radial force components obtained with dynamometric instrument the data are maintained to determine the ratio of profile heights to radial force divided by productivity of process. 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 Взаимосвязь шероховатости обработанной поверхности, радиальной составляющей силы резания и производительности при точении резцами из киборита закаленной стали ШХ15 Article published earlier
spellingShingle	Взаимосвязь шероховатости обработанной поверхности, радиальной составляющей силы резания и производительности при точении резцами из киборита закаленной стали ШХ15 Мановицкий, А.С. Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности
title	Взаимосвязь шероховатости обработанной поверхности, радиальной составляющей силы резания и производительности при точении резцами из киборита закаленной стали ШХ15
title_full	Взаимосвязь шероховатости обработанной поверхности, радиальной составляющей силы резания и производительности при точении резцами из киборита закаленной стали ШХ15
title_fullStr	Взаимосвязь шероховатости обработанной поверхности, радиальной составляющей силы резания и производительности при точении резцами из киборита закаленной стали ШХ15
title_full_unstemmed	Взаимосвязь шероховатости обработанной поверхности, радиальной составляющей силы резания и производительности при точении резцами из киборита закаленной стали ШХ15
title_short	Взаимосвязь шероховатости обработанной поверхности, радиальной составляющей силы резания и производительности при точении резцами из киборита закаленной стали ШХ15
title_sort	взаимосвязь шероховатости обработанной поверхности, радиальной составляющей силы резания и производительности при точении резцами из киборита закаленной стали шх15
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
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/22665
work_keys_str_mv	AT manovickiias vzaimosvâzʹšerohovatostiobrabotannoipoverhnostiradialʹnoisostavlâûŝeisilyrezaniâiproizvoditelʹnostipritočeniirezcamiizkiboritazakalennoistališh15

Institution

Similar Items