Експериментальне дослідження теплового поля державки різця для дорожніх машин
The results of the experimental investigations of temperature field in steel holder of the cutter during induction heating for hardening are presented. It is establish, that after attainment Curie temperature the heating velocity of holder surface decrease more then twice as much. It was shown th...
Saved in:
| Published in: | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Authors: | , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2010
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/23447 |
| 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: | Експериментальне дослідження теплового поля державки різця для дорожніх машин / А.Л. Майстренко, В.А. Лукаш, В.А. Дутка, Л.М. Вировець, О.В. Мельничук, Я.О. Подоба // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2010. — Вип. 13. — С. 480-484. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859827463988707328 |
|---|---|
| author | Майстренко, А.Л. Лукаш, В.А. Дутка, В.А. Вировець, Л.М. Мельничук, О.В. Подоба, Я.О. |
| author_facet | Майстренко, А.Л. Лукаш, В.А. Дутка, В.А. Вировець, Л.М. Мельничук, О.В. Подоба, Я.О. |
| citation_txt | Експериментальне дослідження теплового поля державки різця для дорожніх машин / А.Л. Майстренко, В.А. Лукаш, В.А. Дутка, Л.М. Вировець, О.В. Мельничук, Я.О. Подоба // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2010. — Вип. 13. — С. 480-484. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| description | The results of the experimental investigations of temperature field in steel holder of the cutter
during induction heating for hardening are presented. It is establish, that after attainment Curie
temperature the heating velocity of holder surface decrease more then twice as much. It was shown
that optimal construction of inductor is equidistant inductor to holder surface.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:29:48Z |
| format | Article |
| fulltext |
Выпуск 13. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
480
УДК 004.942:621.785:621.9.025.7
А. Л. Майстренко, член-кор. НАН України; В. А. Лукаш, В. А. Дутка, кандидати те-
хнічних наук, Л. М. Вировець, О. В. Мельничук, Я. О. Подоба.
Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, м. Київ
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ТЕПЛОВОГО ПОЛЯ ДЕРЖАВКИ РІЗЦЯ
ДЛЯ ДОРОЖНІХ МАШИН
The results of the experimental investigations of temperature field in steel holder of the cut-
ter during induction heating for hardening are presented. It is establish, that after attainment Curie
temperature the heating velocity of holder surface decrease more then twice as much. It was shown
that optimal construction of inductor is equidistant inductor to holder surface.
Вступ
Результати аналізу стану відпрацьованих різців для дорожніх машин (РДВ) засвідчу-
ють, що у процесі експлуатації різні частини сталевої державки різця працюють за різних на-
вантажень. Відповідно до цього й фізико-механічні властивості кожної з частин державки різ-
ця повинні відрізнятися. Так, головка державки, особливо в місці твердосплавної вставки,
зношується найбільше й для досягнення тривалого функціонування повинна бути максималь-
но твердою, у той час як хвостовик державки в місці виходу з різцетримача повинен мати бі-
льшу в'язкість за відповідно меншої твердості. Недотримання цих умов при-зводить до зни-
ження ресурсу різця й навіть передчасного виходу інструмента з ладу (рис. 1).
а б
в
Рис. 1. Загальний вигляд відпрацьованих різців залежно від умов їх гартування під час виго-
товлення: а – нормальне зношення; б – поломка державки різця в зоні його кріплення; в –
згин державки
Необхідний градієнт фізико-механічних властивостей різця забезпечується за умови
термічної обробки державки. При цьому різні частини державки слід нагрівати до різної те-
мператури. Це досягається індукційним нагріванням, за якого в поверхневих шарах державки
виникає вихороподібний струм, внаслідок чого виділяється джоулева теплота. Густина інду-
кованого струму по перерізу виробу різна. Струм протікає здебільшого у верхніх шарах ви-
робу. Це явище називається поверхневим ефектом. Близько 90 % теплоти виділяється в при-
поверхневому шарі. Товщина t цього шару розраховується за формулою
РАЗДЕЛ 3. ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ИНСТРУМЕНТЕ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
481
f
t
м
с
1046,4
5
,
де ρ – електричний опір металу, що нагрівається; μ – магнітна проникність; f – частота елект-
ричного струму.
Глибина проникнення струму збільшується з підвищенням температури, особливо вище
точки Кюрі (для заліза – 768 °С) внаслідок переходу сталі з феромагнітного стану в парамагніт-
ний. Так, для отримання загартованого шару товщиною 1 мм оптимальна частота струму повин-
на становити 50000–60000 Гц залежно від тривалості нагрівання. Для прогрівання під гартуван-
ня шарів державки більшої товщини, ніж забезпечує індукційне нагрівання, потрібно робити
витримку в часі з метою передання теплової енергії від
поверхневих шарів. При цьому температура місць
державки, які не потрібно зміцнювати, не повинна до-
сягати температури критичних точок для гартування.
Для того щоб контролювати процес термічної обробки,
необхідно добре знати перебіг процесу нагрівання та
поширення теплової енергії в державці різця під час
його паяння й підготовки до гартування. З цією метою
експериментально дослідили температурне поле в
державці різця під час індукційного нагрівання для
загартування.
Опис експериментів
Дослідження здійснювали на малогабаритній
лабораторній установці ТВЧ, загальний вигляд спе-
ціального індуктора якої з твердосплавним різцем
показаний на рис. 2, схема індуктора – на рис. 3.
Чотиривитковий індуктор виготовлений з мі-
дної трубки зовнішнього діаметру 6 мм і товщиною
стінки 1 мм. Витки тепло- та електроізо-
льовані спеціальною склотканиною і жаро-
стійкою (до 1200 С) пастою. Розміри інду-
ктора відповідають розмірам головки різця.
Внутрішній діаметр індуктора в найшир-
шій частині – 48 мм.
Для дослідження температури вико-
ристовували державки звичайних різців
РДВ, в які вмонтували хромель-алюмелеві
термопари з проводом діаметром 0,2 мм.
Розміщення термопар в поперечному (рис.
4 а) і поздовжньому (рис. 4 б) перерізах
показано на рис. 4. У першому випадку
термопари розміщувалися в радіальних
отворах на глибині 2, 4, 6, 8 і 10 мм від по-
верхні головки різця і на відстані 29 мм від
верхньої точки державки (поверхні припа-
ювання твердосплавної вставки). У поздо-
вжному перерізі термопари розміщували на
різній відстані – 9, 19, 31, 43 та 63 мм – від
верхньої точки державки (рис. 4 б), але всі
на відстані 4 мм від її осі.
Рис. 2. Загальний вигляд індуктора
з твердосплавним різцем при нагрі-
ванні різця в лабораторній устано-
вці ТВЧ
Рис. 3. Схема індуктора установки ТВЧ
Выпуск 13. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
482
а б
Рис. 4. Схеми розміщення термопар у перерізах державки різця: а – поперечному;
б – поздовжньому
Для вимірювання температури використовували спеціально розроблену і змонтовану
систему моніторинга, що дає змогу оцифрувати і візуалізувати покази температури в часі
окремо для кожної термопари. Система складається з таких елементів: системи перетворень
аналогових сигналів, до складу якої входить модуль аналогово-цифрового перетворювача
ICP DAS1–7018, та з конвертера інтерфейса RS–487 RS–232 (ICP DAS1–7061). За допомогою
цих модулів реєструвалася температура одночасно всіма термопарами. Крім того, було роз-
роблено програмне забезпечення для візуалізації та збереження отриманих даних у цифро-
вому вигляді.
Результати дослідження та їх обговорення.
Державки нагрівали за температури від 20 (кімнатна температура) до 1050 °С. Резуль-
тати вимірювання температури при нагріванні державки в режимі реального часу паяння
дорожнього різця ілюструють рис. 5, 6.
Рис. 5. Характер зміни температури різних точок поперечного перерізу головки державки
різця при нагріванні та остиганні на повітрі: 1 – Т1; 2 – Т2; 3 – Т3; 4 – Т4; 5 – Т5
Результати аналізу отриманих даних свідчать про те, що у цьому діапазоні вимірю-
вання головка різця прогрівається рівномірно по всьому об’єму. При цьому графік залежнос-
ті швидкості нагрівання (підвищення температури в часі) складається з двох частин, кожна з
яких характеризує процес нагрівання в діапазоні до точки Кюрі (для сталі 35ХГСА вона до-
РАЗДЕЛ 3. ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ИНСТРУМЕНТЕ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
483
рівнює 723 °С) та після. У першому випадку швидкість нагрівання дорівнює близько 11,8
°С/с, а у другому – 5,1 °С/с. Отже, після проходження точки Кюрі швидкість нагрівання зни-
жується більш як удвічі. Загалом у діапазоні вимірювання середня швидкість становить 8,7
град/с, максимальна температура 1050 °С досягається за 125–130 с, що свідчить про недоста-
тню потужність лабораторної установки.
а б
Рис. 6. Характер зміни температури в часі різних частин державки різця: а – при нагріван-
ні; б – при остиганні на повітрі (1 – Т1; 2 – Т2; 3 – Т3; 4 – Т4; 5 – Т5)
Після вимкнення струму температура державки протягом 7–8 с ще підвищується за раху-
нок закумульованої теплоти і високої теплопровідності сталі, а вже за 10–12 с починає знижува-
тися. При цьому поверхневий шар і середня частина державки спочатку охолоджуються з різни-
ми швидкостями, а за 40–45 с швидкості практично вирівнюються. При вимірюванні температу-
ри вздовж осі державки різця його нагрівали двічі: спочатку до максимальної температури 965
°С, потім після остигання до температури 500 °С (Т5) знову нагрівали до температури 1050 °С. У
першому випадку температура в різних точках державки змінювалася від 375 (Т1) до 965 °С
(Т5), у другому – від 500 до 1050 °С. Відповідно змінювалась швидкість нагрівання. Швидкість,
що фіксувалась термопарою Т5, становила 5,6 °С /с, а термопарою Т1 – лише 1,3 °С /с. Водно-
час температури точок Т5 і Т4, а також швидкості їх нагрівання різняться неістотно. Це ще раз
засвідчує, що головка державки в індукторі застосованої конструкції і за такого розміщення
в ньому різця прогрівається майже рівномірно. Точка Т3 у перехідній зоні різця нагрілася за
такий самий час до температури 737 С, хоча й знаходиться дещо нижче зони ефективної дії
індуктора. Природно, що теплота притікає до цієї зони переважно шляхом теплопровідності
від більш нагрітих зон державки. Із дією теплопровідності пов’язаний і той факт, що темпе-
ратура точки Т3 після вимикання струму продовжує підвищуватись ще 10–12 с, а точки Т4–
42 с. Слід зауважити, що в точках Т5 і Т4 температура на стадії охолодження знижується
майже з такою самою швидкістю, як і зростає на стадії нагрівання, а в точках Т3, Т2 і Т1 –
значно повільніше.
Висновки
1. Час досягнення температури, необхідної для паяння твердосплавної вставки, зале-
жить від розташування різця в індукторі.
2. Головка державки різця прогрівається рівномірно, температура її різних точок (у
поперечному перерезі) за деякий час (10–15 с) вирівнюється і стає практично однаковою.
3. Нагрівання головки різця до температури паяння цілком забезпечує нагрівання його
перехідної зони (в районі термопари Т3) до температури, достатньої для отримання після
загартування необхідної міцності державки в цій зоні.
Выпуск 13. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
484
4. Оптимальною є така конструкція індуктора, що забезпечує рівновіддаленість усіх
частин державки від індуктора, тобто індуктор необхідно робити еквідистантним за формою
головки державки різця. У цьому разі перехідна зона різця за рахунок теплопровідності шви-
дше нагріватиметься до температури, необхідної для фазових аустенітних та мартенситних
перетворень.
5. За результатами розподілу температури можна визначати температуру в державці
дорожнього різця для отримання необхідної твердості сталі в заданому перерізі.
Надійшла 03.06.10
УДК 621.9
Ю. А. Мельнийчук, канд. техн. наук; С. А. Клименко, д-р. техн. наук;
А. С. Манохин, канд. техн. наук
Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины
ШЕРОХОВАТОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЗАКАЛЕННОЙ СТАЛИ
ПРИ ТОЧЕНИИ ИНСТРУМЕНТОМ С ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ПЕРЕДНЕЙ
ПОВЕРХНОСТЬЮ
The results are given of experimental studies of the effect the turning parameters on the
roughness of the surface machined of workpieces from the ShKh15 hardened steel using a tool with
a cylindrical rake face and cutting plate from the cBN + Si3N4 polycrystalline superhard material.
Состояние поверхностного слоя во многом определяет эксплуатационные свойства де-
талей машин и механизмов [1]. Повышение производительности механической обработки при
обеспечении необходимого качества обработанной поверхности является важной задачей ма-
шиностроительного производства, направленной на снижение себестоимости изготовляемой
продукции, и соответственно повышение ее конкурентоспособности. Эта задача решается пу-
тем создания инструментов из новых функциональных материалов и новых технологий их
использования. В настоящее время для обработки железоуглеродистых сплавов твердостью
более 45 HRC ("твердое точение" – hard turning) наиболее эффективен лезвийный инструмент,
оснащенный поликристаллическими сверхтвердыми материалами (ПСТМ) на основе кубиче-
ского нитрида бора (КНБ) [2] и инструментальной керамикой, благодаря чему реализуется
высокоскоростное резание – одно из перспективных направлений интенсификации процессов
механической обработки. При этом отметим, что потенциал повышения эффективности про-
цессов механической обработки за счет повышения скорости резания также имеет предел –
новые материалы для режущих инструментов и защитные покрытия позволяют повысить ско-
рость резания, однако когда она на 20 % превышает оптимальную скорость, это приводит к
снижению стойкости инструмента на 50 %.
К важнейшим критериям качества поверхности наряду с физико-механическими
свойствами поверхностного слоя относятся геометрические характеристики поверхности, в
частности шероховатость.
Повышение производительности особенно важно при чистовой (финишной) обработке
материалов, когда для обеспечения низкой шероховатости обработанной поверхности необхо-
димо существенно снизить режимные параметры обработки, прежде всего подачу инструмента.
Производительность при лезвийной обработке материалов можно повысить за счет
изменения конструкции инструмента. В последнее время созданы инструменты, которые
благодаря изменению геометрии режущей части позволяют проводить обработку с высокими
значениями рабочих подач (high–feed machining).
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-23447 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | XXXX-0065 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:29:48Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Майстренко, А.Л. Лукаш, В.А. Дутка, В.А. Вировець, Л.М. Мельничук, О.В. Подоба, Я.О. 2011-07-04T15:22:32Z 2011-07-04T15:22:32Z 2010 Експериментальне дослідження теплового поля державки різця для дорожніх машин / А.Л. Майстренко, В.А. Лукаш, В.А. Дутка, Л.М. Вировець, О.В. Мельничук, Я.О. Подоба // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2010. — Вип. 13. — С. 480-484. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. XXXX-0065 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/23447 004.942:621.785:621.9.025.7 The results of the experimental investigations of temperature field in steel holder of the cutter during induction heating for hardening are presented. It is establish, that after attainment Curie temperature the heating velocity of holder surface decrease more then twice as much. It was shown that optimal construction of inductor is equidistant inductor to holder surface. uk 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 Експериментальне дослідження теплового поля державки різця для дорожніх машин Article published earlier |
| spellingShingle | Експериментальне дослідження теплового поля державки різця для дорожніх машин Майстренко, А.Л. Лукаш, В.А. Дутка, В.А. Вировець, Л.М. Мельничук, О.В. Подоба, Я.О. Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности |
| title | Експериментальне дослідження теплового поля державки різця для дорожніх машин |
| title_full | Експериментальне дослідження теплового поля державки різця для дорожніх машин |
| title_fullStr | Експериментальне дослідження теплового поля державки різця для дорожніх машин |
| title_full_unstemmed | Експериментальне дослідження теплового поля державки різця для дорожніх машин |
| title_short | Експериментальне дослідження теплового поля державки різця для дорожніх машин |
| title_sort | експериментальне дослідження теплового поля державки різця для дорожніх машин |
| 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/123456789/23447 |
| work_keys_str_mv | AT maistrenkoal eksperimentalʹnedoslídžennâteplovogopolâderžavkirízcâdlâdorožníhmašin AT lukašva eksperimentalʹnedoslídžennâteplovogopolâderžavkirízcâdlâdorožníhmašin AT dutkava eksperimentalʹnedoslídžennâteplovogopolâderžavkirízcâdlâdorožníhmašin AT virovecʹlm eksperimentalʹnedoslídžennâteplovogopolâderžavkirízcâdlâdorožníhmašin AT melʹničukov eksperimentalʹnedoslídžennâteplovogopolâderžavkirízcâdlâdorožníhmašin AT podobaâo eksperimentalʹnedoslídžennâteplovogopolâderžavkirízcâdlâdorožníhmašin |