Підвищення експлуатаційних характеристик твердосплавного інструменту при високошвидкісному точінні

Abstract

Сучасний розвиток машинобудування характеризується постійним прагненням до інтенсифікації виробничих процесів. Одним із найбільш перспективних напрямів підвищення продуктивності металообробки є перехід до швидкісного та високошвидкісного точіння. Теоретичною основою цього процесу є зміна фізико-механічних явищ у зоні різання при збільшенні швидкості (Vріз). На відміну від традиційної обробки, швидкісне різання супроводжується специфічним розподілом теплових потоків та зміною характеру пластичної деформації матеріалу заготовки. Сутність процесу полягає в тому, що при критичних швидкостях швидкість відведення тепла зі стружкою випереджає швидкість теплопровідності в тіло деталі. Це дозволяє досягти високої якості поверхні та точності розмірів, оскільки заготовка практично не зазнає термічного розширення. Проте зворотним боком високої продуктивності є екстремальне теплове навантаження на різальну кромку інструмента, що висуває жорсткі вимоги до його міцнісних та експлуатаційних характеристик. Хоча при швидкісному точінні питома кількість теплоти від кожної частинки стружки, що потрапляє на різець, зменшується через скорочення часу контакту, сумарна кількість теплової енергії, що акумулюється в інструменті за одиницю часу, суттєво зростає. Це призводить до інтенсивного термомеханічного руйнування твердосплавних пластин. Необхідне подальше вивчення механізмів теплорозподілу та деформаційних процесів (зокрема, зменшення усадки стружки) для створення науково обґрунтованих рекомендацій щодо вибору марок твердих сплавів для різальних пластин та їхньої геометрії. Таким чином, розробка методів оптимізації стійкості токарних різців при переході до високопродуктивної обробки є критично важливим завданням для сучасного автоматизованого виробництва, що й визначає напрям даного дослідження.The modern development of mechanical engineering is characterized by a constant desire to intensify production processes. One of the most promising directions for increasing the productivity of metalworking is the transition to high-speed and high-speed turning. The theoretical basis of this process is the change in physical and mechanical phenomena in the cutting zone with increasing speed (V). Unlike traditional machining, high-speed cutting is accompanied by a specific distribution of heat flows and a change in the nature of plastic deformation of the workpiece material. The essence of the process is that at critical speeds the rate of heat removal with chips exceeds the rate of heat conduction into the body of the part. This allows you to achieve high surface quality and dimensional accuracy, since the workpiece practically does not undergo thermal expansion. However, the downside of high productivity is the extreme thermal load on the cutting edge of the tool, which places strict requirements on its strength and operational characteristics. Although during high-speed turning the specific amount of heat from each chip particle hitting the cutter decreases due to the reduction of contact time, the total amount of thermal energy accumulated in the tool per unit of time increases significantly. This leads to intensive thermomechanical destruction of carbide inserts. Further study of the mechanisms of heat distribution and deformation processes (in particular, reduction of chip shrinkage) is necessary to create scientifically based recommendations for the selection of grades of carbides for cutting inserts and their geometry. Thus, the development of methods for optimizing the stability of turning cutters during the transition to high-performance machining is a critically important task for modern automated production, which determines the direction of this research. Purpose. The purpose of the work is to determine the physical and thermal regularities of the high-speed turning process in order to develop methods for increasing the strength and wear resistance of carbide tools under conditions of intensive heat generation.