Развитие теории изнашивания твердосплавных инструментов на основе термомеханики поведения их поверхностей при резании пластичных материалов

• Автор: Тахман, Симон Иосифович
• Шифр специальности: 05.03.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Курган
• Количество страниц: 321 с. : ил.

ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ но условиям обработки

от, °в, ô, у/е, Se - предел текучести, предел прочности, относительные удлинение и уширсние при растяжении, истинный предел прочности обрабашваемого материала (возможно использование с индексом ом);
Е0п Ром, Лои, С,ач, А«,,, Суим - модуль упругости, плотность, теплопроводности и объбмные теплоёмкости обрабатываемого и инструментального материалов;
D, D„„„, Dnlax, Dcp - диаметры детали - цилиндрической, предельные и средний конической и торцовой поверхностей;
s, s:, Ski, t — параметры режима - скорость резания, подача на оборот шпинделя, на зуб фрезы и минутная, глубина резания;

п, -любое и станочное число оборотов шпинделя с ганка в минуту;

С;, С* Р - паспортные значения главных осей эллипса жес! кости и угол их ориентации в системе координат станка (индексами обозначаются подсистемы станка, к которым относятся данные: деталь-опоры с передней и задней бабками для токарного станка, инструмент-опоры с узлом крепления инструмента, например, суппортная группа для токарного станка, или аналогичные данные для других видов оборудования);
a, у, р (а,„ у) - геометрические параметры режущего клина в сечении - задний, передний углы и радиус округления режущей кромки;
<Рг, /7Л, пс- количества разных карбидов в марке твердого сплава и элементов в сложной связке;
Рз, Рсо, Pvm, Руп - весовые доли карбидных зерен и связки, обьёмные доли чех же элементов структуры твердых сплавов;
Pmc Pi, р>, Pce - плотности заданной марки сплава и её ефукчурных элементов, каждого вида , карбидов и связки;
PC,, рее, - весовые доли и плотности каждойсоставлягочцей сложных связок;
Psi, hа - поверхностная доля различных карбидов и толщины отдельных слоев в комплексном усредненном карбидном зерне заданной марки сплава;
Етс, Ек Еса Ееео, Ек„ Есе, - модули упругости твердого сплава, усредненного карбидною зерна, связки при произвольной и при комнатной температуре, каждого карбида в структуре марки сплава и каждого элемента в сложной связке;
S“ ,S‘„‘0 - истинные пределы прочности связки при произвольной и комнатной температурах;
0т,и 9е" (Ту -температуры теплостойкости сплава и плавления связки в °С и в К;
а3 - среднестатистический размер карбидного зерна в плане;
Ah - высота карбидного зерна;
А - расчетная толщина прослойки связки;
по выходным характеристикам системы резания
а и а/, а" и а/", а" и ар' - толщина срезаемого слоя и счружки, а также элементы этих толщин, переходящие или формирующие основной и контактный слои сливной стружки;
b, Z><), bù ЕЬр - ширина срезаемого слоя, действич-ельная и номинальная ширина стружки, расчетное одностороннее изменение действительной ширины стружки;
Р:, Рх, Ру, Rn, R - технологические составляющие силы резания в системе координат токарного станка x,y,z, а также равнодействующие сил в основной координатной плоскости и общая на инструменте (сила резания);
С, U- удельные силы резания в направлении скорости резания и по нормали к обработанной поверхности (используются с индексами пп и зп, обозначающими переднюю или заднюю поверхности инструмента, а также р и h, указывающими место формирования сил - на радиусном участке лезвия или на фаске износа);
Кр„ К'р,, К"р„, К р,- поправочные коэффициенты к удельным силам, учитывающие влияние области тонких срезов, - при постоянной толщине среза, интегрально усредненные при переменных толщинах внутри области тонких срезов, вне её и на толщинах, перекрывающих эту область;
а/./, а/2, V-21, 0.22 - коэффициенты упругой податливости технологической системы токарного
станка (ау) в различных технологических направлениях;
Аі, /г-моменты инерции сечений заготовки и детали;
р - динамический коэффициент при расчете упругих перемещений в технологической системе;
У/, ]2, Р(х) - главные податливости подсистемы деталь - опоры и угол ориентации эллипса податливостей детали на произвольной координате по длине;
Ау, Ах, Аг - упругие перемещения вершины резца в направлении координат;' и г и в радиальном: Р„,Р3,Ру,Ра, — средние значения технологических составляющих силы резания на фрезе -окружная, подачи, отжима, осевая (для мгновенных сил вместо черты впереди вводится знак і суммирования по зубьям, находящимся под стружкой):
В - ширина фрезерования;
Ч, срер, <7, - удельные нагрузки от силы изгиба концевой фрезы - мгновенные, средние за оборот фрезы, усредненные по ширине фрезерования;
/„, І, Ь(х,) - вылеты от торца шпинделя фрезерного станка: переходной втулки, средний на концевой фрезе и до точки приложения мгновенных сил изгиба фрезы в момент профилирования точки детали на координате л-„;
Афр - осевой момент инерции сечения фрезы;
Л», Рф, /г— упругая податливость узла крепления фрезы, самой фрезы и суммарная;
У'о, у"о, у,ал у, Уср - упругие смещения оси фрезы на вьілеіе большей и меньшей переходных втулок, за счет упругой линии оси, а также перенесенные на деталь отклонения от заданного положения точки профилирования на произвольной высоте детали и на её среднем уровне;
Лс, Ля, Л/, Лг, Л, И, Рі, N1' Рр Л„ — равнодействующие сил в зоне стружкообразования очага деформации и на передней поверхности инструмента, их проекции на направление скорости резания и на основную плоскость, силы грения и нормального давления на передней поверхности, силы трения и нормальная на задней поверхности инструмента, касательные и нормальные силы на поверхности сдвига;
М (Му), Ые, N0 - крутящий момент от силы резания, эффективная мощность процесса резания и мощность, затрачиваемая на процесс стружкообразования;
Лго, Лсйо,,, Вхр — средняя высота шероховатости обработанной поверхности по остаточному срезу, дополнительная деформационная добавка к ней, уточненное расчетное значение высоты шероховатости;
по изнашиванию режущего клина И,, р - ширина фаски износа инструмента по задней поверчносіи, критерий износа, определяющий период стойкости;
Л/„ Сш (Ср, С/,), из„ (ІІр, Ц) - часть силы на задней поверхности инструмента, действующая на фаске износа (направление действия обозначается индексами), удельная сила на задней поверхности в направлений скорости резания и её составляющие на радиусном лезвии и на фаске износа, такие же удельные силы в основной плоскости в направлении схода стружки;
/л1- коэффициент трения обрабатываемого материала по фаске износа;
Коен - коэффициент, определяемый материалом основы обрабатываемого сплава при расчете коэффициента грения по фаске износа;
//, Г, р' - протяженность участка предварительною разогрева обрабатываемого материала в пластическом очаге и- его слагаемые - на линии среза и под радиусным участком режущей кромки;
п, п*, ппт, Псі, г>с2, А„с - произвольная и соответс гвуюшая критерию износа нормированная величина фаски износа, нормированные фаски износа, сооїветеївующие минимальному уровню контактной температуры, началу и концу участка стабильной контакт ной температуры и его протяженности; у - координата точки фаски износа от начала источника разогрева;
ql,q2- тепловые мощности равномерных источников разої река материала в пластическом очаге и на фаске износа;
Чо., Чп — коэффициент предельной упрочняемосі и обрабатываемого материала и усредненный коэффициент упрочняемости на участке предвари тельного разогрева материала;
> - контактная скорость движения;
V, - скорость распространения тепла в очаг деформации;
вк(0, у), в1, в3о - контактные температуры: в точке фаски износа, средняя по фаске износа и в её начальной точке;

р(п),р(п),р(п*),р(лтт) - безразмерная температура в ючке фаски износа, безразмерная средняя температура на фаске износа произвольной ширины, то же на фаске, равной критерию износа, то же на фаске, задающей наименьшую температуру;
- углы наклона карбидного зерна в связке, ориентации растягивающих напряжений в связке относительно граней карбидного зерна и равнодействующих сил на фаске относительно нормали к поверхности фаски износа;
£>« ,гч - истинные напряжения растяжения материала связки на боковых сюронах карбидного зерна и в угловых зонах под моноконтактным слоем карбидных зерен;
Л', к" - высота динамической субмикрошероховатости и толщина частицы износа, отделяемой с карбидного зерна;
- силы, действующие на поверхноснюе зерно фаски износа - нормальная, касательная, скоростное давление, растяжения связки на боковой стороне зерна и на его основании; Д/г,,Дг,Д/, -приращения ширины фаски износа, времени н длины пути резания;
8.8..8пинтенсивности изнашивания режущего клина по задней поверхности (скорости нарастания износа): вдоль фаски износа по времени и по пуги резания, по нормали к ([таске износа (по толщине изношенного слоя) по времени и по пути резания;
к„ - коэффициент пересчета между направлениями вдоль и по нормали к фаске износа;
5,1 ,А,,Сп -единичные значения длины, истинного предела прочности, теплопроводности и объёмной теплоемкости;
Кп К„ - коэффициенты обрабатываемости и марки твердої о сплава;
К'в = коэффициент лияния_температуры на истинный предел прочности;
9,,0л,0л,6,с,Тл,Гз2,Т,з,Тк - средние температуры на участках кривой нарастания фаски износа в °С и абсолютные на участках "приработки" (1), спокойного (2) и "катастрофического"
_ (3) износа;
Т,і -средняя абсолютная температура фаски износа на пути резания;
Т,Р',У' - период стойкости инструмента, площадь обрабоїанной поверхности и объём удаленного припуска за этот период;
Ь,С - длины путей резания: вдоль скорости резания - текущая (с момента начала резания) и на _ периоде стойкости,инструмента;
в,, в * - для фрезерования температуры фаски износа - средняя и в её начальной точке; в - угол контакта фрезы с заготовкой;
Кв,Ку,К -коэффициенты загрузки зуба по времени резания, подогрева от впереди идущих зубьев и роста интенсивности изнашивания от трещинообразования;
Тф, Тфрасч-период стойкости фрезы в календарном времени и без учега перерывов в рабоге зуба;
по оптимизации режимов резании П,„ш - у-тый ограничитель процесса резания;
В, - і-тая выходная характеристика системы резания в виде функции о г режимов, определяющая расчетный фактор, выходящий нау-тый ограничитель процесса резания;
Ф„ Ф,, - расчетный фактор в виде функции от параметров режима с учетом всех выходных характеристик системы резания, выходящих нау-тый ограничитель процесса резания, и функция связи параметров режима на уровне заданного ограничи геля, полученная из него;
Рк) > ~ функции и константы для пересчета выходных хараісіерисі ик в ограничиваемый фактор;
Кі - коэффициенты, определяющие степень влияния всех условий обработки, кроме режимов, на I-туто выходную характеристику системы резания;
С[Чд) - усадка стружки на заданном режиме;
1.,*,,-длина пути резания вдоль подачи при обработке одной детали;
/V- количество обрабатываемых деталей в партии запуска;
К,ш - значение ширины фаски износа, при которой ограничиваемый фактор процесса резания становится равным ограничителю;
Дл - толщина дополнительного слоя инструмеїггальної о мшериала, удаляемою при переточке;

требует точного прогноза полного набора выходных характеристик системы резания и параметров её внутреннего состояния. Это должно определить требования к расчетной схеме стружкообразования.
Схемы стружкообразования рассматривались многими авторами [33, 34, 55, 56, 59, 60, 65, 66, 89, 103, 138, 155 и др.]. Конфигурация границ очага пла-ешческой деформации (ОПД), выявленная на шлифах стружки, принимается обычно как физическая схема стружкообразования, которая включает в себя определенные рассуждения о распределении внутри ОПД параметров напряженно-деформированного состояния ОМ. Отметим следующие известные особенности физической схемы сливного стружкообразования (рис. 1.7 ):
а) существование пластического очага вблизи режущего клина, отделяющего сформированную жесткую стружку от срезаемого слоя и передней поверхности инструмента, а ОМ ниже будущих поверхностей резания от задних поверхностей инструмента;
б) переменность длин траекторий и условий движения материальных точек ОМ внутри очага деформации, позволяющих разделить деформируемый материал на три потока по толщине, переходящих в. основную часть и в контактный слой стружки, а также в контактный слой поверхности резания;
в) криволинейность границ очага пластической деформации;
г) использование механической схемы деформирования в ОПД в виде сдвигов, смежных со сжатием.
Существующие расчетные схемы стружкообразования делятся на две группы - абстрагирующиеся от размеров ОПД (их можно назвать поверхностными по виду границы между деформированным и не деформированным материалом) и в той или иной степени учитывающие конечные размеры очага (так называемые объёмные). Отметим, что наличие сжатия в механической схеме деформирования ни в одной существующей схеме не учитывается, а без его учета объяснить существующие даже при свободном резании расхождения по площади и конфигурации поверхности сдвига на входе в ОПД и на его выходе невозможно (рис. 1.7 ). Кроме того, во всех схемах принято, что свободная по-