Исследование динамики параметров обработки на режимах твердого точения

Одним из видов финишных операций механической обработки поверхности изделий из металлических материалов является твердое точение, которое осуществляется на повышенных режимах токарной обработки. При обработке сталей, закаленных на высокую твердость, на режимах обработки с проявлением всех особенностей, характеризующих твердое точение, выделяется много теплоты, которая в процессе токарной обработки переходит в стружку. При этом значения силы резания уменьшаются, что связано с разупрочнением активных поверхностных слоев обрабатываемого материала и его последующей пластификацией. Это приводит к уменьшению сил резания в зоне контакта. Существенный интерес как с научной, так и с практической точек зрения вызывает вопрос изменения температуры резания и параметров обработки на режимах твердого точения. В статье представлены экспериментальные результаты исследований и эмпирические зависимости радиальной составляющей силы и температуры резания от скорости резания и подачи на оборот при фиксированной глубине резания на режимах твердого точения закаленной стали. Исследования проводили на специально сконструированной для этих целей экспериментальной установке, состоящей из токарного станка и стенда для регистрации, контроля и анализа динамических процессов (в виде сигнала от резца) при проведении токарной обработки. В качестве испытуемого инструмента использовали резец со сменными режущими пластинами из керамики, а материалом заготовок для проведения исследований была сталь ХВГ, подвергнутая термической обработке на категорию твердости 55 HRC. Произведена компьютерная и математическая обработка методом наименьших квадратов полученных результатов, которая позволила вывести расчетные формулы для определения значений исследуемых факторов. Определены оптимальные значения факторов, соответствующие минимальному значению радиальной составляющей силы и температуре резания.

1. Stephenson, D. A. Metal Cutting Theory and Practice / D. A. Stephenson, J. S. Agapiou. CRC Press, 2018. 864 р. https://doi.org/10.1201/9781315373119

2. Ashley, S. High – speed machining goes mainstream / S. Ashley // Mechanical Engineering. 1995. Vol. 117, N 5. рр. 56–61.

3. Боровский, Г. В. Современные технологии обработки материалов / Г. В. Боровский, С. Н. Григорьев, А. Р. Маслов. М.: Машиностроение, 2015. 304 с.

4. Plaza, M. The prons and cons of high-speed machining / M. Plaza // Canadian Machinery and Metalworking. Sep. 1995. рр. 8 – 10.

5. Schulz, H. High – speed machining / H. Schulz, T. Moriwaki // CIRP Annals. 1992. Т. 41. No 2. рр. 637–642. https://doi.org/10.1016/s0007-8506(07)63250-8

6. Грубый, С. В. Оптимизация процесса механической обработки и управление режимными параметрами / С. В. Грубый. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. 149 с.

7. Плотников, А. Л. Управление режимами резания на токарных станках с ЧПУ: монография / А. Л. Плотников, А. О. Таубе. Волгоград: РПК «Политехник», 2003. 184 с.

8. Tlusty, J. High – speed machining / J. Tlusty // CIRP Annals. 1993. Т. 42. No 2. pp. 733 – 738. https://doi.org/10.1016/s0007-8506(07)62536-0

9. Енек, М. Влияние состава покрытия инструментальных пластин методом PVD на шероховатость поверхности при точении / М. Енек, В. И. Серебряков, Л. Э. Шварцбург // Технология машиностроения. 2010. № 8. С. 25–28.

10. Подураев, В. Н. Резание труднообрабатываемых материалов / В. Н. Подураев. М.: Высшая школа, 1974. 587 с.

11. Pronin, A. I. Application of orthogonal central composition planning of experiments to optimize the turning of KHVG-hardened steel by cutting ceramics / A. I. Pronin, V. V. Myl'nikov, A. D. Romanov // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. 2018. Vol. 47, N 1. pp. 112–120. https://doi.org/10.3103/s1052618818010132

12. Пронин, А. И. Исследование температуры резания при токарной обработке закаленных сталей применяемых для изготовления деталей морских судов / А. И. Пронин, В. В. Мыльников, Д. А. Валько, И.С. Синицын // Морские интеллектуальные технологии. 2021. T. 2, N 2. С. 42–46. https://doi.org/10.37220/mit.2021.52.2.050

13. Макаров, А. Д. Оптимизация процессов резания / А. Д. Макаров. М.: Машиностроение, 1976. 278 с.