Совершенствование технологического процесса изготовления фрез (стр. 17 из 20)
В общем случае силы резания зависят от физико-механических свойств обрабатываемого материала, режимов резания (v, s, t), геометрических параметров режущей части инструментов (g, a, j и др.) и величины износа по задней поверхности h.
На рисунках 5.1 и 5.2 приведены зависимости технологических составляющих сил резания Ру,РZ, Рх от условий точения напыленного покрытия ПГ-10Н.
При точении покрытий резцами из ПСТМ износ инструмента внаибольшей степени происходит по задней поверхности. Чем больше величина износа (увеличение площади контакта рабочих поверхностей резца с обработанной поверхностью), тем больше трение задней поверхности инструмента о заготовку и тем больше составляющие силы резания, особенно радиальная Py. Кроме того, при внедрении в обрабатываемую поверхность резцу необходимо преодолеть со стороны задней поверхности силы упруго-пластического противодействия, которые для твердых покрытий будут значительными, что также повлечет увеличение составляющей Рy.
Характерным для обработки покрытий инструментами из КНБ является большее значение составляющей Рy по сравнению с составляющими Рz, Рx. что свидетельствует о более высоком уровне сил на задней поверхности резца.
На уменьшение составляющих силы резания при увеличении скорости резания до значений v>1,9 м/с (рис. 5.1) влияют разупрочнение поверхностного слоя покрытия, а также особенности механизма износа инструмента при высоких температурах в зоне резания. Повышение скорости резания вызывает и увеличение скорости деформации материала покрытия в зоне резания в результате чего уменьшается объем зоны распространения деформации и снижается величина составляющих силы резания, причем интенсивность уменьшения составляющих Рx, Рy, и Рz близка между собой.
Увеличение подачи инструмента в соответствии с общими закономерностями процесса резания, увеличивает площадь сечения срезаемого слоя, вызывает и увеличение сопротивления материала покрытия стружкообразованию. Составляющие силы резания при этом будут возрастать (рис 5.1).
Рис. 5.1 Влияние условий точения покрытий ПГ-ЮН-01 инструментом из киборита на силы резания [44]: скорости резания (штриховая) при S= 0,2 мм/об, t=0.25 мм, d=101,5о и подачи (сплошная) при v=2,4 м/с, h =0,25мм, d=101,5 о
Рис. 5.2 Влияние условий точения покрытий ПГ-ЮН-01 инструментом из киборита на силы резания на износ инструмента по задней поверхности [44] при v=2,4 м/с, 3=0,2 мм/об. d=101,5 о
Для случая точения покрытия ПГ-10Н-01 получены адекватные зависимости [44]
, (5.5) 
, (5.6) 
, (5.7)где s – подача, мм/об; h – ширина износа инструмента по задней поверхности, мм; – угол резания, градус; V – скорость резания м/мин.
Аналогичные результаты получены в работе А.Е. Шило.
Учитывая область применения деталей с покрытиями и их специфические свойства, особенно важной является оценка возможности режущего инструмента по формированию состояния поверхностного слоя и, в частности, шероховатости обработанной поверхности.
Результаты экспериментального исследования шероховатости поверхности покрытия ПГ-10Н-01 позволили получить уравнение регрессии, описывающее зависимость высотных параметров шероховатости от условий резания:
, (5.8)где s – подача, мм/об; мм; d – угол резания, градус; V – скорость резания м/мин.
Анализ уравнения показывает, что в рассматриваемых условиях наибольшее влияние на шероховатость поверхности оказывает скорость резания, с увеличением которой высота неровностей снижается. Увеличение других рассматриваемых параметров приводит к росту высоты неровностей на обработанной поверхности.
Незначительное возрастание величины Ra с ростом подачи объясняется большой величиной радиуса при вершине инструмента.
Вероятно, влияние износа инструмента определяется ростом контактной температуры на задней поверхности, силы Ру и связанной с этим интенсивностью колебательных процессов. То, что увеличение износа не приводит к резкому увеличению шероховатости, объясняется возникновением выглаживающего эффекта. Влияние угла резания на шероховатость поверхности проявляется за счет изменения переднего угла инструмента. Чем больше угол заострения тем больше объем деформируемого обрабатываемого материала, воздействие которого на шероховатость поверхности выражается в возрастании высоты неровностей, которое к тому же из-за неоднородности структуры покрытия имеет значительную неравномерность.
Как показывают исследования С.А. Клименко [44], достичь низкой шероховатости достаточно трудно и в большинстве случаев она находилась в пределах Ra = 0,5-0,8 мкм.
Пути повышения эффективности обработки напыленных покрытий
Учитывая специфические свойства напыленных защитных покрытий, определяющие тяжелые условия резания при их механической обработке, повышение работоспособности режущего инструмента и качества обработанной поверхности являются актуальными задачами с точки зрения практического использования, так и с научных позиций. Основными направлениями повышения эффективности обработки напыленных покрытий являются.
1. повышение виброустойчивости процесса
2. совершенствование состава покрытия
3. совершенствование смазывающе-охлаждающих технолог-х сред.
Учитывая специфические структуру и свойства защитных покрытий, а также особенности макрогеометрии деталей с покрытиями особое значение приобретают мероприятия по снижению вибраций при обработке лезвийным инструментом из поликристаллов. Случайные воздействия на режущий инструмент, связанные с неравномерностью припуска на обработку и изменением механических свойств покрытий приводят к возникновению собственных колебаний в технологической системе. Колебания сопровождаются изменением сечения среза и скорости резания, при этом изменение радиальной силы резания по времени отстает от изменения режимов обработки. В таких условиях собственные затухающие колебания переходят в незатухающие автоколебания.
В качестве путей борьбы с вибрациями предлагаются следующие мероприятия:
Разработка виброустойчивых зон условий резания. Известно, что влияние неоднородности свойств покрытий может быть минимизировано за счет выбора сочетания условий резания. Практически это осуществляется выбором условий обработки, которым соответствует стабилизация тангенциальной составляющей силы резания. Как показано Ю.А. Муковозом [65], используя ковариационную функцию силы резания и функцию спектральной плотности устанавливаются условия обработки, соответствующие минимизации вибраций и увеличению стойкости инструмента;
Разработка виброустойчивого режущего инструмента. Повышение виброустойчивости режущего инструмента достигается за счет увеличения их жесткости или в результате повышения их демпфирующей способности.
Увеличение жесткости инструмента из сверхтвердых материалов достигается путем надежного закрепления режущей пластины в державке
При рассмотрении мероприятий по повышению эффективности обработки напылений необходим учет структурных особенностей и свойств материалов покрытий. Такие характеристики материала покрытий, как плотность, пористость, дефектность и др., имеют различные значения по их толщине. В связи с этим распределение механических свойств по слою покрытия имеет экстремальный вид.
По этой причине процесс точения должен вестись так, чтобы с изделия удалялись более дефектные слои покрытия, а к обработанной поверхности прилегали наиболее твердые, прочные и однородные участки материала. Следствием этого является повышение работоспособности инструмента, определяемое снижением динамических нагрузок на режущее лезвие, получение меньшей шероховатости обработанной поверхности и возрастание эксплуатационных характеристик изделий с покрытиями.
Для определения оптимальной глубины резания, при точении газопламенных порошковых покрытий системы Ni-Cr-В-Si, В.Е. Рыжовым [72] предложено следующее неравенство:
(1.9)Значительные возможности воздействия на работоспособность инструмента заложены в использовании различных технологических сред (СОТС), оказывающих комбинированное смазочно-охлаждающее действие, снижая температуру и уменьшая фрикционное взаимодействие в зоне резания.
Исследования эффективности СОТС при обработке инструментом из КНБ, проведенные Т. Ногути и М. Б. Гордоном показывают, что газовая СОТС оказывая влияние на химические особенности контактирования в процессе резания покрытий позволяет повысить стойкость режущего инструмента в 1.6 раза. Жидкие среды так же изменяют стойкость режущего инструмента на основе КНБ. Использование масляных СОТС позволяют увеличить стойкость инструмента в 1,7-2 раза. Наибольшую стойкость инструмента при точении напыленных порошковых покрытий на основе Ni обеспечивает применение 20% раствора СОТС "МР-99" в машинном масле.
Учитывая особенности инструмента из КНБ более целесообразно использование подачи жидких СОТС не поливом, а распылением. Применение распыленных СОТС рекомендуется при скоростях резания до 1,7 м/с. Указанные скорости резания соответствуют обработке многих защитных покрытий.
Еще больший эффект может быть достигнут за счет применения в СОТС присадок для сверхвысоких давлений [69]. Благодаря реакции с КНБ, приводящей к образованию пленки твердой смазки на поверхности инструмента, они предотвращают охрупчивание КНБ под воздействием термоциклирования при нагреве поликристалла в процессе резания и последующем охлаждении в жидкой среде или атмосфере воздуха. К таким присадка относятся сера и хлор.