Характер распределения температуры по длине контакта обрабатываемого материала с площадкой износа задней поверхности инструмента при точении аустенитной стали

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 621. 9
А. А. Липатов
ХАРАКТЕР РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПО ДЛИНЕ КОНТАКТА ОБРАБАТЫВАЕМОГО МАТЕРИАЛА С ПЛОЩАДКОЙ ИЗНОСА ЗАДНЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ИНСТРУМЕНТА ПРИ ТОЧЕНИИ АУСТЕНИТНОЙ СТАЛИ
Волгоградский государственный технический университет
E-mail: leeandrej@yandex. ru
Рассмотрены особенности распределения температуры по длине контакта обрабатываемого материала с площадкой износа задней поверхности твердосплавных резцов при точении аустенитной стали по сравнению с перлитными сталями. Показано, что выявленные отличия связаны с различным характером зависимости теплопроводности от температуры для этих групп обрабатываемых материалов.
Ключевые слова: точение, аустенитная сталь, перлитные стали, площадка износа, распределение температуры, контактное взаимодействие.
Considered are the peculiarities of the temperature distribution along the length of the contact of the machined material with a wear platform of back surface of carbide cutters when turning austenitic steel, compared with pearlitic steels. It is shown that the identified differences are connected with different character of the temperature dependence of thermal conductivity for these groups of machined materials.
Keywords: turning, austenitic steel, pearlitic steels, wear platform, temperature distribution, contact interaction.
Установлено, что контактное взаимодействие при резании углеродистых и низколегированных сталей перлитного класса [1], с одной стороны, и аустенитных сталей [2−4], с другой
стороны, отличается весьма существенно. Причиной является различный характер зависимости теплопроводности этих групп обрабатываемых материалов от температуры. Так как
контактное взаимодеиствие и контактная температура тесно связаны между собоИ, должны иметь место и отличия в распределении температур на режущих поверхностях инструмента. При резании сталей преобладающим является изнашивание задней поверхности. Поэтому большое значение приобретает вопрос о процессах на площадке износа задней поверхности инструмента, в частности, о распределении контактной температуры.
При обработке перлитных сталей с практически используемыми скоростями в пределах контакта с площадкой износа (длина которого, равная ширине площадки кз, в несколько раз меньше длины контакта по передней поверхности) имеет место только взаимодействие с пластическим течением — для возникновения вязкого течения (с формированием лунки) просто не хватает длины контакта. При этом температура на площадке износа возрастает по мере удаления от режущей кромки на всей длине контакта. Зарождение вязкого течения и начало снижения температуры возможно лишь при весьма больших, не встречающихся на практике, величинах Нз [1].
Причина заключается в том, что для перлитных сталей теплопроводность X резко понижается с ростом температуры 0 [5−7]. Поэтому повышение 0 в контактной зоне сопровождается уменьшением теплопроводности как самих деформируемых контактных слоев обрабатываемого материала, так и контактирующих с ними (и дополнительно нагревающихся от них) объемов металла заготовки. Это приводит к уменьшению стока теплоты в заготовку, т. е. к еще большему росту температуры. Таким образом, в контактной зоне имеет место положительная обратная связь по температуре. В результате при резании перлитных сталей имеет место длительный рост температуры в ходе перемещения объемов металла по длине контакта с площадкой износа (разумеется, при значительно меньших средних температурах на площадке по сравнению с аустенитной сталью [2, 7]).
Для аустенитных сталей зависимость Х (0) имеет противоположный характер — с ростом 0 теплопроводность увеличивается (почти в 1,5 раза в диапазоне температур 200−800 °С [5, 7]). Поэтому в контактной зоне имеет место отрицательная обратная связь по температуре: отвод тепла в заготовку в ходе перемещения объемов металла по длине контакта с площадкой износа интенсифицируется, что может привес-
ти к началу снижения температуры. Отметим, что этому способствует и краевой эффект -сток тепла в объемы режущего клина за пределами контакта (кстати, этот фактор отсутствует в начале контакта у режущей кромки). В результате даже при небольших величинах Нз распределение температуры по длине контакта на площадке износа может иметь максимум. На рисунке приведена фотография протравленной площадки износа резца из ВК6 относительно небольшой ширины Нз = 0,31 мм после точения стали 12Х18Н10Т с достаточно высокой для вольфрамокобальтового инструмента скоростью V = 90 м/мин.
Площадка износа на задней поверхности резца из ВК6 после точения стали 12Х18Н10Т с V = 90 м/мин (?¦ = 0,3 мм/об-? = 1,5 мм- к, = 0,31 мм) (х250)
На фотографии видно, что в средней части площадки имеет место активизация вырывания из твердого сплава карбидных зерен. Как было доказано в [8], это связано не с усилением адгезионно-усталостных явлений, а с активизацией при высоких температурах диффузионного изнашивания, обусловленного проникновением химических элементов стали в твердый сплав. Таким образом, имеется экспериментальное доказательство того, что при обработке аусте-нитной стали твердосплавным инструментом контактная температура максимальна в средней части площадки износа. При внимательном рассмотрении фото можно заметить, что поверхность в начале площадки (у режущей кромки) имеет большее число следов вырывания карбидов, чем в конце контакта. Это может свидетельствовать о большей температуре у режущей кромки, чем в конце контакта. Ранее такой характер распределения температур на площадке износа (для случаев обработки никеля и титана, теплопроводность которых также возрастает при увеличении температуры) экс-
периментально фиксировался только при точении быстрорежущим инструментом — путем фиксации фазовых и микроструктурных изменений в его материале [9, 10].
Выявленные факты позволят дальше продвинуться в понимании процесса резания аустенитных сталей и других труднообрабатываемых материалов, что может способствовать повышению эффективности их механической обработки.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Талантов, Н. В. Физические основы процесса резания, изнашивания и разрушения инструмента / Н. В. Талантов. — М.: Машиностроение, 1992. — 240 с.
2. Липатов, А. А. Влияние характера зависимости теплопроводности обрабатываемого материала от температуры на закономерности контактного взаимодействия и тип стружкообразования / А. А. Липатов // СТИН. -2006. — № 8. — С. 37−40.
3. Липатов, А. А. Особенности перехода от наросто-образования к взаимодействию с пластическим контактом при обработке аустенитной стали / А. А. Липатов // Известия ВолгГТУ: межвуз. сб. науч. ст. № 7(110) / ВолгГТУ. -Волгоград, 2013. — (Серия «Прогрессивные технологии в машиностроении» — вып. 9). — С. 31−34.
4. Липатов, А. А. Исследование перехода от взаимодействия с пластическим контактом к пластическому и вяз-
кому контакту при обработке аустенитной стали / А. А. Липатов // Известия ВолгГТУ: межвуз. сб. науч. ст. № 8(135) / ВолгГТУ. — Волгоград, 2014. — (Серия «Прогрессивные технологии в машиностроении» — вып. 11). — С. 28−30.
5. Резников, А. Н. Теплофизика процессов механической обработки материалов / А. Н. Резников. — М.: Машиностроение, 1981. — 279 с.
6. Липатов, А. А. Применение экстраполяционных и итерационных методов в инженерных теплофизических расчетах / А. А. Липатов, Ю. Л. Чигиринский // Известия ВолгГТУ: межвуз. сб. науч. ст. № 11(84) / ВолгГТУ. -Волгоград, 2011. — (Серия «Актуальные проблемы управления, вычислительной техники и информатики в технических системах» — вып. 12). — С. 26−29.
7. Липатов, А. А. Расчет температуры на режущих поверхностях инструмента с учетом зависимости теплопроводности обрабатываемого материала от температуры / А. А. Липатов, Ю. Л. Чигиринский // СТИН. — 2012. -№ 7. — С. 28−30.
8. Липатов, А. А. Особенности диффузионного изнашивания вольфрамокобальтового твердого сплава при точении высоколегированной аустенитной стали / А. А. Липатов // Известия ВолгГТУ: межвуз. сб. науч. ст. № 20(123) / ВолгГТУ. — Волгоград, 2013. — (Серия «Прогрессивные технологии в машиностроении» — вып. 10). — С. 39−42.
9. Лоладзе, Т. Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента / Т. Н. Лоладзе. — М.: Машиностроение, 1982. — 320 с.
10. Smart, E. F. Temperature Distribution in Tools Used for Iron, Titanium and Nickel / E. F. Smart, E. M. Trent // Int. J. Prod. Res. — 1975. — Vol. 13, № 3. — PP. 265−290.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой