Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса и постановка задач исследований 9
1.1. Особенности обработки резанием труднообрабатываемых материалов 9
1.1.1. Обрабатываемость резанием труднообрабатываемых материалов 9
1.1.2. Особенности процесса обработки резанием 14
1.2. Методы интенсификации процессов резания труднообрабатываемых материалов 24
1.3. Особенности обработки металлов с предварительным нагревом по-
верхностей заготовок 26
1.3.1. Влияние температуры нагрева на механические характеристики обрабатываемых и инструментальных материалов . 26
1.3.2. Влияние нагрева на некоторые физические характеристики материала инструмента и заготовки 37
1.3.3. Влияние температуры нагрева на характер и интенсивность износа режущего инструмента 42
1.4. Анализ способов нагрева и выбор рационального способа в условиях развития малых и ремонтных предприятий 50
1.5. Выводы и постановка задач исследований 60
ГЛАВА 2. Разработка процесса совмещенной обработки резанием с предварительным нагревом поверхностного слоя заготовки (СОР с НПС) и его теоретическое обоснование 63
2.1. Сущность процесса совмещенной обработки резанием с предварительным нагревом поверхностного слоя заготовки . 63
2.2. Моделирование температурного поля при нагреве вращающейся заготовки газовой горелкой 66
2.3. Определение рациональных параметров СОР с НПС заготовки теоретико-экспериментальным методом 70
2.3.1. Определение тепловых характеристик горелки 73
2.3.2. Выбор и определение параметров режущего инструмента... 75
ГЛАВА 3. Методика исследований 82
3.1. Обоснование выбора материала, оборудования и режимов обработки 82
3.2. Методика исследования тепловых процессов и температур при СОР с НПС 85
3.2.1. Методика тарирования термопар 85
3.2.2. Методика определения интенсивности теплового потока и температурного поля при нагреве газовой горелкой образцов 90
3.2.3. Методика исследования температур при резании с нагревом 92
3.3. Методика исследования сил резания при СОР с НПС 93
3.4. Методика исследования износа и стойкости резцов 96
3.5. Методика исследования параметров качества поверхностного слоя 98
3.5.1. Методика исследования шероховатости и точности обработки 98
3.5.2. Методика исследования наклепа и структуры поверхностного слоя. 100
ГЛАВА 4. Теоретико-экспериментальное исследование эффективности процесса СОР с НПС 102
4.1. Математическое моделирование параметров СОР с НПС 102
4.2. Исследование тепловых процессов и температур 107
4.3. Исследование температур резания при СОР с НПС 109
4.4. Исследование износа и стойкости инструмента 113
4.5. Результаты исследования сил резания 116
4.6. Результаты исследований шероховатости и точности обработки 119
4.7. Результаты исследований шероховатости и точности обработки.. 122
4.8. Результаты исследования наклепа и структуры поверхностного слоя 129
ГЛАВА 5. Разработка технологии обработки деталей резанием с нагревом поверхностного слоя металла 133
5.1. Основные ограничения и рекомендации по реализации процесса... 133
5.2 Определение основных производственных параметров обработки детали 135
5.3. Анализ заводской технологии обработки вала 138
5.3.1. Технологичность обработки поверхностей 138
5.3.2. Анализ правильности выполнения чертежа 139
5.3.3 Анализ выполняемых поверхностей при обработке вала 139
5.4. Технологический маршрут обработки цилиндрических поверхностей вала с нагревом поверхностного слоя 143
5.5. Назначение режимов резания наружных цилиндрических поверхностей с нагревом снимаемого слоя 145
5.6. Определение экономической эффективности резания с нагревом 149
5.7. Апробация разработанной технологии 153
Общие выводы и результаты 155
Литература 157
- Особенности процесса обработки резанием
- Моделирование температурного поля при нагреве вращающейся заготовки газовой горелкой
- Методика определения интенсивности теплового потока и температурного поля при нагреве газовой горелкой образцов
- Исследование температур резания при СОР с НПС
Введение к работе
На современном этапе научно-технического прогресса прочность, вязкость и другие характеристики конструкционных материалов возрастают столь быстро, что инструментальные материалы, которыми располагает производство, в целом ряде случаев не позволяют осуществлять высокопроизводительную обработку заготовок. К тому же резание часто приходится вести в экстремальных условиях - по корке, по высокопрочным наплавкам, при больших сечениях среза и т. д., что усугубляет технологические трудности. В связи с этими особенностями современного производства в металлообработке наряду с другими методами интенсификации технологических операций развивается направление по повышению эффективности процесса резания путем временного снижения прочности обрабатываемого материала и изменения механизмов контактных процессов, протекающих на рабочих поверхностях инструмента. Такое влияние на обрабатываемый материал и контактные явления достигается комбинированием механической энергии процесса резания с одной или несколькими другими видами энергии - тепловой, электрической, химической, ультразвуковой, электромагнитной и т. д. - облегчающими проведение процесса резания и обеспечивающими повышение стойкости инструмента.
Обработка резанием с нагревом представляет собой комбинированный процесс, при котором механическая энергия и энергия низкотемпературного пламени газовой горелки совместно используются для повышения эффективности процесса резания при изготовлении деталей машин из современных труднообрабатываемых материалов.
Обработка резанием с предварительным нагревом заготовки, при котором факел (дуга) пламени нагрева в основном разогревает и лишь частично на самой поверхности расплавляет припуск, реализуется с помощью различных схем и имеет сравнительно небольшое распространение в промышленности. Кроме того, весьма ограничены сведения о совмещении данных процессов обработки и явлениях, возникающих при этом в зоне резания, а также параметрах режима резания и нагрева и управления ими в процессе обработки. В связи с этим весь-
ма важными остаются поиск и внедрение в практику более перспективных и эффективных совмещенных методов обработки, особенно в современных условиях развития малых предприятий и ремонтных баз, направленных на повышение производительности, качества изготовления и ремонта деталей.
В диссертации рассматривается новый способ совмещенной обработки резанием с нагревом поверхностного слоя (СОР с НПС) нежестких деталей (валов).
Целью работы является повышение производительности и стойкости резцов при точении на основе разработки новых схем и устройств для совмещенной обработки валов с предварительным нагревом поверхностного слоя металла и назначения рациональных технологических режимов с учетом тепловой напряженности процесса резания.
Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи.
Выполнить комплекс теоретико-экспериментальных исследований по проблеме обрабатываемости металлов резанием с нагревом верхнего слоя заготовки различными способами и на этой основе предложить более эффективные схемы обработки.
Разработать рациональные конструкции инструмента и устройства для нагрева обрабатываемой поверхности заготовки, обеспечивающих высокую эффективность процесса обработки, в частности, производительность, стойкость инструмента и качество.
Теоретически и экспериментально обосновать основные технологические возможности и параметры новых конструкций инструмента и устройства для нагрева обрабатываемой поверхности.
Исследовать основные закономерности процесса точения валов из труднообрабатываемых сталей с нагревом, влияние режимов нагрева, резания нагретого металла на производительность процесса, стойкость инструмента и показатели качества обработанной поверхности и на этой основе определить оптимальные условия обработки.
7 5. Разработать рекомендации по внедрению результатов исследований на производстве и на этой основе разработать технологию обработки нежестких валов из труднообрабатываемых сталей.
Методологической основой работы является изучение процесса резания при точении валов и осей с нагревом их поверхностей, что осуществлялось путем проведения критического анализа литературных данных теоретических и экспериментальных исследований.
Теоретические исследования базировались на классической теории источников тепла и совместном рассмотрении тепловых и механических явлений при резании металлов, методах математического и физического моделирования, основах технологии машиностроения. Экспериментальные исследования проводились с применением стандартных и оригинальных методик предусматривающих измерение комплекса параметров резания и изнашивания инструмента, параметров качества обработки.
Обработка результатов экспериментов осуществлялась с использованием метолов математической статистики.
Научная новизна работы заключается в следующем.
Выполнены комплексные теоретико-экспериментальные исследования и получены новые результаты (патенты РФ № 2188747, № 24131) в области разработки прогрессивной технологии изготовления валов из труднообрабатываемых материалов с предварительным нагревом обрабатываемой поверхности.
Дано теоретическое обоснование повышению эффективности совмещенной обработки резанием с одновременным нагревом поверхностного слоя (СОР с НПС) (качество, производительность и др.) за счет создания и использования новых совмещенных конструктивных схем и конструкций инструментов, устройств, обеспечивающих улучшение условий теплоотвода из зоны резания и отличающихся простотой, дешевизной и безопасностью в процессе обработки.
Исследовано влияние температур нагрева поверхности обрабатываемой заготовки на стойкость инструмента и показатели ее качества и на этой основе определены оптимальные условия обработки.
8 Практическая ценность работы состоит в том, что на основе исследований точения валов с нагревом их поверхностей до температур ниже точки рекристаллизации и одновременного улучшения теплоотвода из зоны резания достигнуто:
увеличение стойкости режущей кромки инструмента;
повышение производительности обработки;
улучшение показателей качества обрабатываемых поверхностей. Полученные в работе результаты позволяют разработать технологический
процесс обработки поверхностей различных по габаритам и конструктивной форме валов, обеспечивающий необходимые требования к деталям на стадии как черновой, так и получистовой механической обработки резанием.
Разработаны и реализованы на практике конструктивные схемы устройства и инструмента, позволяющие вести высокопроизводительную обработку с заданным качеством поверхностей деталей из трудно обрабатываемых материалов на токарном оборудовании.
Работа выполнялась на основе госбюджетных тематик НИР кафедр «Технология машиностроения» НГТУ и «Надежность и ремонт машин» НГСХА и договорам по сотрудничеству с ремонтными предприятиями Горьковской железной дороги. Отдельные положения работы приняты к внедрению. Результаты теоретико-экспериментальных исследований использованы при разработке опытно-промышленной технологии изготовления нежестких валов из труднообрабатываемых материалов и переданы для апробации и внедрения на ряд промышленных предприятий. Использование их на ремонтных предприятиях Горьковской железной дороги позволило получить годовой экономический эффект 10 тыс. рублей на единицу оборудования. Материалы теоретических и экспериментальных исследований используются в учебном процессе при чтении лекций проведении практических и лабораторных занятий со студентами по дисциплинам «Технология машиностроения» (НГТУ) «Технология ремонта машин» (НГСХА) и др.
Особенности процесса обработки резанием
Эффект улучшения обрабатываемости при резании с нагревом объясняется изменением свойств материалов заготовки и инструмента под действием температуры и влиянием этих изменений на интенсивность износа инструмента, силы резания и качество обработанной поверхности.
С увеличением температуры нагрева в зоне резания уменьшаются твердость и прочность обрабатываемого материала, возрастают его пластичность, теплопроводность, теплоемкость, снижается склонность к его упрочнению. В то же время возрастает вязкость, сопротивление хрупкому разрушению твердосплавных инструментов, тогда как твердость и прочность их материалов снижается в меньшей степени, чем у большинства обрабатываемых материалов.
Закономерности этих изменений, хотя и имеют принципиально одинаковый характер, однако существенно различаются по степени и абсолютной величине у различных материалов.
Влияние нагрева на различные группы сталей, степень и характер изменения механических свойств с нагревом различны в зависимости от химического состава стали, ее структуры и исходных свойств.
Изменения механических свойств метастабильной хромомарганцевой ау-стенитной стали 30Х10Г10 приведены в табл.1.4.
С увеличением температуры нагрева предел прочности и предел текучести для стали 30X1ОП 0 уменьшаются монотонно и при температуре 600 С составляют 56% от исходных.
Несколько иначе изменяется относительное удлинение 5, характеризующее пластичность стали. Оно возрастает весьма значительно - в 3, 4 раза, с увеличением температуры до 200С, очень незначительно в диапазоне температур 200-400 Сие дальнейшим увеличением температуры до 600 С уменьшается. Однако 8 при температуре 600 С, в 2,7 раза больше, чем при температуре 20 С.
Характерно, что истинный предел прочности при растяжении SK - сгв (1 + 8), несколько увеличивающийся при температуре 200 С, с дальнейшим повышением температуры нагрева уменьшается (при температурах 600 С приблизительно в 1,5 раза в сравнении с исходным).
Представляет интерес зависимость изменения механических свойств от температуры нагрева для высокопрочной стали 38ХНЗМФА, приведенная в табл. 1.5.
Как и для рассмотренных выше материалов, увеличение температуры нагрева приводит к снижению прочности, увеличению пластичности стали 38ХНЗМФА. Однако для этой стали характерно значительное снижение предела прочности ав, увеличение относительного удлинения 8 и уменьшение истинного предела прочности SK при температурах выше 600 С.
Так, при температуре 600 С тв уменьшился в 1,65 раза по сравнению с исходным, а при температуре 900 С уже в 13 раз; 8 практически не изменилось при температуре 600 С, а при 900 С увеличилось в 5,3 раза. Твердость при температуре 600 С уменьшилась в 2,6 раза, а при температуре 700 С уже в 7,5 раза. Такая же закономерность наблюдалась и для SK- ЕСЛИ при температуре 600 С он уменьшился в 1,65 раза, т.е. так же, как и ав, то при температуре 900 С-в9,1 раза.
Несколько иная картина изменения механических свойств с изменением температуры нагрева наблюдается у нержавеющей стали 12X18Н9Т в нормализованном состоянии (табл. 1.6). Если предел прочности, предел текучести, твердость с повышением нагрева монотонно уменьшаются, то относительное удлинение в отличие от результатов, полученных для рассмотренных выше сталей, уже не увеличивается, а уменьшается [78]. Истинный предел прочности при растяжении (SK) закономерно уменьшается с увеличением температуры нагрева. Изменение механических свойств труднообрабатываемых материалов при нагреве до 600 С и более высоких температур в сравнении с исходными дано в табл.1.7.
Большой интерес представляет изменение при нагреве механических свойств высокопрочных труднообрабатываемых чугунов. Для этих материалов характерна весьма высокая исходная твердость и наличие в их структуре составляющих, сравнимых по твердости с инструментальными материалами (твердыми сплавами). С повышением температуры нагрева до 600 С твердость чугуна ИЧХ28Н2 уменьшилась в 1,76 раз, а при температуре 900 С - в 2,2 раза.
Результаты измерений предела прочности при растяжении и сжатии чугуна ИЧХ28Н2 при различных температурах приведены в табл. 1.8. С увеличением температуры нагрева до 600 С прочность чугуна уменьшилась приблизительно в 1,5-1,7 раза, а при нагреве до 800 С - в 3,6-4,3 раза.
Моделирование температурного поля при нагреве вращающейся заготовки газовой горелкой
Теплопроводность, теплостойкость, удельное электросопротивление, склонность к упрочнению, вероятность фазовых и структурных превращений -характеристики, которые оказывают существенное влияние на обрабатываемость при резании металлов с нагревом [85].
Теплопроводность обрабатываемого материала оказывает существенное влияние на распределение теплоты резания, возникающей за счет работы резания между инструментом, стружкой и заготовкой, а также в случае локального нагрева, когда теплота распространяется от поверхности контакта.
Увеличение теплопроводности обрабатываемого материала будет увеличивать относительное количество теплоты, переходящей в стружку и заготовку, и соответственно будет меньше теплоты переходить в инструмент. В процессе резания время на передачу теплоты от контактных поверхностей к окружающим объемам очень мало. Чем больше теплопроводность обрабатываемого материала, тем больше вероятность нагрева реальных объемов его вблизи поверхности контакта и снижения механических свойств материала в этом объеме и, следовательно, снижения работы на пластическую деформацию. В некоторых исследованиях путей улучшения обрабатываемости при резании без нагрева теплопроводность обрабатываемого материала предлагают в качестве одного из критериев обрабатываемости.
Предложена формула [13] для определения скорости резания при заданной стойкости с учетом коэффициента теплопроводности обрабатываемого материала X: л 0,5 Гт „1,8
Таким образом, увеличение теплопроводности обрабатываемого материала может рассматриваться как средство улучшения обрабатываемости. Для большинства обрабатываемых материалов с увеличением температуры нагрева теплопроводность возрастает. В общем виде зависимость теплопроводности от температуры нагрева выражается формулой Xt =X0(l + at), где Х,о - теплопроводность при температуре 20 С; t - температура нагрева; а -коэффициент температуропроводности, зависящий от свойств материала.
Изменение теплопроводности рассматриваемых выше обрабатываемых материалов с повышением температуры, по данным [14], а также в результате экспериментальных исследований показано на рис. 1.12. С повышением температуры (от 20 до 700 С) коэффициент теплопроводности X для всех рассматриваемых материалов, совершенно различных по химическому составу, возрастает приблизительно в 2 раза.
Для более объективной оценки вероятного распределения тепловых потоков в инструмент и заготовку необходимо знать, как изменяется X материала инструмента с увеличением температуры и соотношение его с X для обрабаты 39 ваемых материалов. При резании чугуна ИЧХ28Н2 твердым сплавом ВК это соотношение составляет 2,6, что способствует преимущественному отводу теплоты в материал инструмента. 55Е Х,Вт/и- С 20 10 а 200 чоо 600 «с Рис. 1.12. Теплопроводность в зависимости от температуры для: / - аустенитных сплавов (12Х18Н9Т, 30X1ОГ10); 2 - чугуна И4Х28Н2; 3 - титановых сплавов
При резании аустенитных сталей и титановых сплавов распределение теплоты, связанное с X, будет происходить более равномерно. Относительно низкие значения X для твердого сплава Т15К6 будут увеличивать локализацию теплоты в контактных слоях материала инструмента и вероятность тепловых напряжений в нем, но, с другой стороны, увеличивать их пластичность, что для сплавов ТК является средством снижения хрупкого разрушения.
Склонность к упрочнению труднообрабатываемых сталей является основным источником затруднений при механической обработке резанием, обрабатываемость их в 3-4 раза ниже, чем обычных сталей. Относительно высокая склонность к упрочнению группы аустенитных сталей была подтверждена опытами [12]. Для сравнения была принята сталь 45.
Результаты опытов позволили сделать некоторые выводы о влиянии на обрабатываемость метастабильных аустенитных сталей типа 30Х10П0 и Г13Л их склонности к упрочнению.
1. Почти трехкратное увеличение микротвердости может вызвать значительное повышение интенсивности износа инструмента.
2. Локализация зоны деформации, т.е. поглощение ее энергии в малом объеме, предполагает активизацию фазового превращения.
Методика определения интенсивности теплового потока и температурного поля при нагреве газовой горелкой образцов
Для изучения интенсивности пламени горелки применяли вращающийся калориметр. Схема калориметра - датчика приведена на рис.3.6. Он состоит (по А.Н.Резникову) из секций 1 и 2 разделенных между собою теплоизоляционной прокладкой 3. Внутри секций калориметра циркулирует вода. Температура последней измеряется с помощью дифференциальных термопар 6 и 7, помещенных во втулки 5. К поверхности датчика подводится пламя горелки 10.
Источник питания подключается через медно-графитовые щетки 4. Факел пламени направляется на наружную поверхность датчика. Перемещая горелку вдоль оси вращающегося калориметра-датчика и одновременно через контактные кольца 8 и Р, подавая термо- ЭДС от термопар б и 7 на осциллограф, имеем возможность оценить плотность теплового потока и его распределение по пятну контакта.
Исследования проводились при мощности горелки W =10-15 кВт, диаметра сопла 2-6 мм, расстояния сопла от поверхности заготовки 5-12 мм и расходе ацетилен-кислородной смеси G = d, ( 225сот In р N-1,25 Результаты экспериментов показали, что закон распределения по пятну контакта интенсивности теплового потока, вызываемого плазменной струей, может быть описан выражением q(r) = q0 exp (- K0r2 J, кал /см2 с. Температурное поле в заготовке от нагрева пламенем горелки изучали (по методике А.Н.Строшкова) на специальньк пластинах с хромель-алюмелевыми термопарами, заложенными на глубину от поверхности а = 0,5-4 мм (рис.3.7).
Термопары крепились с помощью специальных гильз в корпусе пластины и соединялись с оттарированным милливольтметром. Ось горелки устанавливали перпендикулярно плоскости пластины на линии осей термопар, либо смещая от этой линии для получения топографии для получения температурного поля на расстоянии кратном 10 мм. Температурные поля получали при условиях относительного перемещения горелки и пластины со скоростями 10-20 м/мин при мощностях горелки 10 и 13 кВт.
Существует несколько способов измерения температуры резания, наиболее распространенным является метод естественной термопары. Сущность метода основана на использовании известного из физики явления, что при резании спая двух разных металлов, между ними возникает термоэлектродвижущая сила (термо-э.д.с.) Е, функционально связанная с температурой Тр.
Поскольку режущий инструмент и обрабатываемая деталь почти всегда изготовлены из разных материалов, то в процессе резания между инструментом и деталью также возникает термо-э.д.с. Е.
Схема измерения температуры резания при точении показана на (рис.3.8). Для измерения термо-э.д.с, возникающей между обрабатываемой деталью 1 и резцом 2, последний изолируют 3 от корпуса станка, а к холодному концу вращающейся заготовки подсоединяют надежный токосъемник 4. Тогда милливольтметр 5 показывает величину термо-э.д.с. Е в мВ.
Для определения температуры резания в С необходимы графики или таблицы, отражающие зависимость между температурой Тр С и термо-э.д.с. Е в мВ.
Эти зависимости обычно определяют экспериментально путем предварительного тарирования термопары обрабатываемый материал - инструментальный материал. Для каждой пары обрабатываемый материал - инструментальный материал существует своя определенная зависимость Е =j{Tp).
Тарировка естественной термопары заключается в переводе показаний милливольтметра m V в температуру Тр по интервалу задаваемых в ванне температур. Тарировочное устройство состоит из нагревательного элемента (электропечь или другое средство нагрева) и металлической ванны для расплавленного вещества. В ванну с расплавленным веществом погружают стружку (срезанную с поверхности обрабатываемой детали) и резец, которые соединены проволоками (из разных материалов) с тарирующим милливольтметром. Температура ванны контролируется термопарой. Изменяя температуру ванны на определенный интервал, одновременно записывают показания милливольтметра, соответствующие различным температурам. По результатам показаний прибора и контрольного пирометра составляют график зависимости Т - mV по типу графика, показанного на рис.3.5.
Для оптимизации режима обработки, проверки прочности деталей оснастки и инструмента, а также для других расчетов при ПМО необходимо располагать сведениями о силах, возникающих в процессе. Определение сил резания при ПМО может быть выполнено; 1) теоретико-экспериментальным путем на основе анализа изменения свойств обрабатываемого материала, термических напряжений и де формаций, возникающих как результат плазменного нагрева, а также учета других факторов, связанных с нагревом; 2) силы резания могут быть определены непосредственными экспериментами в процессе ПМО с помощью той или иной динамометрической аппаратуры; 3) силы при резании и нагревом можно определить путем установления соотношения между ними и силами резания при работе без нагрева обрабатываемого материала.
В наших экспериментах использовался второй метод. Силы резания определялись с помощью 3-х компонентного динамометра УДМ-600, усилителя «ТА-5» и светолучевого осциллографа (рис.3.9)
Исследование температур резания при СОР с НПС
Исследование тепловых процессов при СОР с НПС проводилось по методике, изложенной в главах 2 и 3. По результатам теоретических и предварительных экспериментальных исследований (гл.2, рис.2.6) были определены основные технологические параметры процесса обработки, в частности, тепловая мощность горелки W=l0-\5 кВт, расход ацетилен-кислородной смеси G =1,5-3 м/час, угол установки у горелки и расстояние ее сопла h по отношению к нагреваемой поверхности заготовки (\/ = 45-60, h = 6-12 мм) диаметр сопла dc = 2,5-6 мм.
Используя данные технологические параметры процесса, проводили исследования по распределению температурных полей и температур в заготовках для различных сочетаний параметров режимов обработки (нагрева и резания): мощности нагрева, скорости перемещения заготовки и горелки, глубины прогрева и др. [21].
На рис.4.1, а, б представлены графики распределения температур (изотермы) по поверхности заготовки (пластины) при условиях относительного перемещения факела горелки и заготовки со скоростями 10-20 м/мин при мощно V н сти горелки 10-13 кВт (критерий Пекле Ре = ——). Графики построены по ре оз зультатам замеров температур непосредственно в зоне нагрева индуктивным датчиком, используемым в схеме экспериментальной установки.
На рис.4.1, в показано распределение температур по глубине обрабатываемой заготовки при нагреве ее в тех же условиях. Анализ полученных результатов свидетельствует о том, что отчетливо прослеживается влияние мощности горелки, а, следовательно, режимов обработки (dc, h, V, І) на распределение по поверхности и глубине заготовки температур. Так при нагреве пламенем горелки 10 кВт заготовки, перемещающейся со скоростью 12 м/мин, что соответствует скорости чернового точения, на глубине залегания термопары 1,6 мм зарегистрирована температура 450-500 С; в аналогичньк условиях при W=\3 кВт температура составила уже 840-880 С.
С увеличением мощности горелки возрастает и ширина (длина) участка нагреваемого пламенем. Например, для изотермы 150-200С при W=\Q кВт ширина (длина) участка, нагретого выше 150 С, составляет 25 мм, а для W=\3 кВт - 36 мм.
Анализ зависимостей рис.2.6 и рис. 4.1 также показывает, что остаточная температура нагрева заготовки при варьировании значениями параметров обработки в пределах Q - 7-8,5 кВт {Q = Wr\); dc = 2,8-5 мм, h = 8-12 мм, обеспечивается вполне достаточная для разупрочнения поверхностных слоев заготовки в пределах до 4-5 мм, для увеличения производительности резания. Ранее нами [22; 23] установлено, что температура, при которой стали 40Х, 30X13 и др., теряют свойство самоупрочнения, составляет 400-500С, что согласуется с результатами других авторов [12; 17], полученных для других материалов.
В результате анализа приведенных зависимостей, а также термических циклов периодов теплонасыщения (рис.4.2) и выравнивания температуры установлено следующее. Для скоростей 10-20 м/мин и более расстояние от пятна нагрева до резца для глубин нагрева 1,5-3 мм, соответствующих при ср = 45, S = 1,5 мм/об, составляет в зависимости от режима нагрева 60-80 мм. Это подтверждает адекватность полученных в главе 2 формул, в частности, формулы (2.17) по определению L.
Исследования проводились с целью установления оптимальных температур резания при СОР с НПС, которые имеют большое значение для выбора рациональных режимов обработки (Г,,, V, S, t). Оптимальные температуры резания Т+ соответствуют наиболее благоприятным условиям трения и изнашивания инструмента на контактных поверхностях, которые, в свою очередь, определя ются соотношением физико-механических свойств материалов инструмента и заготовки [12; 17].
Исследования проводились по методике, изложенной в гл.З, на станке 16К20, оснащенном газовой горелкой (см. рис. 3.1). Температуры определяли методом естественной термопары, оттарированной в соответствии с методикой (см. раздел 3.2.1). Результаты тарировки приведены на рис. 4.3.
Обработке подвергали цилиндрические образцы (рис.4.4) из сталей 40Х, 30X13, 15ХМ диаметром 30 и 60 мм, длиной 800-1000 мм резцами с пластинками из твердого сплава Т15К6 [24]. Резцы применяли как с внутренним охлаждением (см. рис. 2.7), так и без охлаждения. Исходное состояние образцов - после отжига. Обработку производили по режимам: Ти = 300-700 С, V = 10-100 м/мин, S = 0,21-1,1 мм/об, / = 0,5-2 мм. С
