Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса. задачи исследования 5
1.1. Понятие работоспособности режущего инструмента 5
1.2. Работоспособность режущих элементов из твердых сплавов 7
1.3. Основные сведения об инструментальных твердых сплавах (ИТС) и их разрушении 25
1.4. Анализ проведенных работ. Цель и задачи исследования 34
Глава 2. Теоретические и физические предпосылки по повышению работоспособности СМП путем снятия внутренних напряжений в ИТС 37
2.1. Методика проведения экспериментальных исследований 37
2.2. Исследования физико-механических характеристик ИТС в зависимости от температуры 37
2.3. Математическая модель внутренних напряжений в ИТС 40
2.4. Способ определения внутренних напряжений методом аппроксимации 42
2.5. Существующие методы предварительного нагрева 48
2.6. Физическая модель предварительного нагрева режущей пластины на основе эффекта Пельтье 50
2.7. Выводы 53
Глава 3. Исследования внутренних напряжений ИТС 5 4
3.1. Определение внутренних напряжений по математической модели 54
3.2. Рентгенографическое определение внутренних напряжений 59
3.3. Снижение внутренних напряжений в ИТС путем предварительного нагрева СМП 75
3.4. Выводы 77
Глава 4. Практическая реализация результатов исследования 78
4.1. Определение температур предварительного нагрева и максимальной работоспособности СМП из ИТС 78
4.2. Металлорежущий инструмент для снятия внутренних напряжений 83
4.3. Установка для регулируемого нагрева СМП из ИТС 86
4.4. Установка для автоматического поддержания температуры максимальной работоспособности СМП из ИТС 90
4.5. Практическая реализация результатов исследования 93
4.6. Выводы 94
Заключение 95
Литература 97
Приложения 105
- Работоспособность режущих элементов из твердых сплавов
- Исследования физико-механических характеристик ИТС в зависимости от температуры
- Рентгенографическое определение внутренних напряжений
- Металлорежущий инструмент для снятия внутренних напряжений
Введение к работе
Актуальность темы, В настоящее время широкое применение при всех видах механической обработки резанием получили сборные инструменты со сменными многогранными пластинами (СМИ) из инструментальных твердых сплавов (ИТС). Производственная статистика показывает, что на долю отказов инструментов с СМП в результате разрушения пластин приходится 70-75%. При анализе видов отказов режущих пластин в производственных условиях установлено, что характерными видами их разрушения являются выкрашивание, скалывание, поломка. Существует множество факторов, влияющих на работоспособность режущих инструментов из ИТС. В работе впервые поставлена проблема изучения влияния внутренних напряжений, возникающих в ИТС, как в материалах-композитах, при изменении температуры резания, и разработка технических решений, их снимающих, что позволит существенно повысить работоспособность сменных твердосплавных пластин. Поэтому исследование внутренних напряжений ИТС в зависимости от температурного воздействия с целью повышения работоспособности сменных твердосплавных пластин является актуальной проблемой.
Цель работы. Повышение работоспособности СМП сборных режущих инструментов путем снятия внутренних напряжений в ИТС посредством предварительного нагрева их до начала процесса резания.
Методы исследования. Экспериментальные исследования влияния температуры на внутренние напряжения в ИТС проводились с применением рентгенографического метода на автоматизированном дифрактометре ДРОН-УМ1 с высокотемпературной приставкой УВД-2000. Определение температуры в зоне резания проводилось с применением метода естественной термопары. Изучение работоспособности сменных твердосплавных пластин выполнялось в лабораторных и производственных условиях по стойкости и пути резания инструментов.
Достоверность результатов работы. Высокая точность определения
внутренних напряжений подтверждается хорошим совпадением результатов, полученных расчетом по математической модели и экспериментально рентгенографическим методом с точностью, приемлемой для инженерной практики. Повышение работоспособности СМП из ИТС путем снятия внутренних напряжений посредством предварительного их нагрева подтверждено разработкой новых технических решений, результатами практических испытаний и внедрением их в производство.
Научная новизна.
1. Установлено экспериментально, что в ИТС, как в материалах-композитах, имеются внутренние напряжения, которые при комнатной температуре (20 С) могут достигать значений, близких к предельным а, и сниматься путем нагрева СМП до температуры 600 С.
1. Разработана физическая модель, на основе которой создан метод снятия внутренних напряжений в ИТС путем предварительного нагрева СМП в сборном инструменте до начала процесса резания.
Установлено экспериментально, что снятие внутренних напряжений в СМП из ИТС практически исключает период приработки, а период нормального износа увеличивается и соответственно существенно повышается работоспособность сборного инструмента.
Подтверждена рентгенографическим методом математическая, модель для расчета внутренних напряжений в СМП из ИТС, разработанная научным руководителем.
Практическая ценность результатов исследования.
Разработана методика снятия внутренних напряжений в СМП из ИТС путем предварительного их нагрева,, позволяющая повысить работоспособность металлорежущих инструментов.
Разработана новая конструкция сборного металлорежущего инструмента с предварительным нагревом СМП, обеспечивающая снятие внутренних напряжений в пластинах (заявка №2004101575 от 19.01.2004 г. на патент на изобретение МПК 7 В23 В27/16)
3. Разработаны установки для регулируемого нагрева твердосплавных режущих пластин (патент на полезную модель № 38307) и для автоматического поддержания температуры максимальной работоспособности твердосплавной режущей пластины (полож. реш. о выдаче патента на полезную модель по заявке №2004123563 от 10.09.2004 г.), обеспечивающие повышение работоспособности СМП из ИТС.
Реализация полученных результатов.
Разработанные руководящие технические материалы «Повышение работоспособности сменных твердосплавных пластин путем предварительного нагрева» переданы для внедрения на ОАО «Тюменский станкостроительный завод» и ЗАО «Тюменские авиадвигателю).
Разработанная установка для регулируемого нагрева твердосплавных режущих пластин передана для внедрения на ОАО «ГРОМ» (г. Тюмень).
Разработанная конструкция металлорежущего инструмента с предварительным нагревом СМП из ИТС передана для внедрения на ООО «ИнОст» (г. Тюмень).
Ожидаемый совокупный экономический эффект составляет 668000 рублей.
Апробация работы и публикации.
Основные результаты диссертационной работы докладывались автором на международной научно-технической конференции, посвященной 90-летию со дня рождения В.И. Муравленко «Нефть и газ: проблемы недропользования, добычи и транспортировки» - г. Тюмень (2002 г.); на международной научно-технической конференции, посвященной 40-летию ТюмГНГУ «Нефть и газ Западной Сибири» - г. Тюмень (2003 г.); на двух региональных научно-практических конференциях молодых ученых «Новые технологии нефтегазовому региону» - г. Тюмень (2003 г. и 2004 г.); на XXTV Российской школе по проблемам науки и технологий, посвященной 80-летию со дня рождения академика В.П. Макеева - г. Миасс (2004 г.).
По материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том
числе: патент на полезную модель № 38307 «Установка для регулируемого подогрева твердосплавной режущей пластины»; полож. реш. по заявке на полезную модель № 2004123563, МПК7 В23 В 27/16 «Установка для автоматического поддержания оптимальной температуры твердосплавной режущей пластины» от 10.09.2004 г. Подана заявка на выдачу патента на изобретение № 2004101575, МПК7 В23 В27/16 «Металлорежущий инструмент» от 19.01.2004 г.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 103 наименований, изложенных на 108 страницах машинописного текста, актов внедрения, включает 80 рисунков, 11 таблиц.
Работоспособность режущих элементов из твердых сплавов
Исследованию работоспособности режущего инструмента посвящено большое количество работ, в которых установлены стойкостные зависимости для инструментов из различных инструментальных материалов. В большинстве случаев обработки различных материалов инструментом имеет место износ по задней поверхности.
Большая работа по теоретическому исследованию и практической реализации по повышению работоспособности режущего инструмента была проведена отечественными учеными Аваковым А.А. [4], Верещакой А.С. [20], Зоревым Н.Н. [30], Кабалдиным Ю.Г. [36], Лоладзе Т.Н. [45], Макаровым А.Д. [48], Полетикой М.Ф. [55], Розенбергом A.M. и Ереминым А.Н. [65], Розенбергом Ю.А. [66], Силиным С.С. [70]. В работе [20] установлены и систематизированы факторы, определяющие работоспособность инструментов, указано, что при этом наибольшее влияние на работоспособность инструмента, а следовательно на эффективность обработки, оказывают свойства инструментального материала. Автор работы [20] сформулировал, что инструментальный материал с износостойким покрытием является новым материалом композиционного типа, в котором оптимально сочетаются свойства поверхностного слоя (высокое значение твердости, теплостойкости, пассивности по отношению к обрабатываемому материалу и т. д.) и свойства, проявляющиеся в объеме тела инструмента (прочность, ударная вязкость, трещи-ностойкость и т.д.). Поэтому одно из направлений работы мы посвятили изучению влияния прочности, ударной вязкости и трещиностойкости на работоспособность режущих пластин из инструментальных твердых сплавов (ИТС).
Н.Н. Зоревым были проведены исследования зависимостей стойкости от скорости резания при обработке сталей и молибдена твердосплавным и быстрорежущим инструментом [31]. Исследования проводились в широких пределах изменения условий резания, а форма кривых стойкости анализировалась путем сопоставления с соответствующими температурными кривыми и микрофотографиями поверхностей износа инструмента.
Сложный характер зависимости стойкости от скорости резания («горбы» и «переломы» кривых стойкости) является типичным для резания металлов. В зависимости от условий резания (главным образом от обрабатываемого и инструментального материалов) экстремумы кривых стойкости смещаются в сторону больших или меньших значений стойкости. Существование «горбов» и «переломов» на кривых стойкости обусловлено изменением природы и интенсивности преобладающего вида износа.
Влияние температурного фактора на износ и стойкость инструмента удобнее выявить, построив кривые (рис. 1.1) относительного износа резцов в зависимости от средней температуры контакта инструмента с обрабатываемым материалом. Также приведены кривые, характеризующие влияние температуры на твердость сплавов молибденового ВМ1 и твердого сплава ВК8. Из рис. 1.1 видно, что участок стойкости при температуре 9 500 С соответствует постоянному относительному износу, т.е. постоянному износу, отнесенному к единице пути инструмента. Постоянный относительный износ можно объяснить тем, что повышение температуры резания до 500 С мало влияет на микропрочность и твердость сплава ВК8. Столь низкие температуры недостаточны для диффузионного износа, и поэтому главную роль играет адгезионный износ, который протекает очень интенсивно, о чем можно судить по весьма крупным вырывам твердого сплава с поверхности износа, видным на микрофотографии, представленной на рис. 1.2, а [31]. При малых температурах ( 500 С) интенсивность износа твердосплавного инструмента выше, чем быстрорежущего, что видно из сопоставления кривых относительного износа на рис. 1.1. Этот факт Н.Н. Зорев также объясняет более высокой прочностью быстрорежущей стали.
При увеличении температуры свыше 500 С начинается снижение твердости сплава ВК8, что сопровождается повышением пластичности сплава ВК8 и его сопротивления циклическим микроконтактным нагрузкам. Сопротивление сплава ВК8 адгезионному износу возрастает. Адгезионные вырывы становятся более мелкими (рис. 1.2, б), а относительный износ Д падает (см. рис. 1.1). Такое падение интенсивности износа продолжается до температуры 800 С. В этих условиях адгезионный износ незначителен (рис. 1.2, б).
Для выявления путей повышения работоспособности режущих инструментов необходимо изучить взаимосвязь при резании металлов. Этим вопросам посвящена монография ученых Розенберга A.M. и Еремина А.Н. [65]. Специально проведёнными опытами с измерениями температуры на передней фани резца методом естественной термопары было доказано, что угол 8! нароста определяется температурой на передней грани независимо от того, какими комбинациями V и а эта температура была получена. При различных скоростях резания, толщине среза на резце данной геометрии нарост имеет один и тот же угол, если температуры в этих случаях резания были на передней грани одинаковыми. На основании проведенных исследований ученые Розенберг A.M. и Еремин А.Н. сделали заключение, что коэффициент трения при резании сталей и чугунов, изменяясь в широких пределах, зависит не от скорости резания и толщины среза, а от температуры в зоне контакта стружки с передней гранью инструмента. Чрезвычайно важным обстоятельством оказывается, что кривые усадок, полученные при различной толщине среза и различных скоростях резания, совмещаются, будучи построенными относительно шкалы температур на передней фани резца (рис. 1.3, а). На рис. 1.3, б для каждого переднего угла получена своя кривая, что вполне естественно, так как передний угол, или угол резания, является самостоятельным фактором, изменяющим направление равнодействующей силы и влияющим на усадку стружки. Таким образом, оказывается, что усадка стружки на резце данной геометрии зависит не от скорости резания и толщины среза, а только от температуры на передней фани, что является вполне закономерным, так как от температуры в зоне трения стружки о переднюю фань резца зависит действительный угол резания 81 и коэффициент трения.
Исследования физико-механических характеристик ИТС в зависимости от температуры
На основании проведенных теоретических исследований была разработана методика по проведению экспериментальных исследований влияния внутренних напряжений в ИТС на работоспособность СМП сборных режущих инструментов. Методика заключается в следующем:
1. Определение внутренних напряжений ИТС с использованием установки ДРОН-УМ1 и влияние температурного фактора на величину внутренних напряжений, и выявление оптимальной температуры нагрева СМП при которой внутренние напряжения имеют минимальные значения.
2. Разработка установок для осуществления нагрева СМП сборных металлорежущих инструментов до требуемой температуры предусматривающие возможность изменения режимов нагрева.
3. Стойкостные испытания по выявлению влияния температуры предварительного нагрева СМП на работоспособность сборного металлорежущего инструмента.
На основании изучения результатов исследований по оптимизации режимов резания деталей из труднообрабатываемых материалов Артамонова Е.В. [8], Зоре-ва Н.Н. [31], Кабалдина Ю.Г. [35], Лоладзе Т.Н. [46], Макарова А.Д. [48], Полети ки М.Ф. [55], Розенберга A.M., Еремина А.Н. [65], Розенберга Ю.А. [66], Рыкуно-ва А.Н. [69], Силина С.С. [72], Талантова Н.В. [74] и механических характеристик твердых сплавов Горбачевой В.И. [23], Киффера Р. [37], Креймера Г.С. [41], Лошака М.Г. [48] было сформулировано предположение о том, что для каждого инструментального твердого сплава имеется температура резания, обеспечивающая условия максимальной работоспособности инструмента, т.е. температура максимальной работоспособности. Особый интерес для нас представляют испытания при повышенных температурах, при которых работают твердые сплавы.
О О по данным Артамонова Е.В. [8]; 0— — -О по данным Креймера Г.С. [41] Как видно из диаграммы, в начальный период времени температура не оказывает влияния на ударную вязкость сплавов, что соответствует I зоне диаграммы - до точек первого перегиба, лежащих на линии ab. При дальнейшем повышении температуры ударная вязкость сплавов начинает возрастать линейно, что соответствует II зоне диаграммы - между точками первого и второго перегибов, лежащих соответственно на линиях ab и cd. Третья ступень изменения характера зависимости ударной вязкости от температуры характеризуется неизменностью значения ударной вязкости, что соответствует III зоне диаграммы - между точками второго и третьего перегибов, лежащих соответственно на линиях cd и ef. При дальнейшем повышении температуры ударная вязкость твердых сплавов начинает линейно уменьшаться при одной и той же температуре испытания для всех ИТС, находящейся в пределах 1000-1050 С, что соответствует IV зоне диаграммы.
Из анализа полученной зависимости видно, что все точки перегибов на графиках зависимости ударной вязкости твердых сплавов группы ВК от температуры испытания при различном содержании кобальта, выстраиваются в соответствующие прямые. Изменение ударной вязкости от температуры испытания имеет несколько иной характер (рис. 2.1), нежели полученное графоаналитическим методом по результатам испытаний Креймера Г.С. [42]. Это объясняется тем, что Креймер Г.С. не ставил перед собой задачу определения зависимости ударной вязкости в широком диапазоне температур. Хотя характер изменения на двух первых участках, полученных в результате эксперимента и графоаналитических построений по результатам испытаний Креймера Г.С, совпадает, отсюда можно сделать вывод о достоверности полученных в результате эксперимента данных [8].
Анализ характера разрушения образцов из сплава ВК8, представленных на фотографиях (рис. 2.1), показал, что при температуре до 500 С (I зона) имеет место хрупкое разрушение, на поверхности разрушения образца в результате однократного приложения нагрузки имеются явно выраженные крупные выры-вы. При температуре от 500 до 750 С (II зона) - хрупкопластическое разрушение, выраженное в выравнивании поверхности разрушения образца. При тем пературе от 750 до 1050 С (III зона) - пластическое разрушение, данный переход обуславливается не только несовпадением точки окончания разрушения образца, но и тем, что место излома приобретает серебристый вид. Это объясняется тем, что разрушение происходит по границе карбидов вольфрама и кобальтовой связки. А при температуре свыше 1050 С — кобальтовая связка течет (для всех сплавов независимо от процентного содержания Со).
В настоящее время большинство моделей НДС режущих элементов создаются на основе уравнений решения плоской задачи теории упругости только для напряжений I рода от внешних силовых и температурных нагрузок [8], [17], [45]. Однако исследование влияния физико-механических характеристик ИТС в диапазоне температур резания на работоспособность инструментов показали их существенное значение.
На основании сформулированной научной гипотезы о том, что внутренние напряжения (напряжения И рода), которые должны возникать в ИТС, как материалах-композитах, при изготовлении СМП и значительно изменяться в диапазоне температур резания, была рассмотрена математическая модель для расчета напряжений II рода, разработанная научным руководителем [8]. Представим модель возникновения внутренних напряжений на примере сплава группы WC-Co следующим образом: WC - как включение, а связку из кобальта - как охватывающий материал. Схема модели возникновения внутренних напряжений в ИТС для плоской задачи, например для сплава WC-Co, представлена на рис. 2.2.
При остывании после спекания исходной смеси WC-Co ввиду того, что коэффициент линейного расширения кобальта в 3 раза больше, чем у WC, на поверхности контакта включения WC и связки Со возникают тангенциальные напряжения (Тю 0 и соответственно o i 0 (напряжение растяжения), а аг 0 и соответственно аз 0 (напряжения сжатия). Очевидно, такое изменение напряжений II рода могут оказать существенное влияние на работоспособность режущих элементов из этих сплавов.
Рентгенографическое определение внутренних напряжений
Для определения влияния температуры на напряжения II рода были выбраны три представителя однокарбидных твердых сплавов ВК8, ВК10 и ВК15. При проведении эксперимента образцами являлись напайные пластины, изготавливаемые промышленностью. Рентгенографические исследования проводились при температурах от 25 до 700 С на воздухе, разбитый на промежутки по 100 С. Для определения микронапряжений использовалось отражение (200) Со.
Испытание состоит в следующем. Образец твердого сплава ВК8 помещают в печь высокотемпературной приставки. Включают нагрев печи, и температура в ней повышается до заданной. При заданной температуре выдерживают образец в печи (из расчета 1 мин. на 1 мм толщины образца). После выдержки образца в печи проводим съемку и получаем дифрактограмму (рис. 3.3) при заданной температуре испытания. Не меняя образец в печи, проводим испытания с интервалом температур через 100 до 600 С и получаем следующие дифракто-граммы (рис. 3.4-К3.9). Затем проводим такие же испытания на образцах из твердого сплава ВК10 (рис. 3.10 -3.16) и ВК15 (рис. 3.17- 3.23).
Зная величину микродеформаций, определяем внутренние напряжения по формуле 2.4. Модуль упругости Е по различным источникам имеет значительный разброс [25]. Поэтому для твердых сплавов ВК8 (табл. 3.6), ВКЮ (табл. 3.7) и ВК15 (табл. 3.8) взяты наибольшие и наименьшие значения модуля упругости Е. Для получения точки на графике принимался среднеарифметический результат микронапряжений при данной температуре.
Результат эксперимента представлен графически. Как видно из графика (рис. 3.25), при комнатной температуре внутренние напряжения имеют максимальные значения, а при дальнейшем повышении температуры уменьшаются. Напряжения II рода с увеличением процентного содержания кобальта уменьшаются.
Повышение работоспособности режущих пластин из твердых сплавов решается путем достижения технического результата, заключающегося в снижении внутренних напряжений при нагреве пластин.
По результатам рентгенографических исследований внутренних напряжений образцов из инструментального твердого сплава при различных температурах строят график зависимости внутренних напряжений от температуры a = f (6) (см. рис. 3.25). На этой зависимости по точке, где внутренние напряжения равны нулю определяют температуру предварительного нагрева.. Далее до начала процесса резания производят предварительный регулируемый нагрев режущей части инструмента до указанной температуры, а затем путем управления режимами резания V и S в процессе резания доводят температуру резания до температуры максимальной работоспособности и осуществляют автоматическое поддержание ее.
Таким образом, температура предварительного нагрева режущей части инструмента должна быть большей либо равной температуре перехода сплава из зоны упругих деформаций в зону упругопластических деформаций (рис.2.1). Ускоренный эксперимент по определению износа по задней грани токарного проходного резца, оснащенного пластинками из твердого сплава ВК8 при точении заготовки из стали 40Х проводился при высоких скоростях резания. Одновременно проводились замеры температуры в зоне резания методом естественной термопары. При установившемся процессе резания зона нормального износа и интенсивность роста температуры значительно снижаются, характер износа инструмента имеет вид хрупкопластического разрушения. Процесс приработки связан с разогревом режущей части инструмента и тем самым выходом режущего материала из зоны хрупкого в зону хрупкопластического состояния. Для подтверждения данной гипотезы произведен предварительный искусственный разо грев режущей части инструмента до температуры 550 С. В результате предварительного подогрева режущей части с самого начала процесса резания инструмент находится в зоне нормального износа (кривая 2).
При использовании предварительного нагрева режущей части инструмента из ИТС выводится из хрупкой зоны в зону упругопластических деформаций, что позволяет повысить износостойкость режущего инструмента на 40-50% за счет исключения хрупкого разрушения пластин (рис. 3.26).
1. Установлено экспериментально, что в ИТС, как в материалах-композитах, имеются внутренние напряжения, которые при комнатной температуре (20 С) могут достигать значений, близких к предельным, и практически сниматься путем нагрева СМП до температуры 600 С.
2. Установлено экспериментально, что снятие внутренних напряжений в СМП из ИТС практически исключает период приработки, а период нормального износа увеличивается, и соответственно существенно повышается работоспособность сборного инструмента.
3. Полученные рентгенографическим методом экспериментальные данные по определению внутренних напряжений в СМП из ИТС подтверждают ранее построенную теоретическую модель.
Металлорежущий инструмент для снятия внутренних напряжений
На основе экспериментальных исследований установлено, что внутренние напряжения в СМП из ИТС имеют максимальные значения при комнатной температуре (20 С). Задача о снижении внутренних напряжений решается за счет достижения технического результата, который заключается в снижении величины износа режущей пластины благодаря повышению ее трещиностойкости после предварительного нагрева до температуры 600 С перед началом процесса резания. Такой подогрев предотвращает хрупкое разрушение режущей пластины в виде выкрашивания и микросколов в период приработки, когда ее температура повышается от комнатной до рекомендованной (при этом твердый сплав переходит из хрупкого в хрупкопластическое состояние).
Наиболее близким по технической сущности является режущий инструмент Девяткина СП. [3]. Недостаток этого устройства - циклическое изменение температуры режущей пластины при включении и выключении геркона, что приводит к накоплению внутренних напряжений и повышает опасность растрескивания твердого сплава (известна рекомендация о поддержании температуры зубьев фрезы вне зоны резания равной температуре резания, за счет горячего воздуха [53]). Наличие значительного градиента температуры по высоте режущей пластины (между нагревающейся режущей кромкой и охлаждаемой границей с полупроводниковой пластиной) также увеличивает напряжения растяжения и повышает ее склонность к растрескиванию.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое устройство (заявка на патент РФ №2004101575 от 19.01.2004 в соавторстве с Кусковым В.Н., Артамоновым Е.В, Трифоновым В.Б., Костивым В.М.), является повышение стойкости металлорежущего инструмента с режущими пластинами из твердого сплава.
Указанный технический результат достигается за счет механической обработки металлорежущим инструментом (рис. 4.9), содержащим корпус с крепящейся к нему с помощью прихвата и винта соединенной с источником постоянного тока режущей пластиной, под которой расположен изолированный от корпуса полупроводниковый слой, состоящий из смеси дисульфида молибдена с жидким стеклом, под которым установлена токоподводящая пластина, изолированная от корпуса, причем электрическая цепь замыкается через прихват и корпус инструмента и не включает обрабатываемую деталь.
Между техническим результатом и существенными признаками устройства существует следующая причинно-следственная связь: предварительный нагрев твердосплавной режущей пластины до 600 С перед обработкой резанием за счет пропускания постоянного электрического тока, дополнительно используя эффект Пельтье на границе контакта с полупроводниковым слоем, состоящим из смеси дисульфида молибдена с жидким стеклом, повышает начальную трещино-стойкость режущей пластины и увеличивает ее стойкость; указанный подогрев обеспечивает комплекс конструктивных элементов, составляющих заявляемый металлорежущий инструмент; в процессе механической обработки требуемая величина трещиностойкости поддерживается за счет тепловыделения при резании.
Устройство (рис. 4.9 и 4.10) работает следующим образом. Перед обработкой детали резанием замыкают ключ 11. Электрический ток от источника питания 8 проходит через лабораторный трансформатор 9, выпрямитель 10, ключ 11, амперметр 13, токоподводящую пластину 6, полупроводниковый слой 5, режу щую пластину 4, прихват 3, винт 2, корпус 1. При прохождении электрического тока основное количество теплоты выделяется в контакте режущей пластины 4 с полупроводниковым слоем 5 за счет эффекта Пельтье, а также в самой режущей пластине в соответствии с законом Джоуля - Ленца. Причем для нагрева режущей пластины до 850 С достаточно тока не более 200 А (рис. 4.11), тогда как в известных устройствах [1] он достигает 2000 А. После нагрева режущей пластины до температуры 300 - 500 С ключ 11 размыкают и начинают резание. В процессе обработки детали режущая пластина нагревается за счет превращения механической энергии резания в тепловую.
С целью повышения работоспособности режущих пластин из ИТС путем снижения внутренних напряжений в ИТС необходимо предварительно до начала процесса резания нагревать режущую пластину до температуры перехода сплава из упругого в упругопластическое состояние. Установка для регулируемого подогрева твердосплавных режущих пластин обеспечивает оптимальные сочетания прочностных характеристик и трещиностойкости материала твердосплавной режущей пластины [54].
Задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в снижении величины износа твердосплавной режущей пластины благодаря снижению внутренних напряжений путем предварительного нагрева до температур 300 - 500 С перед началом процесса резания и поддержание температуры в процессе резания за счет включения или выключения нагревательной электрической цепи. Возможность регулирования температуры подогрева твердосплавной режущей пластины в процессе обработки заготовки резанием предотвращает хрупкое разрушение твердосплавной режущей пластины в виде выкрашивания и микросколов в период приработки, когда ее температура повышается от комнатной до рекомендованной (при этом твердый сплав, из которого изготовлена режущая пластина, переходит из упругого в упругопластическое состояние).
Указанный технический результат достигается тем, что в установке для регулируемого подогрева твердосплавной режущей пластины при резании металлов и сплавов (рис. 4.13), содержащей металлорежущий инструмент, к корпусу которого закреплена твердосплавная режущая пластина, нагревательную электрическую цепь, электромагнит с сердечником и геркон, источник постоянного тока, соединенный с твердосплавной режущей пластиной, под которой расположен изолированный от корпуса металлорежущего инструмента полупроводниковый слой, особенностью является то, что полупроводниковый слой состоит из смеси дисульфида молибдена с жидким стеклом, под ним расположена токопод-водящая пластина, изолированная от корпуса, при этом установка дополнительно содержит регулируемый блок усиления с термопарой, закрепленной на твердосплавной режущей пластине.
Устройство работает следующим образом. Перед обработкой резанием замыкают кнопку "Пуск" 13, включая пускатель 14. Контакты 15 пускателя 14 при этом замыкают нагревательную электрическую цепь и начинается нагрев твердосплавной режущей пластины 4. В выходную цепь выпрямителя 10 включены для контроля требуемых параметров нагрева твердосплавной режущей пластины 4 амперметр 11 и вольтметр 12 постоянного тока. Один полюс выпрямителя 10 подключен к токоподводящей пластине 6, второй - к корпусу 1. При прохождении электрического тока основное количество теплоты выделяется в контакте твердосплавной режущей пластины 4 с полупроводниковым слоем 5 за счет эф Рис. 4.14. Нагревательная цепь установки для регулируемого нагрева СМП из ИТС
Рис. 4.15. Металлорежущий инструмент фекта Пельтье, а также в самой твердосплавной режущей пластине в соответствии с законом Джоуля - Ленца. При нагреве твердосплавной режущей пластины до заданной температуры термопара 16 включает регулируемый блок усиления 17 и электромагнит с сердечником 18, который размыкает геркон 19. Срабатывает реле 20, которое размыкает цепь питания контактом 21 реле 20. Кнопка "Стоп" 22 служит для отключения системы после завершения работы.
