Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Износ и стойкость металлорежущих инструментов 8
1.1 Виды износа твердосплавных металлорежущих инструментов . 8
1.2 Внешние проявления и критерии изнашивания металлорежущих инструментов 10
1.3 Исследования износостойкости инструментальных материалов . 14
1.4 Способы прогнозирования стойкости металлорежущих инструментов 19
1.5 Пути повышения стойкости металлорежущих инструментов из твердого сплава 32
1.6 Закономерности нагружения рабочих поверхностей инструмента контактными напряжениями 39
1.7 Определение температуры резания на рабочих поверхностях инструмента 50
1.8 Цель, задачи и этапы исследования 56
Глава 2. Методика, экспериментальные установїси и результаты исследования износостойкости и износа твердых сплавов 58
2.1 Экспериментальная установка для определения износостойкости инструментальных материалов на базе машины трения 2070 СМТ-І 58
2.2 Экспериментальная установка для определения износостойкости инструментальных материалов на токарно-винторезном станке модели 1К62 64
2.3 Экспериментальная установка для исследования износа твердосплавных пластин 69
2.4 Исследуемые материалы 72
2.5 Режущий инструмент 74
2.6 Измерение усадки стружки 75
2.7 Результаты экспериментальных исследований 76
2.7.1 Определение износостойкости на машине трения 2070СМТ-І 76
2.7.2 Определение износостойкости на токарно-винторезном станке модели 1К62 80
2.7.3 Исследование топографии износа сменных твердосплавных пластин 89
2.8 Выводы по главе 2 104
Глава 3. Прогнозирование процесс а изнашивания лезвия режущего инструмента 105
3.1 Методика моделирования процесса изнашивания лезвия режущего инструмента 107
3.2 Перераспределение контактных напряжений для различных форм передней поверхности 110
3.3 Расчет профиля изношенных поверхностей режущего инструмента 117
3.4 Выводы по главе 3 121
Глава 4. Оптимизация формы сменных многогранных пластин по критерию равномерного изнаши вания 122
4.1 Обеспечение равномерного изнашивания передней поверхности СМП 122
4.2 Обеспечение равномерного изнашивания задней поверхности за счет постоянного заднего угла 130
4.3 Разработка конструкций сменных многогранных пластин, оптимизированных по критерию равномерного изнашивания 134
4.4 Сравнительные экспериментальные исследования стойкостных свойств предлагаемых форм сменных многогранных пластин . 137
4.5 Выводы по главе 4 147
Общие выводы 148
Список литературы 150
Приложение
- Внешние проявления и критерии изнашивания металлорежущих инструментов
- Экспериментальная установка для определения износостойкости инструментальных материалов на токарно-винторезном станке модели 1К62
- Перераспределение контактных напряжений для различных форм передней поверхности
- Обеспечение равномерного изнашивания задней поверхности за счет постоянного заднего угла
Введение к работе
Развитие современного машиностроения требует повышения производительности всех технологических процессов и, как следствие, повышения режимов резания. Стойкость металлорежущего инструмента является одним из важнейших эксплуатационных показателей, определяющих назначаемые режимы резания и влияющим на производительность труда и себестоимость изделия.
Установлено что изнашивание рабочих поверхностей режущих пластин происходит неравномерно, что объясняется значительной неравномерностью распределения действующих на инструмент температурных полей и контактных напряжений. Обеспечивая равномерный износ лезвия сменных многогранных пластин (СМП), можно тем самым повысить стойкость сборных инструментов.
Целью работы является повышение стойкости резцов с твердосплавными многогранными пластинами за счет обеспечения равномер-
/ ного изнашивания режущего лезвия путем управления геометрией передней поверхности.
В теоретических исследованиях использовались численные методы, статистические расчеты, программирование и компьютерное моделирование с использованием современного программного обеспечения и средств вычислительной техники. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных условиях по схеме однофакторного эксперимента и включали изучение топографии износа, исследования составляющих силы резания, площадок контакта и средней температуры резания при наружном продольном точении. Достоверность результатов диссертационной работы подтверждается экспериментальными данными и производственными испытаниями. Научная новизна работы состоит в следующем:
Разработан метод расчета износа рабочих поверхностей лезвия, позволяющий оптимизировать геометрию изнашиваемой части инструмента.
Установлено, что при изменении геометрии передней поверхности происходит перераспределение контактных напряжений, что может быть использовано для повышения равномерности изнашивания режущей части.
Обоснован способ повышения стойкости металлорежущего инструмента путем обеспечения равномерности износа передней поверхности СМП за счет ее специальной формы.
Практическая ценность,работы заключается в следующем:
Разработаны рекомендации по достижению равномерного износа режущих поверхностей резцов с СМП путем изменения форм рабочих поверхностей и перераспределения контактных напряжений.
Предложен метод конструирования передней поверхности СМП, обеспечивающий равномерное изнашивание рабочих поверхностей.
Созданы конструкции СМП повышенной работоспособности с равномерным изнашиванием передней поверхности.
Результаты работы внедрены на ООО «Юрга-гидравлика», ООО «ЮТА». На разработанные формы сменных многогранных пластин получены два патента наполезную модель.
Диссертация состоит из четырех глав, общих выводов, списка литера-туры и приложений. В первой главе приведен аналитический обзор литературы, патентных материалов и публикаций в периодической печати, рассмотрены способы прогнозирования и пути повышения стойкости металлорежущих инструментов. Рассмотрены также известные закономерности распределения контактных напряжений и методики расчета температурных полей на режущих поверхностях инструмента, сформулированы цели и задачи исследования.
Во второй главе изложены методики проведения экспериментов и при-
ведены результаты экспериментальных исследований износостойкости твердых сплавов, представлены описания экспериментальных установок.
В третьей главе приведена методика моделирования процесса изнашивания режущего инструмента, результаты расчетов износа по предложенной методике.
В четвертой главе предложены конструкции сменных многогранных режущих пластин с геометрией, обеспечивающей равномерное изнашивание режущих поверхностей, приведены результаты сравнительных экспериментальных исследований предлагаемых СМП. Всего страниц - 188, рисунков - 105, таблиц - 1.
Внешние проявления и критерии изнашивания металлорежущих инструментов
В зависимости от условий резания и свойств инструментального и обрабатываемого материалов преобладающий износ наблюдается либо на задних поверхностях инструмента (рис. 1.1 а), или на задней и передней поверхности одновременно (рис. 1.1 б). Эти виды износа имеют место при работе с режимами резания, используемыми в производстве. В некоторых случаях возможен вид износа, при котором происходит изнашивание только передней поверхности инструмента. При изнашивании инструмента по задней поверхности образуется площадка износа шириной h3. Ширина площадки износа вдоль главной режущей кромки как правило неодинакова. Максимального значения ширина площадки износа достигает на переходной задней поверхности. Также в определенных условиях возможно образование проточин в виде узкого языка на главной или вспомогательной задней поверхности. Исследования показали [59], что при износе задней поверхности скорость увеличения площади износа с течением времени уменьшается, но скорость объемного износа остается практически постоянной.
При изнашивании инструмента по передней поверхности образуется лунка износа шириной 0 и глубиной Є (см. рис. 1. б). С течением времени резания ширина и глубина лунки увеличиваются, а радиус ее кривизны уменьшается. Обычно ширина лунки медленнее увеличивается в сторону режущей кромки, чем в противоположную сторону. По мере увеличения лунки участок передней поверхности f и угол заострения )3 уменьшаются, что снижает прочность режущей кромки и может привести к ее разрушению.
Преобладание износа по передней или задней поверхности в значительной мере определяется материалом обрабатываемой детали, толщиной срезаемого слоя и скоростью резания. Так, при обработке хрупких материалов чаще преобладает износ задней поверхности инструмента. При обработ ке пластичных материалов одинаково часто наблюдается износ и передней, и задней поверхности. Скорость резания и толщина срезаемого слоя оказывают схожее влияние на характер износа. Например, при низкой скорости резания и малой толщине срезаемого слоя преобладает износ задней поверхности. По мере увеличения указанных факторов проявляется и износ передней поверхности, причем чем больше скорость резания и толщина срезаемого слоя, тем больше износ передней поверхности.
Мерой изношенности металлорежущего инструмента могут служить линейный и массовый износы. Используя показатель линейного износа, изношенность задней поверхности определяют по максимальной ширине площадки износа h3. Для передней поверхности может использоваться максимальная глубина или ширина лунки, или в некоторых случаях [15] относительный износ передней поверхности, определяемый как ( 0 / 2) + f - расстояние от центра лунки до режущей кромки.
Для твердосплавных инструментов К « 0,4. При чистовой обработке в качестве показателя может использоваться размерный или радиальный износ А, измеряемый в нормальном к обработанной поверхности направлении.
Для резцов из твердого сплава показателем износа, обеспечивающим максимальное количество переточек инструмента, принимается h3 = 0,8 -г 1 мм и h3 = 0,8 -f-1,7 мм для черновой обработки соответственно стали и чугуна. При чистовой обработке допустимый износ не более 0,2 0,25 мм [102, 116].
Поскольку линейный износ учитывает только максимальную величину износа и не учитывает его расположения на режущих кромках инструмента, данный параметр не всегда может быть объективной характеристикой для исследования физической природы изнашивания. Более полно затупление инструмента характеризует массовый износ — масса изношенной части инструмента, пропорциональная работе сил трения, затраченной на превращение материала инструмента в продукты изнашивания. В работах [37, 77, 78] приведены формулы для определения массы изношенной части инструмента по известным геометрическим параметрам износа.
Для изучения влияния условий резания на процесс изнашивания инструмента могут использоваться показатели относительного износа. За относительный износ принимается отношение показателей линейного или массового износа к некоторому параметру, характеризующему производительность режущего инструмента. Наиболее часто используется относительный линейный износ - отношение показателя линейного износа к длине пути, пройденного инструментом.
Момент, когда режущий инструмент вследствие изнашивания должен быть заменен либо переточен, определяют с помощью критерия износа. Под критерием износа понимают признак или сумму признаков, по достижении которых работа металлорежущим инструментом должна быть прекращена. Существуют два критерия износа [12]: критерий оптимального износа и критерий технологического износа. В данных критериях в качестве информационного параметра используется ширина площадки износа по задней поверхности, так как ее измерение значительно проще, чем глубины лунки износа.
При использовании критерия оптимального износа инструмент считается затупившимся в том случае, если износ по задней поверхности равен оптимальному износу. При этом за оптимальный износ принимается величина износа, позволяющая получить с учетом переточек максимальный суммарный период стойкости инструмента. Данный критерий применяют в лабораторных условиях при установлении стойкостных зависимостей для ин струментов, предназначенных для черновой и получистовой обработки. В условиях производства критерий оптимального износа целесообразно применять при использовании дорогостоящего инструмента или в массовом производстве.
В некоторых случаях критерий оптимального износа не может быть применен. Так, не всегда возможно определить величину оптимального износа, при которой суммарная стойкость инструмента будет максимальной. Кроме того, в производстве широко распространены металлорежущие инструменты со сменными многогранными пластинами (СМП), которые после изнашивания не перетачиваются. В этих случаях используется критерий технологического износа. При этом инструмент считается затупившимся, когда износ задней поверхности достигает значения, равного технологическому износу. Величина технологического износа определяется такими технологическими ограничениями, как увеличение шероховатости обработанной поверхности, увеличение силы или температуры резания, изменение размеров обработанной детали, возникновение вибраций и т. п.
Экспериментальная установка для определения износостойкости инструментальных материалов на токарно-винторезном станке модели 1К62
Экспериментальная установка базе токарно-винторезного станка включает в себя: - токарно - винторезный станок модели 1К62; - трехкомпонентныи тензометрическии динамометр; - оборудование для измерения температуры; - специальное приспособление для закрепления индентора. Общий вид установки показан на рис. 2.7, где 1 - станок мод. 1К62; 2 -трехкомпонентныи тензометрическии токарный динамометр конструкции В.В. Брюхова и В.Н. Сбоева (Томский политехнический университет); 3 -специальное приспособление для закрепления индентора; 4 - пульт управления и индикации динамометра; 5 - прибор самопишущий Н338-8П. Конструкция и принцип действия установки пояснены схемой, приведенной на рис. 2.8, где 1 - скользящий токосъемник; 2 — провод; 3 — заготовка; 4 — токосъемник; 5 - динамометр; 6 — пульт управления и индикации динамометра.
Измерение средней температуры трения производилось естественной термопарой. Одним элементом термопары являлась заготовка, закрепленная в трехкулачковом патроне и вращающемся центре. Заготовка изолировалась от станка соответственно текстолитовыми прокладками и пробкой (см. рис. 2.8). Проводом 2 заготовка соединена со скользящим токосъемником 1, корпус которого неподвижно закреплен на станке. Другим элементом термопары является индентор (рис. 2.9), закрепленный в специальном приспособлении (рис. 2.10). Для исключения влияния паразитных термопар подвод токосъемника к индентору осуществлялся через твердосплавный,стержень 4 (см. рис. 2.9), изготовленный из аналогичного твердого сплава. Стержень изолировался от державки посредством корпуса токосъемника 5.
Приспособление для закрепления индентора (см. рис. 2.10) состоит из державки 2 резца с механическим креплением режущей пластины, закрепленной на вал 3. Вал поступательно перемещается в корпусе, удерживаемый от поворота штифтом 5. Пружина 7 обеспечивает постоянное усилие прижатия индентора к истираемому образцу. Величина усилия прижатия регулируется винтом 9, фиксируемым контргайкой 8. Для исключения действия пара зитных термопар приспособление изолируется от корпуса 6 динамометра прокладками 4.
Проверка изоляции индентора и заготовки от корпуса станка проводилась до и после проведения опыта цифровым вольтметром В7-35.
Для получения значений температур, соответствующих показаниям термоЭДС естественной термопары была проведена тарировка по общепринятой методике [12]. Тарировка производилась в электропечи СНОЛ 1.6.2.5.1/9 - ИЗ ТУ 16-531.651-7. Нагрев производился с 200 до 600С В качестве образцовой термопары применялась платино-платино родиевая (родий -10%) термопара. На рис. 2.11 приведен тарировочный график термопары. Та-рировочная зависимость была аппроксимирована уравнением
Трехкомпонентный тензометрический динамометр для измерения составляющих силы резания использует деформацию упругих элементов, выполненных в виде граненых колец с закрепленными на гранях тензодатчиками. Упругие элементы воспринимают нагрузку от закрепленного на них резцедержателя динамометра. При деформации упругих элементов сопротивление соединенных по мостовой схеме тензодатчиков изменяется, и электрический сигнал разбалансировки мостовых схем после усиления поступает на восьмиканальный самопишущий прибор Н338-8П и регистрируется на бумаге.
Для тарирования динамометра использовались образцовый индикаторный динамометр ДОСМ-3-0,2 и тарировочное приспособление, позволяющее нагружать отдельно каждую составляющую силы резания. Тарировка производилась при статическом нагружении динамометра. Тарировочный график приведен на рис. 2.12. Тарировочные зависимости были аппроксимированы уравнениями
Размеры и износ индентора измерялись на микроскопе ИМЦ50-100А. Скорость трения определялась тахометром соприкосновения ТЧ10-Р.
Используемые устройства и приборы перед проведением экспериментов и после них подвергались проверке либо тарировке на предмет соответствия паспортным данным, техническим требованиям и ГОСТам.
Для исследования износа твердосплавных режущих пластин при точении стали 40Х использовалась экспериментальная установка, созданная на базе токарно-винторезного станка модели 1К62. Установка включает в себя: токарно - винторезный станок модели 1К62; трехкомпонентный тензометрический динамометр; оборудование для измерения температуры; приспособление для измерения лунки износа.
Установка аналогична установке для измерения износостойкости (см. п. 2.2.1) с той разницей, что вместо приспособления для закрепления ин-дентора в динамометр установлен токарный резец с механическим креплением сменной режущей пластины. Средняя температура резания также измерялась естественной термопарой, составляющие силы резания - трехкомпо-нентным тензометрическим динамометром. Была проведена тарировка динамометра применительно к экспериментам по точению. Тарировочные зависимости приведены на рис. 2.13 и были аппроксимированы уравнениями
Перераспределение контактных напряжений для различных форм передней поверхности
Так как при изнашивании инструмента происходит изменение формы и размеров режущей части, в расчетах необходимо учитывать вызванные этим изменения исходных контактных напряжений. Для расчета перераспределенных контактных напряжений на передней поверхности можно воспользоваться формулами (1.28): где tj1, - перераспределенные касательные и нормальные контактные напряжения в і-ой точке изношенной передней поверхности; То,0"о - исходные касательные и нормальные контактные напряжения в і-ой точке передней поверхности; Y; - передний угол в і-ой точке изношенной передней поверхности (угол между касательной к профилю лунки и горизонтальной плоскостью); Согласно (3.15), в случае плоской передней-поверхности положительное значение переднего угла при принятой схеме нагружения (см. Глава 1, рис. 1.15) будет приводить к возрастанию касательных напряжений и уменьшению нормальных напряжений. Наоборот, при отрицательных значениях переднего угла произойдет уменьшение касательных напряжений и увеличение нормальных. На рис. 3.2 приведен пример расчета по (3.15) перераспределения ис ходных касательных и нормальных контактных напряжений, происходящего при изменении геометрических параметров режущей части инструмента. В качестве исходного профиля выбран режущий клин с плоской передней по верхностью, у = 0. Исходные контактные напряжения: а0 =800МПа,т0 =200МПа. Так, при увеличении переднего угла до у = 10 происходит уменьшение нормальных и увеличение касательных контактных напряжений, что качественно согласуется с данными [107]. Из выражения 3.15 также следует, что при больших значениях отрицательных передних углов перераспределение контактных напряжений приведет к появлению на передней поверхности двух областей: с отрицательными и положительными значениями касательных напряжений.
Таким образом, на передней поверхности обрабатываемый материал будет двигаться в двух направлениях — частично по передней поверхности инструмента, образуя стружку; частично - под заднюю поверхность. Следовательно, геометрическая вершина инструмента не будет совпадать с точкой, разделяющей обрабатываемый материал на стружку и обрабатываемую поверхность. В работе [39] проведены исследования механики стружкообразования при резании инструментом с большими отрицательными передними углами. На фотографии полученного шлифа корня стружки (см. Главу 1, рис. 1.18) видна область заторможенного материала на передней поверхности инструмента, разделяющая обрабатываемый материал на части, образующие струж ку и обработанную поверхность. Выше данной области касательные напряжения имеют положительное значение, ниже — отрицательное. Существование такой области заторможенного материала определяется нулевыми касательными напряжениями в данной точке передней поверхности. На рис. 3.3 приведен пример расчета по (3.15) перераспределения контактных напряжений для переднего угла у = -20. Как следует из рис. 3.3, на передней поверхности существуют области положительных и отрицательных касательных контактных напряжений, что качественно соответствует данным автора [39]. Расчетная схема с (3.15) применительно к инструменту с двойной передней поверхностью дает более сложный характер распределения контактных напряжений. Такая поверхность состоит из двух участков - упрочняющей фаски и передней поверхности, характеризуемых различными значениями величины переднего угла. Соответственно, характер влияния переднего угла на перераспределение контактных напряжений останется аналогичным схеме с плоской передней поверхностью, но итоговая картина будет суммироваться из двух участков, отличающихся перераспределением напряжений из-за разных величин у. Анализируя приведенную в [107] схему распределения контактных напряжений (см. Главу 1, рис. 1.19) можно отметить, что на участке упрочняющей фаски с уф = 0 закон распределения касательных и нормальных напряжений фактически остался неизменным и соответствует приведенному на рис. 1.14. За пределами упрочняющей фаски вследствие увеличения переднего угла значение нормальных контактных напряжений уменьшилось, а касательных - возросло. При отрицательных передних углах упрочняющей фаски (см. Главу 1, рис. 1.20) касательные контактные напряжения из-за влияния нормальных напряжений уменьшаются, причем снижение наиболее значительно на участке фаски с максимальными нормальными напряжениями, т.е. у режущей кромки. На рис. 3.4-3.5 приведены результаты расчета по (3.15) перераспределение контактных напряжений для режущего клина с фаской. В первом случае Уф =0 (см. рис. 3.4), во втором - Уф =-10 (см. рис. 3.5). Следует отметить, что характер перераспределения напряжений так же как и в случае плоской передней поверхности качественно соответствует описываемому автором [107]. X ММ Для инструмента со скругленной режущей кромкой передний угол плавно изменяется от положительного значения на передней поверхности до отрицательного на скругленной части. Пример распределения контактных напряжений по данным [107] приведен в (см. Главу 1, рис. 1.21). Расчеты, проведенные по формулам (3.15) показывают, что при увеличении отрицательного значения переднего угла нормальные напряжения, спроецированные на переднюю поверхность в данной точке, будут уменьшать касательные напряжения (см. рис. 3.6). Характер изменения касательных и нормальных напряжений подобен распределению на передней поверхности с упрочняющей фаской. Из-за плавного, а не ступенчатого изменения величины переднего угла в отличии от схемы (рис. 1.20) изменения контактных напряжений тоже происходят постепенно, а эпюры имеют скругленный вид. Таким образом, на основании сравнения экспериментальных данных [39, 107] и результатов расчетов по (3.15) можно сделать вывод, что характер перераспределения контактных напряжений для различных форм режущей части совпадает. Это позволяет в дальнейшем использовать зависимости (3.15) для определения контактных напряжений на изношенных поверхностях металлорежущего инструмента. Проведем по методике, предложенной в п. 3.1 расчет профиля изношенной передней поверхности инструмента для условий резания, соответствующих экспериментальным (см. п. 2.7.3). Для расчетов использовалась программа на языке Visual LISP для AutoCAD (приведена в приложении 1). Алгоритм программы представлен на рис. 3.7.
Обеспечение равномерного изнашивания задней поверхности за счет постоянного заднего угла
В настоящее время широко применяются сменные многогранные пластины с задним углом а = 0. Положительный задний угол на резцах с такими пластинами получают путем наклона пластины при ее закреплении в державке резца. Недостатком таких пластин является то, что после закрепления задний угол на радиусной части резца получается переменным и отличается от требуемого значения, что может снижать стойкость режущей пластины. Учитывая, что для современного машиностроения характерна тенденция к уменьшению припусков в связи с приближением формы и размеров заготовки к детали, резание при обработке осуществляется преимущественно радиусной частью пластины. В этом случае большое значение приобретают геометрические параметры именно радиусной части режущего инструмента.
Подобный недостаток существенен и для сменных многогранных пластин с положительным задним углом а 0, если пластина при закреплении в державке резца ориентирована с углами X и у, отличными от нуля.
Задний угол ам в точке М радиусной части СМП для резца с режущей пластиной с а = 0, может быть определен как [69]:
Пример расчета заднего угла резца осм, проведенный по зависимости (4.6) для СМП с а = 0, установленной в корпусе резца с углами у = -5, А, = 0;А, = 5; X - 10 приведен на рис. 4.8. Так, для X = 5 задний угол на радиусной части пластины изменяется от 2 до 7, что может способствовать неравномерному износу пластины и сокращению ее периода стойкости.
Чтобы повысить равномерность изнашивания, необходимо обеспечить постоянный задний угол резца ам; для этого задний угол на режущей пластине ап должен быть выполнен переменным. Преобразовав (4.6), можно получить выражение для определения заднего угла СМП осп:
Например, если режущая пластина будет установлена в корпусе резца под углом А, = 5, то как следует из рис. 4.9, для обеспечения постоянного заднего угла осм = 5 на главной режущей кромке и радиусной части задний угол на пластине ап должен быть выполнен переменным, при 0 є ап 0;при 90 є 120 ап 0. После закрепления режущей пластины задний угол становится постоянным, что снижает неравномерность износа. Объ емный вид такой пластины приведен на рис. 4.10 [69].
Для проведения сравнительных стойкостных испытаний стандартных пластин и пластин с формой передней поверхности, обеспечивающей равномерное изнашивание, проведен расчет по изложенной в п. 4.1. методике. Спроектированы СМП для следующих условий резания, аналогичных экспериментальным: Сталь 40Х, МР7, и=290 м/мин, S=0,26 мм/об, г=0,5 и 1 мм (конструкции представлены на рис. 4.11 и 4.12 соответственно).
На передней поверхности пластины выполнена лунка, размеры которой приведены в вертикальных сечениях. Поскольку расчетный профиль характеризуется большим значением переднего угла на вершине режущего клина (например, см. рис. 4.4), для повышения прочности в предлагаемой конструкции добавлена упрочняющая фаска шириной 0,15 - 0,2 мм.
Предлагаемую форму передней поверхности пластины можно получить прессованием и последующим спеканием порошка твердого сплава при изготовлении СМП, например с применением приспособления [70]. При проведении экспериментальных исследований для изготовления опытной партии пластин данный способ труднореализуем ввиду его технологической сложности. С достаточной точностью требуемую форму можно получить при затачивании алмазным кругом, профилированным радиусом.
С целью экспериментальной оценки достоверности предлагаемой методики обеспечения равномерного изнашивания передней поверхности СМП, а также для исследования их эксплуатационных свойств была изготовлена партия сменных многогранных пластин и проведены их сравнительные экспериментальные исследования. Эксперименты проводились с использованием оборудования и приспособлений, описанных в главе 2.
В качестве основы для изготовления предлагаемых пластин были использованы СМП с плоской передней поверхностью и задним углом 11 из твердого сплава марки МР7, аналогичные применявшимся в экспериментах по исследованию износа (см. главу 2, п. 2.7.3). Заточка пластин для получения требуемого профиля передней поверхности производилась на станке мод. ЗМ642. Для заточки использовался алмазный круг АС4 100/80 В1-10 1FF1 125xl2x6x32R6, который профилировался требуемым радиусом. Чтобы получить требуемый профиль передней поверхности, необходимо было сориентировать пластину по отношению к кругу (рис. 4.13). Для определения угла ориентации в среде SolidWorks создавались трехмерные модели круга и пластины с необходимой формой заточки, и производился подбор их совместного положения, обеспечивающего максимальное соответствие получаемого профиля расчетному- При заточке для ориентации пластины на столе станка использовались трехкоординатные поворотные тиски. Примеры вершин заточенных пластин приведены на рис. 4.14. передней поверхности для режимов резания: а) и=290 м/мин, S=0,26 мм/об, t=0,5 мм; б) и=290 м/мин, S=0,26 мм/об, t=l мм.
Чтобы обеспечить возможность последующего сравнения пластин с предлагаемой формой передней поверхности и стандартных СМП с плоской передней поверхностью, сравнительные эксперименты проводились в условиях резания, аналогичных описанным в главе 2, п. 2.7.3. Режимы резания: и =290 м/мин, S=0,26 мм/об, г=0,5 и 1 мм. Ориентация пластины в корпусе державки - параллельно основной плоскости, ф = 45, X - 0.
В результате проведения стойкостных исследований для стандартных и предлагаемых пластин, принимая за критерий износа максимальный размер фаски по задней поверхности h3max = 0,5 мм, получено: при t = 0,5 мм период стойкости для стандартной пластины 325 сек., для предлагаемой - 375 сек.; при t = 1 мм период стойкости для стандартной пластины 340 сек., для предлагаемой - 390 сек. Таким образом, повышение стойкости в первом случае составило - 15%, во втором - 14%.
В работах [87, 88, 89] для оценки равномерности изнашивания задней поверхности СМП [71] применен коэффициент равномерности изнашивания. Используя [88], для определения данного коэффициента применительно к передней поверхности СМП воспользуемся схемой (рис. 4.15). Пятно контакта на передней поверхности разбивается на сечения вертикальными плоскостями, проведенными в направлении схода стружки (на схеме - сечение А-А). Рассмотрим сечение, полученное при времени работы инструмента t,.
Здесь 1 - исходный профиль передней поверхности, 2 - профиль, изношенный за время работы tx, 3 — копия исходного профиля, смешенного на величину максимального износа hmax. Коэффициент равномерности изнашивания к может быть определен как
