способ определения оптимальной скорости резания
Классы МПК: | B23B1/00 Способы и устройства, в том числе вспомогательные, для токарной обработки |
Автор(ы): | Нестеренко В.П., Арефьев К.П., Меркулов В.И., Петров А.В., Кондратюк А.А., Сериков Л.В. |
Патентообладатель(и): | Томский политехнический университет |
Приоритеты: |
подача заявки:
2001-04-10 публикация патента:
27.09.2002 |
Изобретение относится к области обработки сталей и сплавов резанием, определению рабочего параметра твердосплавных режущих инструментов - оптимальной скорости резания для непосредственного их использования на металлорежущем оборудовании, а также для аттестации и сертификации этих инструментов. Способ включает проведение измерения температуры в зоне контакта инструментальный - обрабатываемый материал при различных скоростях резания с построением графической зависимости и предварительный нагрев образцов твердосплавных инструментов. Для повышения точности и снижения трудоемкости в качестве исходного параметра выбирают температуру предварительного нагрева твердосплавного инструмента, при которой в его формирующейся полиоксидной полупроводниковой поверхностной структуре - пленке достигается наибольшее значение величины относительной диэлектрической проницаемости, соответствующее образованию в полиоксидном комплексе максимальной электрической емкости. Затем по построенной графической зависимости назначают в качестве оптимальной скорость резания, при которой температура нагрева в зоне контакта соответствует выбранной температуре предварительного нагрева твердосплавного инструмента. 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
Способ определения оптимальной скорости резания твердосплавными инструментами по выбранному исходному параметру, включающий проведение измерения температуры в зоне контакта инструментальный - обрабатываемый материал при различных скоростях резания с построением графической зависимости и предварительный нагрев образцов твердосплавных инструментов, отличающийся тем, что в качестве исходного параметра выбирают температуру предварительного нагрева твердосплавного инструмента, при которой в его формирующейся полиоксидной полупроводниковой поверхностной структуре - пленке достигается наибольшее значение величины относительной диэлектрической проницаемости, соответствующее образованию в полиоксидном комплексе максимальной электрической емкости, затем по построенной графической зависимости назначают в качестве оптимальной скорость резания, при которой температура нагрева в зоне контакта соответствует выбранной температуре предварительного нагрева твердосплавного инструмента.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области обработки сталей и сплавов резанием и может быть использовано для определения рабочего параметра твердосплавных режущих инструментов - оптимальной скорости резания для непосредственного их использования на металлорежущем оборудовании, а также при аттестации и сертификации этой твердосплавной продукции. Известен способ определения оптимальной скорости резания, основанный на нахождении последней по выбранному исходному параметру, связанному с изменениями характеристик кристаллической решетки. В качестве исходного параметра для определения оптимальной скорости резания выбирают период кристаллической решетки, определяют его при различных скоростях резания (температурах), а оптимальную скорость принимают равной наибольшей скорости, при которой период решетки будет максимальным (SU 1028427, МПК 3 В 23 В 1/00, БИ 26, 1983). Процесс определения параметров кристаллической решетки с помощью дифрактометров является сложным и трудоемким. Исследование изменений в кристаллической решетке производится после прекращения опытов по резанию. Вследствие разной скорости охлаждения различных областей инструментального материала после очередного нагревания в процессе резания, осуществляемого в диапазоне 400-800oС за счет изменения скорости резания, снижается вероятность точного определения происходящих изменений. Неточности возникают и вследствие того, что исследованию подвергается локальная - случайная зона износа твердого сплава, структурные параметры которой значительно отличаются от других смежных областей ввиду неодинакового характера распределения температурного поля при различных скоростях резания. Поэтому получаемые результаты изменений параметров кристаллической решетки являются весьма приближенными и имеют недостаточную степень статистической значимости. Известен способ определения оптимальной скорости резания, основанный на том, что наибольшей скорости режущего инструмента соответствует минимальная длина участка упрочения. Выбор в качестве исходного параметра длины участка упрочения объясняется тем, что его размеры характеризуют деформационное состояние металла в контактной зоне, характер и градиент действующих температурных полей, условия взаимодействия металла контактной зоны с передней поверхностью инструмента и оказывают большое влияние на интенсивность износа режущей части инструмента (SU 841779, МПК 3 В 23 В 1/00, БИ 24, 1981). Измерение размеров участка упрочнения осуществляют с помощью микроскопа: строят график зависимости длины участка упрочнения от скорости резания. По минимальной длине участка упрочнения на графике определяют оптимальную скорость резания. Основным недостатком рассмотренного способа является высокая трудоемкость и низкая надежность в точном определении длины участка упрочнения вследствие его небольшой величины, составляющей в среднем 0,1-1,0 мм и значительной неопределенности положения границ. Кроме того, определение длины участка упрочнения на рабочих поверхностях режущего клина с помощью микроскопа отличается недостатками методического характера, основным из которых является то, что упрочненный слой является весьма неоднородным по длине и глубине залегания вследствие флуктуационного характера действующих на поверхностях контактных напряжений, изменяющихся от максимальных значений, действующих у режущей кромки, до нуля в точках выхода трибологической пары из контакта. Вследствие этого длины участков упрочнения на контактных поверхностях режущего инструмента, отражающих количественные и качественные изменения структуры материала, измеренные с помощью микроскопа, а также другими методами, например, измерением микротвердости, часто не совпадают и даже имеют различный характер изменения. Ввиду рассмотренных причин возможны большие погрешности и в определении оптимальной скорости резания. Известен способ определения оптимальной скорости резания для инструментов, взятый в качестве ближайшего аналога и заключающийся в том, что в качестве исходного параметра выбирают уровень вакансионной дефектности в структуре твердого сплава. Сначала последовательно измеряют степень вакансионной дефектности при различных температурах нагревания. Затем оптимальную температуру - скорость резания определяют как наибольшую температуру - скорость, при которой устанавливается в структуре минимальное значение уровня вакансионной дефектности (SU 1227339, В 23 В 1/00, 1986). Недостатком данного способа является то, что степень минимальной вакансионной дефектности не всегда отвечает равновесному термодинамическому состоянию структуры, при котором устанавливается наименьшее значение уровня свободной энергии твердого тела как консолидирующей системы, состоящей из отдельных микрообъемов, и при которой будет, вероятно, наблюдаться минимальная интенсивность адгезионного износа (с.м., например, Ван Бюрен. Дефекты в кристаллах. - М.: И.Л., 1962, 584 с.). Вследствие этого минимальная интенсивность износа режущего инструмента может происходить выше или ниже установленной оптимальной температуры - скорости резания. Отсюда следует, что точность способа по ближайшему аналогу будет недостаточно высокой. Кроме того, для проведения измерений по ближайшему аналогу необходимо иметь специальное помещение, оборудованное защитой от радиационного излучения, а обслуживающему оператору требуется пройти специальную подготовку для работы с радиоактивными источниками, каковым в данном случае является Na-22. Следствием изложенного может быть низкий уровень экономической целесообразности для использования способа по ближайшему аналогу. Задачей предлагаемого способа является повышение точности и снижение трудоемкости в определении оптимальной скорости резания. Поставленная задача определения оптимальной скорости резания в предлагаемом способе решается путем использования выбранного исходного параметра и включает проведение измерения температуры в зоне контакта инструментальный - обрабатываемый материал при различных скоростях резания с построением графической зависимости и предварительный нагрев образцов твердосплавных инструментов, согласно изобретению в качестве исходного параметра выбирают температуру предварительного нагрева твердосплавного инструмента, при которой в его формирующейся полиоксидной полупроводниковой поверхностной структуре достигается наибольшее значение относительной диэлектрической проницаемости (![способ определения оптимальной скорости резания, патент № 2189887](/images/patents/281/2189019/949.gif)
![способ определения оптимальной скорости резания, патент № 2189887](/images/patents/281/2189019/949.gif)
![способ определения оптимальной скорости резания, патент № 2189887](/images/patents/281/2189019/949.gif)
![способ определения оптимальной скорости резания, патент № 2189887](/images/patents/281/2189887/2189887-2t.gif)
где С - электрическая емкость исследуемой оксидной структуры, полученной с помощью прибора Е7-8 в пикофарадах;
h - толщина слоя оксидной структуры между электродами, мм;
![способ определения оптимальной скорости резания, патент № 2189887](/images/patents/281/2189019/949.gif)
S - площадь электродов, мм2. По результатам определения относительной диэлектрической проницаемости полиоксидных полупроводниковых структур, окончательно формирующихся при нагревании в печи, строится зависимость относительной диэлектрической проницаемости от температуры, при которой получались эти полиоксидные соединения на поверхности твердых сплавов. Все действия по приготовлению образцов и определению относительной диэлектрической проницаемости носят несложный и нетрудоемкий характер, непродолжительны во времени и по сравнению с аналогами и ближайшим аналогом имеют более высокую точность в определении оптимальной скорости резания. Зависимость изменения относительной диэлектрической проницаемости от температуры носит экстремальный характер. Сначала при повышении температуры за счет общей перестройки структуры, твердофазных реакций и промежуточных фазовых переходов относительная диэлектрическая проницаемость возрастает и достигает при некоторой температуре наибольшего значения. При дальнейшем повышении температуры вследствие разрушения оксидных структур и сублимации вещества относительная диэлектрическая проницаемость переходит в стадию снижения. Увеличение относительной диэлектрической проницаемости сопровождается повышением электропроводности оксидной структуры, формированием полиоксидных соединений с высокой удельной поверхностью и каталитической активностью. Наиболее эффективной с целью снижения износа является полиокисдная структура - пленка с наибольшим значением относительной диэлектрической проницаемости, исключающей вероятность спонтанных электрических разрядов. Предлагаемый способ обладает высокой точностью в определении оптимальной скорости резания, а следовательно, и качества твердосплавных режущих инструментов. Это достигается за счет использования в качестве информативного исходного параметра относительной диэлектрической проницаемости, характеризующего энергетическое состояние поверхностной полиоксидной структуры твердых сплавов, существенно влияющего на тепло- и массоперенос и определяющего интегральную интенсивность износа режущего инструмента. Важной причиной большой точности предлагаемого способа является также высокая чувствительность связи между электроэнергетическими свойствами полиоксидной структуры - поверхностной пленки, относительной диэлектрической проницаемостью и адгезионным микроразрушением режущего клина. С увеличением
![способ определения оптимальной скорости резания, патент № 2189887](/images/patents/281/2189019/949.gif)
Кривая 1 - для твердосплавной пластинки из первой партии образцов;
Кривая 2 - из твердосплавной пластинки из второй партии образцов. Партии твердосплавных образцов были получены от двух разных производящих предприятий. На фиг.2 представлена графическая зависимость температуры, возникающей в зоне контакта инструментальный - обрабатываемый материал, от скорости резания:
Кривая 1 - для твердосплавной пластинки из первой партии образцов;
Кривая 2 - из второй партии образцов. На фиг. 3 представлена схема измерения электрической емкости в зависимости от температуры: 1 - исследуемая полиоксидная структура; 2, 3, 4 - изоляция; 5, 6 - электроды. Пример осуществления способа "Определение оптимальной скорости резания". Оптимальную скорость резания определяли для режущих инструментальных пластинок марки Т14К8 двух партий твердосплавных материалов. Определение оптимальной скорости резания по предлагаемому способу производили в условиях токарной обработки хромоникелевой стали Х6ВФ без применения СОЖ. После предварительной окислительной обработки полученная оксидная структура подвергалась измельчению, помещалась в специальную ячейку (см.фиг.3) и размещалась в электрической печи. Диаметр используемых электродов равнялся 32 мм. Вес исследуемого полиоксидного порошка составлял 20 мг. Толщину оксидной структуры, помещенную в измерительную ячейку, определяли с помощью длинномера модели Д302, которая колебалась в диапазоне от 4 до 5 мм. По экстремальным параметрам электрической емкости, полученным для образцов обоих вариантов твердых сплавов, определяли значения относительных диэлектрических проницаемостей для полиоксидных структур. Кроме того, определяли температуры, при которых устанавливаются рассматриваемые, максимально достигаемые
![способ определения оптимальной скорости резания, патент № 2189887](/images/patents/281/2189019/949.gif)
![способ определения оптимальной скорости резания, патент № 2189887](/images/patents/281/2189020/177.gif)
![способ определения оптимальной скорости резания, патент № 2189887](/images/patents/281/2189020/177.gif)
Класс B23B1/00 Способы и устройства, в том числе вспомогательные, для токарной обработки