В технической литературе [1, 2, 3, 4] приводятся сведения о различной стойкости инструментов, имеющих различные значения углов при вершине. При этом утверждается, что чем меньше этот угол, тем легче прогревается вершина, что интенсифицирует ее износ. Однако в отечественных нормативах по режимам резания это учитывается только для инструментов из инструментальных и быстрорежущих сталей. Анализ зарубежных рекомендаций, в частности, по руководству CoroGuide шведской фирмы Sandvik Coromant показал, что для твердосплавных резцов с СМП величина при их вершине также не учитывается при назначении скорости резания.
Ниже приведены некоторые результаты экспериментальных исследований, посвященных изучению влияния угла при вершине твердосплавных СМП на их износостойкость при точении. На первом этапе были проведены эксперименты с применением плоской передней поверхностью на СМП правильной 3-х гранной формы 2008-0153 ТУ 48-19-307-80 (аналог по ИСО TPGN 160304) из твердого сплава Т5К10, взятых из одной партии изготовления. На отдельных СМП были заточены грани с углом при вершине . После установки СМП в резцовую державку с углом φ = 60° обеспечивались следующие геометрические параметры: γ = 0°, α = 11°, λ = 0°. За счет разворота резцедержателя выдерживали главный угол в плане j = 60°. Обработке подвергали заготовку из стали 38Х2МЮА (материал группы Р по ИСО) твердостью НВ180 с подачей S = 0,15 мм/об и глубиной резания t = 0,5 мм без применения СОТС. Во время обработки через каждые 15 секунд с помощью цифрового мультиметра проводили измерение термо-ЭДС, для чего заготовка и резец были изолированы от станка диэлектрическими прокладками. Результаты этих экспериментов представлены в таблице. Там же приведено среднее значение термо-ЭДС (Е) по результатам ее измерений на протяжении всего времени работы резца.
Результаты экспериментов
|
Марка сплава |
ε, ° |
V, м/мин |
τ, мин |
δ, мм |
Е, mV |
|
Т5К10 |
30 |
110 |
6,50 |
0,40 |
13,70 |
|
60 |
0,42 |
14,21 |
|||
|
С3210 |
30 |
187 |
4,00 |
0,19 |
11,70 |
|
60 |
0,08 |
10,20 |
Из нее видно, что, несмотря на существенное различие в углах при вершине ε, на них был достигнут практически одинаковый износ задней поверхности δ. Это обусловлено тем, что вершине с меньшим углом ε, как это не парадоксально, соответствует меньшее значение термо-ЭДС Е (температуры резания). Специально проведенными экспериментами было установлено, что данное противоречие объясняется искусственным ограничением естественной длины контакта стружки с передней поверхностью, вызванным конфигурацией узкой вершины с углом ε = 30°. Это также хорошо видно из фотографий, приведенных на рисунке.
а б
Образование стружки на сравниваемых вершинах СМП: а - ε = 30°; б - 30°
Реально существующие СМП имеют стружкозавивающие элементы на передней поверхности. Поэтому на втором этапе исследований были проведены эксперименты с использованием СМП правильной 3-х гранной формы 2008-0422 (аналог TPMR 160304 по ИСО), имеющей стружкозавивающие канавки, из твердого сплава с покрытием марки МС3210 при тех же условиях, но с большей скоростью резания. Полученные результаты (см. таблицу) показывают, что в условиях данного эксперимента вершина с углом ε = 30° прогревается больше и, как следствие, больше изнашивается. Это объясняется тем, что стружкозавивающая канавка локализует естественную длину контакта стружки с передней поверхностью даже в пределах вершины с углом ε = 30°.
Таким образом, проведенные исследования позволили выявить особенности изнашивания СМП с различными углами при вершине и формами передней поверхности, которые необходимо учитывать при эксплуатации таких инструментов. Кроме того, установленные особенности изнашивания вершин СМП с углом ε = 30° открывают новые возможности в проектировании отечественных конструкций СМП для чистовой токарной обработки. Основная идея заключается в использовании эффекта уменьшения тепловой нагрузки при плоской передней поверхности путем ограничения естественной площади контакта стружки с резцом, обусловленного конфигурацией в плане вершины СМП. Данный эффект по данным исследований наблюдается при использовании СМП с углом при вершине ε = 30°. Минимальное стандартное значение этого угла у современных СМП составляет 35°, что реально позволяет использовать этот эффект на практике. Однако основным недостатком плоской передней поверхности является неудовлетворительная форма стружки, препятствующая работе станка в автоматическом режиме. При этом, как показали эксперименты, применение стружкозавивающих канавок на передней поверхности при ε = 30...35° позволяет получить требуемую форму стружки, однако сводит на нет эффект уменьшения температуры резания. В связи с этим, в качестве стружкозавивающих элементов при плоской передней поверхности следует использовать хорошо известный уступ, который до настоящего времени с успехом применяется в конструкциях СМП для контурного точения типа KNUX.
Практическую реализацию результатов выполненных исследований планируется осуществлять путем разработки новой конструкции СМП с последующей ее апробацией в производственных условиях.
Список литературы
- Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. - М.: Машиностроение, 1975. - 344 с.
- Справочник металлиста. В 5-ти томах / под ред. А.Н. Малова. - Т.4. - М.: Государственное научно-техническое изд-во машиностроительной литературы, 1959. - 778 с.
- Металлорежущий инструмент Sandvik Coromant. Основной каталог. - 2008. - http:// www.coromant.sandvik.com/ru.
- Металлорежущий инструмент KORLOY. Техническая информация. Основной каталог. - 2010. - http://www.korloy.com/.