ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Выходные параметры процесса резания в значительной степени определяются характером протекания процессов стружкообразования и контактного взаимодействия обрабатываемого и инструментального материала. Адаптивное управление процессом резания для современного автоматизированного оборудования с ЧПУ позволяет обеспечивать надежность выходных параметров обработки. Разработка математических моделей для управления процессом резания, учитывающих теплопроводность инструментального материала, является необходимым условием реализации возможностей адаптивного управления современным оборудованием в цифровых производственных системах (ЦПС) для механической обработки. При этом на сегодняшний день отсутствует комплекс информации о теплопроводности инструментов с многослойными покрытиями для обработки различных материалов, для различных условий обработки и способов нанесения покрытия. Данная проблема является ограничивающим фактором для разработки надежных математических моделей для технологической подготовки производства и управления выходными параметрами процесса резания. Цель работы: определение величины теплопроводности современных твердосплавных инструментов с износостойкими покрытиями для последующего использования при построении математических моделей, связывающих режимы и условия обработки с действующими силами резания и выходным параметром обработки – шероховатостью обработанной поверхности. Методами исследования являются анализ и систематизация информации о химическом составе и конструкциях многослойных покрытий исходя из способа нанесения покрытия, режимов и условий механической обработки и обрабатываемых материалов, а также определение по расчетной методике коэффициентов теплопроводности твердосплавных инструментов с покрытиями. Результаты и обсуждение. На основе проведенного анализа и расчетов получены значения коэффициентов теплопроводности для режущих инструментов с многослойными покрытиями, наиболее широко применяемых в производственной практике. Указанные значения предназначены для использования при построении математических моделей, связывающих режимы и условия обработки с выходными параметрами обработки и основанных на учете теплофизических процессов при резании. Разработанные на основе этих данных модели планируется использовать для технологической подготовки производства и адаптивного управления современным оборудованием в ЦПС для механической обработки.

1. Талантов Н.В. Физические основы процесса резания, изнашивания и разрушения инструмента. – М.: Машиностроение, 1992. – 240 с. – ISBN 5-217-01857-7.

2. Korloy. Metal cutting tools: catalogue. – South Korea: Korloy Publ., 2017. – P. 1060.

3. Верещака А.С., Третьяков И.П. Режущие инструменты с износостойкими покрытиями. – М.: Машиностроение, 1986. – 192 с.

4. Табаков В.П., Чихранов А.В. Износостойкие покрытия режущего инструмента, работающего в условиях непрерывного резания. – Ульяновск: УлГТУ, 2007. – 255 с. – ISBN 5-89146-710-0.

5. Инструмент для высокопроизводительного и экологически чистого резания / В.Н. Андреев, Г.В. Боровский, В.Г. Боровский, С.Н. Григорьев; под ред. В.А. Гречишникова. – М.: Машиностроение, 2010. – 480 с. – ISBN 978-5-94275-571-1.

6. Balaji A.K., Mohan V.S. An «effective cutting tool thermal conductivity» based model for tool-chip contact in machining with multi-layer coated cutting tools // Machining Science and Technology. – 2002. – Vol. 6, iss. 3. – P. 415–436. – DOI: 10.1081/MST-120016254.

7. Ucun I., Aslantas K. Numerical simulation of orthogonal machining process using multilayer and single-layer tools // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2011. – Vol. 54, iss. 9–12. – P. 899–910. – DOI: 10.1007/s00170-010-3012-9.

8. Sandvik Coromant machining work manual: guide. – Sweden: Elanders Publ., 2010. – 803 p.

9. Sandvik Coromant technology of metal cutting: guideline. – Sweden: Elanders Publ., 2009. – 359 p.

10. Sadik M.I. An introduction to cutting tools materials and applications. – Sweden: Elanders Publ., 2013. – 208 p. – ISBN 978-91-637-4920-9.

11. Widia. Turning tool: catalogue. – Germany: Widia Publ., 2017. – 657 p.

12. Быков Ю.М. Исследование закономерностей износа твердосплавного инструмента с износостойкими покрытиями с целью повышения его работоспособности: дис. … канд. техн. наук: 05.03.01. – Волгоград, 1983. – 253 с.

13. Постников В.С. Физика и химия твердого состояния. – М.: Металлургия, 1978. – 544 с.

14. Исследование теплопроводности биметаллических соединений из однородных и разнородных сталей / Л.М. Гуревич, Ю.П. Трыков, Д.В. Проничев, А.Э. Петров // Известия ВолгГТУ. Серия «Проблемы материаловедения, сварки и прочности в машиностроении». – 2009. – № 11, вып. 3. – C. 31–35.

15. Effect of adhesion and tribological properties of modified composite nanostructured multi-layer nitride coatings on WC-Co tools life / A.A. Vereshaka, N. Sitnikov, A. Batako, M. Migranov, A. Aksenenko, S. Shevchenko, C. Sotova, A. Andreev // Tribology International. – 2018. – Vol. 128. – P. 313–327. – DOI: 10.1016/j.triboint.2018.07.039.

16. Working efficiency of cutting tools with multilayer nano-structured Ti-TiCN-(Ti,Al)CN and Ti-TiCN-(Ti,Al,Cr)CN coatings: analysis of cutting properties, wear mechanism and diffusion processes / A.A. Vereshaka, N. Sitnikov, A. Batako, G. Oganyan // Surface and Coatings Technology. – 2017. – Vol. 332. – P. 198–213. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2017.10.027.

17. Investigation of wear and diffusion processes on rake faces of carbide inserts with Ti-TiN-(Ti,Al,Si)N composite nanostructured coating / A.A. Vereshaka, N. Sitnikov, G. Oganyan, I. Sadov, Yu. Bublikov, C. Sotova // Wear. – 2018. – Vol. 416–417. – P. 72–80. – DOI: 10.31145/1999-513x-2017-7-59-65.

18. Influence of thickness of multilayer composite nano-structured coating Ti-TiN-(Ti,Al,Cr)N on tool life of metal-cutting tool / A.A. Vereshaka, N. Sitnikov, G. Oganyan, C. Sotova, S. Grigoriev // Procedia CIRP. – 2018. – Vol. 77. – P. 545–548. – DOI: 10.1016/j.procir.2018.08.237.

19. Klocke E.h.F. Cutting materials, tools and coolants for machining with geometrically defined cutting edges / WZL. Fraunhofer IPT. – URL: http://www1.diccism.unipi.it/Valentini_Renzo/es%20Metallurgia%20Meccanica/utensili.pdf (accessed: 12.08.2019).

20. Improvement of wear performance of nano-multilayer PVD coatings under dry hard end milling conditions based on their architectural development / C. Shahereen, B.D. Beake, K. Yamamoto, B. Bose, M. Aguirre, G.S. Fox-Rabinovich, S.C. Veldhuis // Coatings. – 2018. – Vol. 8, iss. 2. – P. 59. – DOI: 10.3390/coatings8020059.