Dimensional analysis and ANN simulation of chip-tool interface temperature during turning SS304

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 23 № 4 2021 54 ОБОРУДОВАНИЕ . ИНСТРУМЕНТЫ результаты соответствуют результатам , полу - ченным Grzesik [4, 13, 15]. Повышение температуры резания , заметно увеличивающееся со скоростью резания , мож - но объяснить увеличением удельной энергии резания . Удельную энергию резания можно раз - делить на два основных компонента : энергию сдвига и энергию трения . Энергия сдвига и энер - гия трения прямо пропорциональны скорости сдвига и скорости стружки соответственно [16]. Следовательно , увеличение скорости резания напрямую отражается на увеличении энергии и , следовательно , температуры резания . Кроме того , было замечено , что структура покрытия в значительной степени влияет на температуру резания . Более того , было замечено , что инстру - мент без покрытия изнашивается быстрее по сравнению с инструментами с покрытием , в ре - зультате чего увеличивается площадь контакта стружки с инструментом , что приводит к боль - шей проводимости тепла к области инструмента . В то же время в случае инструментов с покры - тием более высокая износостойкость покрытий ограничивает износ и , следовательно , площадь контакта стружки с инструментом и позволяет отводить больше тепла со стекающей стружкой . Более высокая теплопроводность инструмента без покрытия снижает его жаропрочность , что приводит к более раннему выходу инструмента из строя [17]. Проблемы , связанные с измерением темпе - ратуры , привели исследователей к разработке математических моделей для прогнозирования температур во время механической обработки . В ходе достаточно большого количества ис - следований была предпринята попытка пред - сказать температуру резания с использованием статистических моделей . Математические мо - дели , разработанные Boothroyd , Shaw и Rapier , также широко использовались исследователя - ми для прогнозирования температуры резания . В этом разделе обсуждается моделирование с использованием анализа размерностей и ис - кусственной нейронной сети для прогнозиро - вания температуры на поверхности раздела стружка – инструмент при работе с твердосплав - ными инструментами без покрытия , с одно - слойным TiAlN - покрытием и с многослойным TiN/TiAlN- покрытием . Анализ размерностей температуры резания При анализе размерностей все независимые переменные записываются в виде их безразмер - ных комбинаций . Эти независимые безразмер - ные переменные могут быть определены на ос - нове предварительных знаний , рассуждений или экспериментов . Значения констант получены из экспериментальных данных [18, 19]. В настоя - щей работе анализ размеров проводится для раз - работки математической модели с целью полу - чения значений температуры резания во время токарной обработки стали SS304 с использова - нием инструментов без покрытия и инструмен - тов с TiAlN - покрытием . Эти соотношения по - строены на основе экспериментальных данных . Физические величины , выбранные для анализа размеров , приведены в табл . 4. Первоначально выбираются четыре часто используемых единицы : M ( масса ), L ( длина ), T ( время ) и θ ( температура ). Это важный этап , на котором следует выбрать наиболее важные переменные , влияющие на температуру резания . Предполагалось , что около 80…85 % тепла рас - сеивается вместе со стружкой , и , следователь - но , теплопроводность инструмента не включена в настоящий анализ . Переменные , выбранные для анализа , приведены в табл . 4. Количество основных величин – четыре , а количество фи - зических величин , выбранных в настоящем исследовании , – шесть . Согласно пи - теореме Buckingham , количество безразмерных групп , необходимых для корреляции всех этих величин , будет равно разнице между количеством физиче - ских величин и фундаментальными величинами , которая равна двум в настоящем исследовании . Затем четыре основные переменные из ше - сти физических величин выбираются таким об - разом , чтобы они не образовывали сами по себе безразмерной группы . Эти переменные – V c , S p , k и  C . Одна неосновная величина группирует - ся со всеми четырьмя основными переменными , чтобы получить одно безразмерное число . Пусть Q 1 и Q 2 – две безразмерные группы , которые вы - ражаются следующим образом : ( ) 1 ( ) ( , ) ) ( a b c d c p Q V S k C   = (4) ( ) 2 0 ( ) ) . ) ( ( e f g h c p Q V S k C A  = (5)