Actual Problems in Machine Building 2016 No. 3

Актуальные проблемы в машиностроении. 2016. №3 Технологическое оборудование, оснастка и инструменты ____________________________________________________________________ 319 Методика проведения исследований Для определения оптимальной толщины режущей пластины были выполнены расчёты распределения главного нормального напряжения в режущей пластине из твёрдого сплава ВК8 при обработке труднообрабатываемого титанового сплава ВТ3-1. Расчёты выполнялись методом конечных элементов с использованием программного обеспечения ANSYS 14.0. Для увеличения точности расчётов в зоне контакта инструмента со стружкой и заготовкой внешние нагрузки рассматривались не как сосредоточенные, а как распределённые. Распре- деление этих внешних контактных нагрузок ранее было получено экспериментально с по- мощью метода разрезного резца и метода изменения ширины искусственной фаски на задней поверхности резца при свободном прямоугольном точении диска из титанового сплава ВТ3-1 [1]. Последний метод использовался при изучении распределения контактных нагрузок на фаске задней поверхности резца вблизи режущей кромки, т.к. составные пластины разрезно- го резца выкрашиваются, когда зазор, их разделяющий, приближается к режущей кромки на расстоянии менее 0,6 мм. При обработке титанового сплава ВТ3-1 на скоростях резания, ис- пользуемых на производстве, возможно применение только твёрдого сплава для изготовле- ния составных пластин, но его прочность недостаточна при больших контактных нагрузках на фаске задней поверхности у режущей кромки. Расчёты внутренних напряжений в режущем клине выполнялись при неизменной гео- метрии режущей части и режиме резания: передний угол γ=0°, главный задний угол α=10°; ширина искусственной фаски на задней поверхности, моделирующей износ по задней по- верхности, h з =0,2 мм, задний угол на этой фаске α h =0 º, скорость резания v=1 м\с, радиальная подача s= 0,21 мм\об. Толщина h режущей пластины изменялась от 2 до 20 мм (рис. 1, 2). Результаты и обсуждение При резании титанового сплава резцом, оснащённым режущей пластиной малой тол- щины h = 2 мм (рис. 1) рядом с режущей кромкой наблюдаются сжимающие главные нор- мальные напряжения очень большой величины (σ 3 = -6866 МПа), что превышает предел прочности твёрдого сплава ВК8 на сжатие (σ max = -4200 МПа). На практике это подтвержда- ется разрушением режущих пластин толщиной менее 2 мм при обработке титанового сплава ВТ3-1. На передней и нижней опорной поверхностях пласти- ны возникает растягивающее напряжение (σ 1 = +542 МПа), приближающееся к пределу прочности твёрдого сплава ВК8 на растяжение (σ max = +750 МПа). Расположение этой зоны растягивающих напряжений на большом удалении от места приложения силы резания (около четырёх длин контакта стружки с передней поверхно- стью) объясняет скол большого объёма инструментального ма- териала. Рис. 1. Распределение главного нормального напряжения σ (МПа) в режущем клине при толщине пластины h=2 мм. ВТ3-1 – ВК8, γ=0°, v=1 м\с, s= 0,21 мм\об, h з =0,2 мм