Obrabotka Metallov 2012 No. 3

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (56) 2012 54 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Т а б л и ц а 1 Номер эксперимента Режимы обработки v , м/мин s, мм/об t , мм 1a 85,344 0,6096 1,27 1b 67,056 0,889 1,27 1c 33,528 1,0922 1,27 2b 73,152 0,6858 1,27 4a 76,2 1,0922 1,27 4b,c 67,056 1,0922 1,27 Т а б л и ц а 3 Номер экспери- мента Р max , кН Р min , кН σ экв max , МПа σ max Σ , МПа t p e p 1a 996 559 660 1649 3,94 ∙ 10 –5 5,73 1b 514 329 406 1015 2,11 ∙ 10 –5 5,7 1c 1680 885 551 1377 1,81 ∙ 10 –4 5,72 2b 1117 616 386 965 5 ∙ 10 –5 5,73 4a 1763 1071 534 1528 1 ∙ 10 –4 8,4 4b,c 1770 1080 624 1558 1,58 ∙ 10 –4 8,41 ( ) 2 2 1 0,5 4 ; x y x y xy ⎡ ⎤ σ = σ + σ − σ − σ + τ ⎢ ⎥ ⎣ ⎦ 3 0 σ = , где А – константа, определяющая статическую сущ- ность процесса разрушения, зависящая от характера имеющихся в материале дефектов и размеров тела; χ – параметр, определяющий долю сдвиговой дефор- мации в процессе разрушения; σ i – интенсивность напряжений; J – параметр, характеризующий жест- кость нагружения; σ в , σ –в – предел прочности мате- риала режущей части инструмента и его предел вы- носливости при симметричном цикле нагружения; σ 1 , σ 2 , σ 3 – главные нормальные напряжения; σ х , σ у , τ ху – нормальные и касательные напряжения, дей- ствующие в режущей части инструмента в цикле ее нагружения. С достаточной степенью точности для твердых сплавов можно принять следующие значения кон- станты A [1]: • A = 0,7 – твердые сплавы WC – TiC – Co; • A = 0,8 – твердые сплавы WC – Co и WC – TiC – TaC – Co. Распределения температур Θ, термических на- пряжений и напряжений σ х , σ у , τ ху , в режущей части инструмента для Р max и Р min определялись методом конечных элементов. Апробация предложенной методики осуществля- лась с использованием экспериментальных данных, приведенных в работе [7]. Обрабатывались заготов- ки из стали ASTM 4340 (ст. 40ХН2МА, НВ 217) с размером Ø76,2 × 457,2 мм. На основании данных ра- боты [8] предел текучести материала обрабатывае- мой заготовки σ s оценивается зависимостью σ = ⋅ − 00 0 0 1 1 00 , Θ . В качестве инстру- мента использовались твердосплавные пластины Kennametal K7H (Т30К4) со следующими геометри- ческими характеристиками (φ = 60°, α = 5°, γ = 5° [1а–2а], γ = –5° [4а,4b,c]). Механические параметры материала режущей пластины характеризуются сле- дующими величинами [9]: в 617МПа σ = , 3980 МПа в − σ = , 0 500 МПа σ = , 1 430 МПа − σ = . Режимы обработки заготовки приведены в табл. 1 (сохранены обозначения экспериментов работы [7]). Расчетные значения температур в зоне резания, на передней и задней поверхностях приведены в табл. 2. Т а б л и ц а 2 Номер экспе- римента Температура на передней поверхности режущей части инструмента Θ п , °С Температура на задней поверхности режущей части инструмента Θ п , °С Средняя темпе- ратура в зоне резания Θ з.р. , °С Напря- жение σ Θ max , МПа Θ п max Θ з max Θ з min 1a 967 955 207 205 769 989 1b 598,6 588 273 272 458 609 1c 621 610 234 231 579 826 2b 910 898 208 207 752 579 4a 903 893 265 262 827 994 4b,c 877 866 269 267 806 934 Т а б л и ц а 4 Номер эксперимента σ а , МПа σ max , МПа σ min , МПа σ т , МПа σ R , МПа 1a 714,7 1649 1530 1590 875 1b 287 1015 976 996 709 1c 420 1377 986 1181 761 2b 296 965 950 1008 712 4a 888 1528 1458 1830 943 4b,c 880 1558 1476 1819 939 Из данных табл. 2 видно, что колебания значе- ний температур на передней и задней поверхностях режущей части инструмента при изменении силы резания от Р max до Р min не превышают 5 %. Это по- зволяет при оценке величин напряжений σ х , σ у , τ ху , σ а , σ т , σ max , σ min (6) использовать средние значения температур Θ п , Θ з . Расчетные значения Р max , Р min , σ а , σ т , σ max , σ min , σ R (5), σ экв max (7), σ maxΣ (4) приведены в табл. 3 и 4. В табл. 3 также приведены расчетные значения величин t p (2) и e p . В табл. 5 совместно приведены расчетные и экс- периментально полученные значения стойкости Т режущей части инструмента, а также относительная ошибка ε между ними.