ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Сегодня в условиях санкций Российская Федерация как никогда раньше нуждается в развитии энергосберегающих технологий в различных отраслях промышленности. При назначении режимов резания для новых материалов инструментальные фирмы проводят испытания на разрушение сменных режущих пластин при резании, полученные численные значения публикуются в каталогах. Наибольшее влияние на ресурс и работоспособность режущих инструментов из твердых сплавов оказывают физико-механические свойства инструментальных материалов. Исследования показали, что физико-механические свойства вольфрамовых твердых сплавов в процессе работы, а именно в процессе резания труднообрабатываемых материалов под действием высоких температур, симметрично изменяются. При разработке лабораторной установки был проведен литературный обзор, который показал, что в настоящий момент широкое применение получили методы неразрушающего контроля технологических объектов. Методы неразрушающего контроля технологических объектов позволяют проводить исследования состояния материала, дефектов в структуре, внутренних изменений, не разрушая образцы. Такое преимущество было определяющим при литературном обзоре. Объектом данного исследования выступают сменные режущие твердосплавные пластины из однокарбидного твердого сплава В35, четырехгранной формы в состоянии поставки. Предметом исследования являются взаимосвязь изменения магнитной составляющей свойств однокарбидного твердого сплава В35 в зависимости от воздействия на него высоких температур. В основу исследования легли законы физики раздела электродинамики, а также известные методики неразрушающего контроля, научные основы материаловедения, все исследования проводились в аккредитованных лабораториях Тюменского индустриального университета. Достоверность полученных данных подтверждается высокой корреляцией результатов численных значений с данными полученными исследователями ранее. Методика исследований. В статье показана разработанная установка для определения температуры максимальной работоспособности сменных режущих твердосплавных пластин на основе исследования изменения электромагнитных свойств. Приведена методика исследований. Испытания образов проводились во время нагрева сменных режущих пластин из вольфрамового твердого сплава В35. Температурный интервал нагрева был выбран в соответствии с температурным режимом процесса резания при лезвийной обработке труднообрабатываемых материалов. Таким образом, нагрев производился в диапазоне от 0 до 1000 °С, который осуществлялся газопламенным методом ручным способом. Результаты и обсуждения. По результатам экспериментальных исследований были составлены таблицы полученных результатов, где с интервалом в 10 °С указаны соответствующие значения магнитного поля вихревых токов, наводимых в сменных режущих пластинах из вольфрамового твердого сплава В35. Получены результаты исследования по определению температуры максимальной работоспособности сменных режущих твердосплавных пластин на основе исследования изменения электромагнитных свойств, для сплава В35 она составила 460…730 °С, что соответствует скорости резания 18 м/мин при обработке хромоникилевого сплава ЭИ867-ВД. На основе стойкостных испытаний в заводских условиях было доказано, что разработанная методика позволяет определять температурные интервалы максимальной работоспособности на основе исследования изменений электромагнитных свойств (магнитного поля вихревых токов возникающих в сменных режущих пластинах) твердых сплавов. Полученные результаты дают возможность назначать наиболее подходящие режимные условия для режущего инструмента на основе научно обоснованной методики, позволяющей использовать максимальный ресурс инструмента.

1. Артамонов Е.В. Прочность и работоспособность сменных твердосплавных пластин сборных режущих инструментов. – Тюмень: Вектор Бук, 2003. – 190 с. – ISBN 5-88465-416-2.

2. Zorev N.N., Uteshev M.H. Untersuchung der Kintakt-spannunger auf den Arbeits-flachen des Werkzeugs miteiner Schneidenabrundung // Berichte der Internationalen Forschungesgemein-schaft fur mechanische produktionstechniktionstechnik. – 1971. – Vol. 20-1. – P. 31–32.

3. Металлорежущий инструмент, 2019–2020 / Кировградский завод твердых сплавов. – Кировоград, 2020. – 284 с. – URL: http://www.kzts.ru/core/user_files/psm-2014.pdf (дата обращения: 23.01.2021).

4. Васин С.А., Верещака А.С., Кушнер В.С. Резание материалов: термомеханический подход к системе взаимосвязей при резании: учебник для технических вузов. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. – 448 с. – ISBN 5-7038-1823-0.

5. Процессы формообразования и инструментальная техника: учебное пособие / В.А. Гречишников, Н.А. Чемборисов, В.Б. Ступко, Д.Т. Сафаров, О.Б. Кучина, С.Н. Григорьев, А.Г. Схиртладзе. – Старый Оскол: ТНТ, 2012. – 328 с. – ISBN 978-5-94178-326-7.

6. Lapshin V.V., Zakharevich E.M., Grubyi S.V. Machining of linear negative matrices for fresnel lenses and prisms // Russian Engineering Research. – 2016. – Vol. 36, iss. 10. – P. 826–830. – DOI: 10.3103/S1068798X16100105.

7. High performance composite materials created through advanced techniques / I. Carceanu, G. Cosmeleata, B. Ghiban, M. Balanescu, I. Nedelcu // Materiale Plastice. – 2007. – Vol. 44, iss. 4. – P. 321–325.

8. Internally cooled tools and cutting temperature in contamination-free machining / C. Ferri, T. Minton, S.B. Ghani, K. Cheng // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. – 2014. – Vol. 228, iss. 1. – P. 135–145. – DOI: 10.1177/0954406213480312.

9. Study on micro texturing of uncoated cemented carbide cutting tools for wear improvement and built-up edge stabilization / J. Kümmel, D. Braun, J. Gibmeier, J. Schneider, C. Greiner, V. Schulze, A. Wanner // Journal of Materials Processing Technology. – 2015. – Vol. 215. – P. 62–70. – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2014.07.032.

10. Sustainable machining of aerospace material – Ti (grade-2) alloy: modelling and optimization / M.K. Gupta, P.K. Sood, G. Singh, V.S. Sharma // Journal of Cleaner Production. – 2017. – Vol. 147. – P. 614–627. – DOI: 10.1016/j.jclepro.2017.01.133.

11. Murthy K.S. Rajendran I. Optimization of end milling parameters under minimum quantity lubrication using principal component analysis and grey relational analysis // Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. – 2012. – Vol. 34, iss. 3. – P. 253–261. – DOI: 10.1590/S1678-58782012000300005.

12. Energy efficient process planning based on numerical simulations / R. Neugebauer, C. Hochmuth, G. Schmidt, M. Dix // Advanced Materials Research. – 2011. – Vol. 223. – P. 212–221. – DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.223.212.

13. Role of discrete nature of chip formation and natural vibrations of system components in chatter formation during metal cutting / A. Nurulamin, I. Jaafar, A.U. Patwari, W. Zubaire // IIUM Engineering Journal. – 2010. – Vol. 11 (1). – P. 124–126.

14. Tangjitsitcharoen S., Moriwaki T. Intelligent monitoring and identification of cutting states of chips and chatter on CNC turning machine // Journal of Manufacturing Processes. – 2008. – Vol. 10. – P. 40–46. – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2007.04.043.

15. Patwari A., Amin N., Faris W. Investigations of formation of chatter in a non-wavy surface during thread cutting and turning operations // Advanced Materials Research. – 2010. – Vol. 83. – P. 637–645. – DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.83-86.637.

16. Robot based deposition of WC-Co HVOF coatings on HSS cutting tools as a substitution for solid cemented carbide cutting tools / W. Tillmann, C. Schaak, D. Biermann, R. Abmuth, S. Goeke // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2017. – Vol. 181, iss. 1. – P. 012011. – DOI: 10.1088/1757-899X/181/1/012011.

17. Zhang H., Fang Z.Z., Lu Q. Characterization of a bilayer WC-Co hardmetal using Hertzian indentation technique // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2009. – Vol. 27, iss. 2. – P. 317–322. – DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2008.07.014.

18. A hybrid approach of ANN and HMM for cutting chatter monitoring / C.L. Zhang, X. Yue, Jiang Y.T., W. Zheng // Advanced Materials Research. – 2010. – Vol. 97. – P. 3225–3232. – DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.97-101.3225.

19. Артамонов Е.В., Тверяков А.М., Штин А.С. Установка для диагностики температуры максимальной работоспособности сменных режущих пластин на основе изменения электромагнитных свойств твердых сплавов // Контроль. Диагностика. – 2018. – № 12. – С. 54–57.

20. Артамонов Е.В., Тверяков А.М., Штин А.С. Определение температуры максимальной работоспособности инструментальных твердых сплавов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2018. – Т. 20, № 3. – С. 47–57. – DOI: 10.17212/1994-6309-2018-20.3-47-57.

21. Верещака А.С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. – М.: Машиностроение, 1993. – 336 с. – ISBN 5-217-01482-2.

22. Артамонов Е.В., Тверяков А.М., Штин А.С. Разработка элементов установки для определения температуры максимальной работоспособности режущих элементов из твердых сплавов // Транспорт и машиностроение Западной Сибири. – 2018. – № 1. – С. 31–38.

23. Srithar A., Palanikumar K., Durgaprasad B. Experimental investigation and surface roughness analysis on hard turning of AISI D2 steel using coated Carbide insert // Procedia Engineering. – 2014. – Vol. 97. – P. 72–77. – DOI: 10.1016/j.proeng.2014.12.226.