МЕТОД СЕГМЕНТАЦИИ СТРУЖКИ ПРИ ОБРАБОТКЕ ТРУДНООБРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ЛОКАЛЬНОГО ТЕРМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

​CHIP SEGMENTATION METHOD FOR PROCESSING HARD-TO-PROCESS MATERIALS BASED ON LOCAL THERMAL EFFECTS

Andrey Fokichev

student, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Mechanical Engineering, St. Petersburg Mining University of Empress Catherine II,

Russia, St. Petersburg

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматривается проблема формирования сливной стружки в процессе обработки материалов. Особое внимание уделяется значению стабильности процесса резания и оптимальной длине стружки при обработке деталей с предварительным локальным термическим воздействием. Описывается расчет оптимальной длины стружки и методика разработки технологии измельчения стружки с использованием фазового перехода в металлах при локальном тепловом воздействии.

ABSTRACT

This article discusses the issue of the formation of chips in the material processing process. Special emphasis is placed on the importance of maintaining stability in the cutting process and achieving an optimal chip length when working with parts that have undergone preliminary local thermal treatment. The calculation of an optimal chip length, as well as the methodology for developing chip crushing techniques using phase transitions in metals under localized thermal action, are described.

Ключевые слова: стружкодробление; пластическая деформация; сливная стружка, стабильность процесса резания, локальное термическое воздействие, оптимальная длина стружки, фазовый переход в металлах, измельчение стружки.

Keywords: chip breaking; plastic deformation; drain chips, stability of the cutting process, local thermal effects, optimal chip length, phase transition in metals, chip grinding.

Технология считается более предпочтительной, если в процессе резания образуется сливная стружка, так как это говорит о стабильной работе технологической системы, обеспечивая высокое качество обрабатываемой поверхности детали, а также продляет жизнь инструмента с меньшим потреблением энергии [1-3]. Однако в условиях производства формирование сливной стружки соответствует небольшому диапазону состояний технологической системы, который не всегда совпадает с параметрами режимов резания и геометрией инструмента.

Но также стоит отметить, что сливная стружка серьезно усложняет работу оборудования, что в свою очередь приводит к ускоренному износу и авариям станков и приспособлений, может нанести производственную травму работникам, создает трудности при очистке станка от стружки и ее последующей переработке и т.д. [8]. Проблема эта становится особенно актуальной при обработке изделий на станках-автоматах, станках с ЧПУ и при использовании автоматических манипуляторов, доля которых в общей численности станков увеличивается и этот рост продолжается.

При обработке деталей, которые подверглись предварительному локальному термическому воздействию, важно достигнуть стабильности процесса резания и одновременно получить стружку оптимальной длины. С помощью метода локального термического воздействия обеспечивается стружкодробление многих классов обрабатываемых материалов [7].

Длина стружки определяется в соответствии с требованиями ГОСТ 2787-75, который устанавливает максимальную длину стружки в пределах 100-200 мм. Основываясь на этих факторах, была рассчитана оптимальная длина прямой стружки, образующейся при обработке зоны с локальным термическим воздействием лезвием режущего инструмента [4-6].

где,  - частота пересечения плоскостью резания зон локального термического воздействия, Гц;  - коэффициент продольной усадки стружки;  - частота вращения заготовки, об/мин;  - диаметр обрабатываемой заготовки, мм.

На рисунке 1 представлена схема нанесения локального термического воздействия (А1, А2, А3) и последующей механической обработки (В1, В2, В3, В4, В5, В6, В7, В8, В9).

По отношению к торцу от локального термического воздействия образуется угол:

где  -расстояние между витками индуктора (шаг индуктора), мм.

А угол образованный в процессе обработки равен:

где  - подача резания за один оборот заготовки, мм

Рисунок 1. Схема процесса резания с локальным термическим воздействием на заготовку

Далее рассчитаем длину отрезка С1С2, которая определяет отрезок прямой стружки:

Частота пересечения, плоскости резания с зоной локального термического воздействия будет равна:

Длина витой стружки:

где  и  - шаг и диаметр витков стружки, мм.

Дальнейшее преобразование даст выражение:

Рассчитав, необходимые геометрические характеристики индуктора, следует обратить внимание на электрическую характеристику индуктора, для определения глубины закаленного слоя. Глубина закалённого слоя в основном определяется по формуле:

Данное выражение показывает, что степень затухания поля зависит от частоты поля f, электросопротивления ρ и магнитной проницаемости металла µ_в.

Понятие глубины проникновения тока весьма важно по ряду причин. В слое толщиной ∆ протекает примерно 85,89% полного тока и выделяется 86,5% мощности.

Устройством нанесения локального термического воздействия является индуктор с определенным числом витков и расстоянием между ними, определенными исходя из параметров заготовки. Глубина закаленного слоя напрямую зависит от глубины резания на определенном переходе в процессе обработки.

Была разработана технология измельчения стружки, основанная на использовании фазового перехода в металлах при локальном тепловом воздействии на поверхность изделия при помощи индуктора. Это позволяет достигнуть периодического изменения условий резания в процессе последующей обработки по сравнению с исходным материалом.

Было выявлено, что структура и механические свойства металла на поверхности изменяются в результате локального термического воздействия, что вызывает мгновенное изменение напряженно-деформированного состояния в зоне формирования стружки и способствует сегментации стружки благодаря метастабильному состоянию зоны локального термического воздействия по сравнению с основным материалом.

Список литературы:

1. Ольт Ю., Максаров В.В., Ефимов A.Е. Повышение качества поверхности изделий из титановых сплавов в процессе механической обработки / СТИН, № 1, 2023. pp. 26 - 30.
2. Максаров В.В., Минин А.О., Романов П.И., Никифоров И.П. Влияние высокочастотного волнового воздействия в системе инструментального оснащения на качество обработки коррозионностойких алюминиевых сплавов / Металлообработка, № 5, 2022. С 32 - 40.
3. Максаров В.В., Ефимов А.E. , Важенин А.Ю. Совершенствование технологии механической обработки титановых сплавов посредством применения предварительного пластического воздействия / Металлообработка, № 3, Т 111, 2019. pp. 20 - 26
4. Ефимов, Александр Евгеньевич. Технологическое обеспечение качества поверхности гидроцилиндров горного оборудования на основе предварительного локального лазерного воздействия : диссертация ... кандидата технических наук : 05.02.08 / Ефимов Александр Евгеньевич; [Место защиты: С.-Петерб. политехн. ун-т]. - Санкт-Петербург, 2017. - 166 с. : ил.
5. Тимофеев, Дмитрий Юрьевич. Автоматизация и управление процессом стружкодробления на основе предварительного термического воздействия на обрабатываемый материал : диссертация ... кандидата технических наук : 05.13.06. - Санкт-Петербург, 2004. - 238 с. : ил.
6. Timofeev . Y., Khalimonenko A. D., Nacharova M. A. Preliminary Local Thermal Impact as a Surface Quality Assurance Factor / Materials Science Forum, № 1031, Т 1, 2021. С 125 - 131. Детали.
7. Максаров Вячеслав Викторович Повышение эффективности процесса резания за счет локальной метастабильности // Материаловедение. Энергетика. 2012. №4 (159).
8. Максаров В.В. Повышение эффективности технологического процесса изготовления гидроцилиндров горного оборудования с применением предварительного локального термического воздействия / В.В. Максаров, Д.Ю. Тимофеев, А.Е. Ефимов // Горный информационно-аналитический бюллетень, 2016, № 9. С. 65-73.
9. Maksarov V. V., Makhov V. E. Reduction of defects in the process of formation of precision surfaces of titanium alloy products / Journal of Physics: Conference Series, № 1661, Т 1, 2020. С 1 - 7.
10. Olt J. J., Maksarov V. V. , Makhov V. E. Intelligence Systems for Quality Assessment of Threaded Surfaces and Flaw Monitoring Based on Digital Light Field Recording / Russian Journal of Nondestructive Testing, № 11, Т 56, 2020. pp. 915 - 926.