СЕГМЕНТИРОВАНИЕ СЛИВНОЙ СТРУЖКИ ПРИ ЛОКАЛЬНОМ ТЕРМИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ

На сегодняшний день многие современные машиностроительные предприятия оснащены передовыми автоматизированными станками с ЧПУ, где очень остро стоит вопрос механической обработки изделий из труднообрабатываемых сталей. К ним можно отнести коррозийно-стойкие, жаропрочные, легированные стали и сплавы. Механическая обработка таких материалов имеет свою специфику и требует тщательного подхода, к изучению данного вопроса. Проблема обусловлена, прежде всего, образованием сливной стружки и её удалением из рабочей зоны резания. Формирование стружки сливного типа мешает механической обработке, портит обработанную поверхность, снижает культуру производства и производительность изготовления на станках с ЧПУ. Помимо этого, усложняется процесс утилизации стружки. Таким образом, сегментирование сливной стружки является одной из важнейших в области механической обработки на станках с ЧПУ [4, c. 132].

Известным способом сегментирования стружки является устройство, устанавливающееся на передней поверхности резца в виде накладных стружколомов, являющихся препятствием на пути движения сходящей стружки, вызывая её дополнительную деформацию и снижение пластических свойств. Однако, применяя такое устройство на практике, возрастают усилия резания, повышается вероятность появления вибраций.

Самым простым и распространенным способом дробления стружки в области резания является использование режущих пластин со стружкодробительными канавками различной геометрической формы. Недостатком таких пластин является интенсивный износ режущей части и соответствующее изменение прочностных характеристик, что приводит к образованию сколов на передней поверхности.

В связи с этим предлагается эффективный метод, позволяющий надежно управлять процессом дробления сливной стружки, основанный на создании предварительного локального термического воздействия (ЛТВ) [2, c. 3]. Сущность данного метода заключается в создании на поверхности обрабатываемой заготовки локальной изменённой структуры. Формирование отличной от основного металла структуры производится по прямой траектории установкой с мощностью 27-43.2 кВт (рис. 1).

В результате возникают температуры, достаточные для совершения фазового перехода, что после охлаждения за счёт теплоотвода вглубь материала, сформирует зону с повышенной твёрдостью, обладающей иной кристаллической решёткой и модифицированными механическими свойствами (рис. 2) [3, c. 22].

Стоит отметить, что при последующей механической обработке заготовки с ЛТВ необходимо обеспечить глубину нагрева меньше, чем глубина снимаемого припуска. Несоблюдение этого условия приведет к двум негативным последствиям. Во-первых, обработанная поверхность будет иметь локальные зоны с другими физико-механическими свойствами, нежели материал заготовки, что отрицательно скажется на эксплуатационных свойствах детали. Во-вторых, при обработке резко снизится период стойкости резца, так как его вершина будет подвержена периодическим ударам. С другой стороны, значительное превышение глубины резания относительно величины слоя ЛТВ не даст ожидаемого эффекта стружкодробления. Для того чтобы в дальнейшем предотвратить вышеописанные негативные эффекты, необходимо точно знать глубину воздействия [2, c. 23].

Проведённые исследования позволили установить следующие зависимости влияния силы тока и скорости перемещения источника на глубину формирующейся зоны ЛТВ. В ходе экспериментов было выявлено, что с увеличением силы тока (рис. 3, а) повышается глубина воздействия. С другой стороны слишком большая сила тока приводит к повышенному износу элементов устройства. Увеличение скорости перемещения источника (рис. 3, б), в свою очередь, приводит к снижению зоны ЛТВ. Однако при слишком большой скорости нанесения термического воздействия изменённая структура может не сформироваться. Выполненные эксперименты позволяют оперативно назначать глубины ЛТВ, что даёт возможность регулировать режимы механической обработки на стадии черновой, получистовой и чистовой операции.

Последующая механическая обработка заготовки с локальной слоистой структурой (рис. 4, а) сводится к периодическому пересечению плоскости резания и зоны с ЛТВ, изменяя протекание процесса пластической деформации стружкообразования, вызывая, таким образом, надлом в области с повышенной твердостью (рис. 4, б) [1, c. 270].

В результате данного эффекта помимо сегментации сливной стружки на участки равной длины (рис. 5, б) происходит попутное подавление вибраций в технологической системе и улучшение шероховатости поверхности, а также точности формы.

Установлено, что для устойчивой сегментации необходимо иметь значение h_m ≈ 2 мм. При малых значениях ширины ЛТВ (h_m ≤ 1.8 мм, рис. 5, а) сегментирование стружки не происходит.

Поводя итоги проведенных исследований можно с уверенностью сказать, что предлагаемый метод предварительного локального термического воздействия является перспективным, так как позволяет сегментировать сливную стружку при обработке заготовок с изменённой структурой на станках с ЧПУ в условиях автоматизированного производства.

Список литературы:

1. Maksarov, V.V., Khalimonenko, A.D., Timofeev, D.J. Machining quality when lathing blanks with ceramic cutting tools / Agronomy Research. – 2014. – № 12 (1). – рp. 269 – 278.
2. Efimov, A.E. Modeling dynamic processes at stage of formation of parts previously subjected to high-energy laser effects / V.V. Maksarov, D.Y. Timofeev // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 327 (2018). 022026.
3. Ефимов, А.Е. Технологическое обеспечение шероховатости поверхностного слоя на основе моделирования переходных процессов / В.В. Максаров, Р.В. Вьюшин, А.Е. Ефимов // Металлообработка. – 2017. – №2. – С. 39–45.
4. Вейц, В.Л. Динамика и управление процессом стружкообразования при лезвийной механической обработке / В.Л. Вейц, В.В. Максаров // Монография. – СПб.: СЗПИ, 2000. – 160 с.