Комплексные способы эффективной обработки резанием - Ермаков Ю.М.
ISBN 5-217-03160-3
Скачать (прямая ссылка):
194 КОМБИНИРОВАННЫЕ СПОСОБЫ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
При чистовом точении (глубина до 5 мм, подача 0,25 ... 0,7 мм/об, скорость вращения заготовки 9,5 ... 10 м/мин) рабочее напряжение 13 ... 17 В, рабочая сила тока 100 ... 400 А. Глубина измененного слоя при чистовой обработке составляет 0,1 ... 0,5 мм.
Комбинированные способы с комплексным эффектом. Наиболее совершенными можно считать те способы, которые без дополнительного воздействия обеспечивают эффект, присущий комбинированным способам. Обработка резанием характеризуется сложным комплексом физико-химических и механических явлений (см. рис. 1.5). Процессом можно управлять, изменяя режимы обработки, кинематику движений заготовки и инструмента и сам инструмент. Изменением режимов наиболее просто управлять температурой в зоне обработки.
Например, при сверхскоростном резании не требуется дополнительный нагрев, так как температура в срезаемом слое превышает температуру фазовых превращений материала обрабатываемой заготовки. Одновременно можно управлять структурой поверхностного слоя, так как малый объем разогретого поверхностного слоя в контакте с окружающей средой обеспечивает его интенсивное охлаждение и закалку.
На выборе соответствующих режимов основан способ лезвийной обработки, предложенный ЦНИИТмашем и Курганским машиностроительным заводом. При точении заготовки из стали ферритно-перлитной структуры резцом из керамического материала ВО-13 на глубину 1 мм со скоростью 500 м/мин и подачей 0,12 мм/об температура резания равна 1000 °С, скорость естественного нагрева срезаемого слоя составляет 2 х Ю3 °С/с, давление в контактной зоне резца с заготовкой 7000 ... 9000 МПа. Обработанная поверхность имеет микротвердость 4500 МПа, остаточные сжимающие напряжения 1-го рода составляют 600 МПа и глубина наклепанного слоя равна 0,4 мм.
Способ экзотермического шлифования шлифовальными кругами со специальными добавками титана, циркония или серого чугуна разработан в Электростальском филиале Московской академии стали и сплавов [A.c. 639687 (СССР)]. Чугун вводят в абразивную массу для шлифования сплавов на основе титана; титан или цирконий - для шлифования железоуглеродистых сплавов с повышенным содержанием углерода, а также сплавов на основе никеля, кобальта и железа. Эти вещества при температуре шлифования 0 = 1800 К вступают в устойчивые экзотермические реакции, и температура в зоне контакта достигает 2500 К и выше (она соответствует температуре кипения расплава железа, насыщенного угле-
КОМБИНИРОВАННЫЕ СПОСОБЫ ПО ВИДУ ВОЗДЕЙСТВИЯ 195
родом). При таких температурах происходит образование тугоплавких высокопрочных соединений типа карбонитридов титана или циркония с интенсивным окислением освобожденного от углерода железа.
Экзотермическая реакция исключает технологическую операцию в процессе изготовления шлифовального круга, так как тугоплавкие соединения карбида титана (температура плавления 3270 К) покрывают режущие зерна защитной оболочкой, повышая их режущие свойства. Процесс покрытия абразивных зерен оптимален при скорости до 80 м/с вследствие кратковременного контакта режущих кромок с заготовкой и интенсивного их охлаждения вне контакта. Фактически в процессе шлифования достраивается окончательный рельеф инструмента и улучшаются его режущие свойства.
Шлифование чугуна СЧ14 со скоростью 77 м/с кругом ПП 125 х 25 х 32 14А12Ч26К5, изготовленным по предлагаемому способу, позволило увеличить производительность до 60 г/мин. Удельная производительность, отнесенная к массе израсходованного абразива, составила 700, что в 20 с лишним раз больше, чем при обычных способах шлифования.
Положительный эффект термомеханического резания без использования дополнительного источника нагрева проявляется при сверхскоростной обработке дисками трения. Этот способ был исследован в конце 30-х годов прошлого века [18], широко применялся в годы войны, а затем был незаслуженно забыт. Его достоинствами являются простота и высокая стойкость инструмента (20 ч и выше), а также большая производительность. Гладкий или насечный диск трения большого диаметра обеспечивает высокую скорость резания и надежное охлаждение режущей кромки. Диск / вводится в контакт с заготовкой 2 параллельно оси ее вращения (рис. 6.7, а) или перпендикулярно к ней (рис. 6.7, б). Окружная скорость диска составляет примерно 80 м/с, скорость подачи -400 мм/мин. При мощности привода 10 кВт снимается припуск до 5 мм при обработке сталей 20, 20Л, 35Л, 40Х, 10Х18Н10Т, 12ХНЗА и др. Качество обработанной поверхности улучшается с увеличением твердости обрабатываемого материала.
Дисками трения можно обрабатывать плоские заготовки на фрезерных станках, разрезать трубы на кольца на труборезных станках, в последнем случае посредством фрикционного привода от заготовки. Станки для обработки диском трения должны быть жесткими во избежание вибраций и мощными. Расход мощности окупается низкой стоимостью инструмента из углеродистой стали и повышением производительности черновой обработки в 1,5 раза по сравнению с фрезерованием или точением.
