Спосіб визначення допустимої швидкості різання при механічній обробці субмікро- та нанокристалічних металів

Спосіб визначення допустимої швидкості різання при механічній обробці субмікро- та нанокристалічних металів на основі врахування температури у зоні різання, який відрізняється тим, що як граничний критерій приймають розмір зерна структури металу, зважаючи на який визначають допустиму швидкість різання у відповідності з формулою dL  Ak, 2  D 2 )s (D 0 p де L - довжина оброблюваної поверхні; d - діаметр оброблюваної заготівки; D0 - вихідний розмір зерна у субмікро- або нанокристалічному металі; D - допустимий критичний розмір зерна, при якому зберігаються високі фізико-механічні властивості металу; sp - рекомендована подача, вибрана за допомогою довідкової літератури; A - показник, який враховує властивості оброблюваного матеріалу; k - інтенсивність росту зерна. Корисна модель відноситься до механічної обробки деталей з об'ємних субмікро- та нанокристалічних металів. Об'ємні субмікро- та нанокристалічні метали, отримані методом інтенсивної пластичної деформації, відрізняються нестабільністю структури. Більшість високих фізико-механічних властивостей цих металів зумовлені дрібним розміром зерна та специфічною дефектною структурою. Накопичені дефекти структури, насамперед дислокації, та далекосяжні внутрішні напруги призводять до низькотемпературного росту зерна структури [1]. Процес різання представляє собою складний процес пластичної деформації, який супроводжується інтенсивним тепловиділенням при значних напруженнях у зоні контакту "інструмент - оброблюваний матеріал". Головним фактором, який чинить вплив на величину температури у зонні різання, виступає швидкість різання [2]. Загальновідомим способом визначення допустимої швидкості різання при механічній обробці металів являється спосіб, заснований на стійкісних випробуваннях інструментального матеріалу [3, 4]. Основний недолік запропонованих методів поля гає у відсутності врахування температури у зоні різання та якості поверхневого шару деталі як критеріїв вибору допустимої швидкості різання. До існуючих недоліків стійкісних випробувань відноситься також їх трудомісткість, зв'язана з марнуванням великої кількості дорогого матеріалу та інструменту, яка переходить до стружки. Відомим способом є визначення оптимальної швидкості різання, який визначає швидкість різання за даними, отриманими при вимірюванні температури твердосплавного інструменту [5]. Даний спосіб направлений на підвищення продуктивності обробки, однак його не можливо застосувати до обробки металів з субмікро- та нанокристалічною структурою, оскільки він не гарантує збереження вихідної структури і, як наслідок, високих фізико-механічних властивостей металів з субмікро- та нанокристалічною структурою. Найбільш близьким за технічною суттю являється спосіб визначення оптимальної швидкості різання за патентом [6]. Представлений спосіб враховує знос різального інструменту та температуру у зоні обробки. Основним критерієм обмеження температури у зоні (19) UA (11) 57966 (13) U  3 57966 4 різання виступає утворення тріщин при обробці деталей з крихких металів та сплавів, насамперед берилію. Однак при обробці металів з субмікро- та нанокристалічною структурою проблема утворення тріщин не являється актуальною, оскільки визначальним критерієм збереження вихідних високих фізико-механічних властивостей виступає розмір зерна структури металу. В основу корисної моделі поставлено технічну задачу збереження вихідних високих фізикомеханічних властивостей та експлуатаційних характеристик деталей з субмікро- та нанокристалічною структурою. Поставлена задача досягається тим, що у корисній моделі пропонується залежність росту розміру зерна у субмікро- та нанокристалічному металі від температурного та часового чинників ний прохідний різець з твердосплавною пластинкою ВК6. Діаметр заготівки d - 10 мм, довжина оброблюваної поверхні L - 100 мм. Рекомендована подача sp - 0,1 мм/об, обрана за допомогою довідкової літератури [7]. Після проведення серії експериментів для титану визначили показник А=1,4210-14 та величину k=7,126 м2/хв. Розрахунок допустимої швидкості різання за допомогою запропонованої формули для субмікроктисталічного титану 3,14  0,01  0,1   2 2    300  10 9    250  10 9   0,0001            14  7,126  115 м / хв.  1,42  10 D  D0  Akt , де D0 - вихідний розмір зерна, k – інтенсивність росту зерна, t - час дії теплового джерела, А показник, який враховує властивості оброблюваного матеріалу. Допустиму швидкість різання визначають за наступною формулою dL   Ak, (D 2  D 2 )sp 0 де L - довжина оброблюваної поверхні; d - діаметр оброблюваної заготівки; D0 - вихідний розмір зерна у субмікро- або нанокристалічному металі; D - допустимий критичний розмір зерна, при якому зберігаються високі фізико-механічні властивості металу; sp - рекомендована подача, вибрана за допомогою довідкової літератури; А - показник, який враховує властивості оброблюваного матеріалу; k - інтенсивність росту зерна. Величина k характеризує залежність температури у зоні різання від швидкості різання. Величину к та показник А визначають експериментально. Приклади Виготовлення деталі з субмікрокристалічного (розмір зерна 250 нм) чи нанокристалічного (розмір зерна 100 нм) титану здійснюють за допомогою механічної обробки, зокрема процесу точіння. Критичним розміром зерна титану при якому зберігаються високі фізико-механічні властивості експериментально встановлено 300 нм. Обробку проводять на токарно-гвинторізному верстаті мод. 1К62. Різальний інструмент - токар Розрахунок допустимої швидкості різання за допомогою запропонованої формули для субмікроктисталічного титану 3,14  0,01  0,1   2 2    300  10 9   100  10 9   0,0001            14  7,126  40 м / хв.  1 42  10 , Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Застосування запропонованого способу визначення оптимальної швидкості різання забезпечує збереження розміру зернам у діапазоні критичного значення та, як наслідок, незначне зниження вихідних фізико-механічних властивостей, за умови достатності їх величин для якісної експлуатації. Джерела інформації: 1. Валиев Р.З., Александров И.В. Наноструктурные материалы, полученные методом интенсивной пластической деформации. - М.: Логос, 2000. - 272с. 2. Trent Ed.M., Wright P.K. Metal cutting, Butterworth. - Heinemann, USA, 2000.-446p 3. Грановский Г.Н. и др. Резание металлов. М.: Машгиз, 1945. - 416с. 4. A.M. Даниелян A.M. Резание металлов и инструмент. - М.: Машгиз, 1950. - 344с. 5. Способ определения оптимальной скорости резания. Патент РФ №2189887, МПК7 В23В1/00, 2001. 6. Способ определения оптимальной скорости резания при механической обработке бериллия. Патент РФ №2128102, МПК6 В23В25/06, 1999. 7. Петрухин П.Г. Резание труднообрабатываемых материалов. - М.: Машиностроение, 1972. 176с. Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601