RU1772689C

RU1772689C - Method of selecting tool material grade

Info

Publication number: RU1772689C
Application number: SU904896879A
Authority: RU
Inventors: Александр Александрович Виноградов; Василий Петрович Чапалюк
Original assignee: Институт сверхтвердых материалов АН УССР
Priority date: 1990-12-25
Filing date: 1990-12-25
Publication date: 1992-10-30

Abstract

Изобретение относитс к металлообработке и может быть использовано дл выбора инструментального материала дл изготовлени режущих инструментов. Целью изобретени вл етс повышение точности преимущественно при чистовой лезвийной обработке поверхностей нежестких деталей. Из нескольких материалов из- готавливают режущие инструменты, обрабатывают ими образцы из одного и того же материала и определ ют параметр, по которому производ т выбор. Обработку осуществл ют при измен ющейс во времени в одной и том же дл всех материалов диапазоне скорости резани . В качестве параметра определ ют силу резани и выбирают материал с минимальным значением разности между максимальным и минимальным значени ми силы резани . При этом наиболее целесообразно минимальную разность между максимальными и минимальными значени ми силы резани определ ть дл минимальных значений максимальной и минимальной силы резани . 1 табл.1 ил. (ЛThe invention relates to metal processing and can be used to select tool material for making cutting tools. The aim of the invention is to improve accuracy, mainly when finishing blades on surfaces of non-rigid parts. Cutting tools are made from several materials, they process samples from the same material, and the parameter is determined by which the selection is made. Processing is carried out with a time-varying range of cutting speeds for all materials. The cutting force is determined as a parameter and a material is selected with a minimum value of the difference between the maximum and minimum values of the cutting force. In this case, it is most expedient to determine the minimum difference between the maximum and minimum values of the cutting force for the minimum values of the maximum and minimum cutting forces. 1 tab. 1 ill. (L

Description

Изобретение относитс к металлообработке и может быть использовано дл выбора инструментального материала дл изготовлени режущих инструментов.The invention relates to metal working and can be used to select tool material for making cutting tools.

Известен способ выбора рациональной марки инструментального материала, основанный на проведении ресурсных испытаний на износостойкость одновременно нескольких ножей инструмента из различных материалов при фрезеровании образцов из обрабатываемого материала при посто нном режиме резани .A known method for choosing a rational brand of tool material based on life tests for wear resistance of several tool knives from different materials at the same time when milling samples from the material to be processed under constant cutting conditions.

Недостатком этого способа вл етс высока трудоемкость и мала информативность , так как оценка режущих свойств инструмента осуществл етс на основе результата опыта при одном значении скорости резани и лишь по одному критерию - износостойкостьThe disadvantage of this method is the high complexity and low information content, since the evaluation of the cutting properties of the tool is carried out on the basis of the experiment with one value of the cutting speed and only one criterion is wear resistance

Известен способ выбора рационального инструментально материала, включающий определение зависимости износа сравниваемых материалов от скорости резани с построением графиков этой зависимости и вы влением материала с минимальной интенсивностью износа в заданных услови х, при этом интенсивность износа определ ют как отношение площади изъ нов и других повреждений на передней или задней поверхности инструмента к площади контакта стружки с передней или обработан ной поверхности с задней поверхностью инструмента, причем поверхности инструмента предварительно довод т и полируют до Rz 0 08-0,05 мкм, а величину интенсивности износа определ ют после 1-2 мин резани .A known method of choosing a rational tool material, including determining the dependence of the wear of the compared materials on the cutting speed with the construction of graphs of this dependence and revealing the material with the minimum wear rate under specified conditions, the wear rate is determined as the ratio of the area of defects and other damage on the front or the back surface of the tool to the contact area of the chips with the front or machined surface with the rear surface of the tool, and the surface the tool is pre-adjusted and polished to Rz 0 08-0.05 µm, and the value of the wear rate is determined after 1-2 minutes of cutting.

Недостатком этого способа вл етс относительно больша трудоемкость подгоХ|The disadvantage of this method is the relatively high complexity of the preparation.

ю оu o

товки инструмента, проведени и обработки результатов опытов, а также мала информативность из-за оценки режущих свойств инструмента по одному критерию на основе опыта при одном значении скорости резани .tools, conducting and processing the results of experiments, as well as low information content due to the assessment of the cutting properties of the tool according to one criterion based on experience with one value of the cutting speed.

Наиболее близким по технической сущности к за вл емому изобретению вл етс способ выбора рациональной марки инструментального материала, заключающийс в том, что в качестве характеристики режущих свойств инструмента используют одну из характеристик процесса резани - длину так называемого участка упрочнени контакта стружки с передней поверхностью инструмента . При этом из нескольких материалов изготавливают режущие инструменты , обрабатывают ими с одинаковыми режимами образцы из одного материала, после резани на каждом инструменте определ ют с помощью микроскопа длину участка упрочнени - длину пластического контакта передней поверхности со стружкой . Считают, что рациональной маркой инструментального материала вл етс материал, имеющий наибольшую длину участка упрочнени .Closest to the technical nature of the claimed invention is a method of choosing a rational brand of tool material, which consists in the fact that as a characteristic of the cutting properties of the tool, one of the characteristics of the cutting process is used - the length of the so-called section for strengthening the contact of the chip with the front surface of the tool. At the same time, cutting tools are made of several materials, they process samples from the same material with the same modes, after cutting on each tool, the length of the hardening section, the length of the plastic contact of the front surface with the chips, is determined using a microscope. It is believed that the rational brand of tool material is the material having the longest hardening portion.

Этому способу по информативности присущи недостатки указанных выше способов , а из-за сложности определени длины пластического контакта стружки с передней поверхностью инструмента недостатком его вл етс , очевидно, и весьма невысока точность. Кроме того, из теории резани известно, что при большей длине участка пластического контакта стружки с инструментом имеет место больший коэффициент усадки стружки, следовательно, и больша сила резани и глубина наклепанного сло . Выбранна марка материала по указанному в этом способе критерию режущих свойств инструмента, очевидно, пригодна лишь дл черновой или (в р ду случаев) получистовой обработки поверхностей деталей с высокой жесткостью, когда главным требованием к инструменту вл етс его износостойкость при одном значении скорости (температуры) резани .This method is informative due to the disadvantages of the above methods, and due to the difficulty in determining the length of the plastic contact of the chip with the front surface of the tool, its disadvantage is obviously very low accuracy. In addition, it is known from the theory of cutting that with a greater length of the plastic contact section between the chips and the tool, there is a greater shrinkage coefficient of the chips, therefore, a greater cutting force and a depth of the riveted layer. The selected material grade according to the criterion of the cutting properties of the tool specified in this method is obviously suitable only for roughing or (in some cases) semi-finishing machining of surfaces of parts with high rigidity, when the main requirement for the tool is its wear resistance at a single value of speed (temperature) cutting.

Целью изобретени вл етс повышение точности определени рациональной марки инструментального материала преимущественно при чистовой лезвийной обработке поверхностей нежестких деталей при измен ющихс во времени в широком диапазоне режимах резани .The aim of the invention is to increase the accuracy of determining the rational grade of the tool material, mainly during finishing blade processing of surfaces of non-rigid parts with time-varying over a wide range of cutting conditions.

Эта цель достигаетс тем, что способ выбора марки инструментального материала , заключающийс в том, что из нескольких материалов изготавливают режущие инструменты , обрабатывают ими образцы из одного материала и определ ют параметр, по которому производ т выбор, отличающийс тем, что с целью повышени точности преимущественно при чистовой лезвийной обработке поверхностей нежестких деталей, обработку образцов осуществл ют при измен ющейс во времени в одном и том же дл всех материалов диапазоне скорости резани , в качестве параметра определ ютThis goal is achieved in that the method of selecting the brand of tool material, which consists in the fact that several materials are made of cutting tools, they process samples from the same material and determine the parameter by which the selection is made, characterized in that in order to improve the accuracy mainly when finishing blade cutting of surfaces of non-rigid parts, the processing of samples is carried out with a time-varying range of cutting speeds for all materials, as a parameter and determine

силу резани и выбирают материал с минимальным значением разности между максимальным и минимальным значени ми силы резани .cutting force and a material is selected with a minimum difference between the maximum and minimum values of the cutting force.

При этом минимальную разность междуIn this case, the minimum difference between

максимальными и минимальными значени ми силы резани наиболее целесообразно определ ть на графике зависимости силы резани от скорости резани с минимальным значением максимальной и минимальной силы резани .by the maximum and minimum values of the cutting force it is most expedient to determine on the graph of the dependence of the cutting force on the cutting speed with a minimum value of the maximum and minimum cutting force.

За вл емый способ выбора рациональной марки инструментального материала по сн етс следующим примером его реализации при получистовом резании закаленной стали 45 (НЯСЭ50...53) резцами ( у -10°; - 15°; р 45° р 15°; ) из различных сверхтвердых материалов (эльбор-Р, белбор, гексанит-Р, кибо- рит)с режимами: глубина резани ,2 мм;The claimed method of choosing a rational brand of tool material is illustrated by the following example of its implementation in the semi-cutting of hardened steel 45 (NNSE50 ... 53) with cutters (at -10 °; - 15 °; p 45 ° p 15 °;) from various superhard materials (elbor-R, belbor, hexanite-R, cyberite) with the following modes: cutting depth, 2 mm;

подача ,08 мм/об; скорость резани V 30-220 м/мин (0.5...3.67 м/с).feed, 08 mm / rev; cutting speed V 30-220 m / min (0.5 ... 3.67 m / s).

Брали цилиндрическую заготовку из закаленной стали 45 (HRCs 50...53) и резцы с механическим креплением пластин из различных инструментальных сверхтвердых материалов: эльбора-Р, белбора,гексанита- Р, киборита и осуществл ли резание на то- карно-винторезном станке мод, 1К62. При этом резцы закрепл ли в трехкомпонентном динамометре, с помощью которого при резании на каждой ступени скорости резани (0.5; 0,67; 1,0; 1,33; 1,5; 2,0; 2,67; 3,67 м/с) при ,2 мм и ,08 мм/об измер ли составл ющие силы резани .We took a cylindrical billet from hardened steel 45 (HRCs 50 ... 53) and cutters with mechanical fastening of plates from various tool superhard materials: elbor-R, belbor, hexanite-R, cyborite and carried out cutting on a screw-cutting machine of modes , 1K62. In this case, the cutters were fixed in a three-component dynamometer, with which, when cutting at each step, the cutting speed (0.5; 0.67; 1.0; 1.33; 1.5; 2.0; 2.67; 3.67 m (s) at, 2 mm and, 08 mm / rev, the constituent cutting forces were measured.

По измеренным значени м составл ющей силы резани - Pz дл каждого материала инструмента строили графики зависимости Pz f(V), показанные на чертеже , где крива 1 - эльбор Р, 2 - белбор, 3 гексанит-Р , 4 - киборит. Отметим, что характер зависимости от скорости резани других составл ющих (Ру, Рх) силы резани аналогичен зависимости (V). На каждом графике зависимости (V) определ лиUsing the measured values of the cutting force component - Pz for each tool material, the dependences Pz f (V) were plotted, shown in the drawing, where curve 1 is elbor P, 2 is belbor, 3 hexanite-P, 4 is kiborite. Note that the nature of the dependence on the cutting speed of the other components (Py, Px) of the cutting force is similar to the dependence (V). On each graph, dependencies (V) were determined

значени Pzmax, Pzmin И раЗНОСТИ (Pzmax Pzmin ), соответствующие диапазону больших скоростей за пределами наростообра- зовани , которые приведены в таблице 1. По минимальной разности (Pzmax - Pzmir) 9.0 Нvalues of Pzmax, Pzmin AND DIFFERENCES (Pzmax Pzmin) corresponding to the range of high speeds outside the outgrowths, which are shown in Table 1. According to the minimum difference (Pzmax - Pzmir) 9.0 N

при минимальных значени х PZmax 85 Н и Pzmin 76 Н выбрали рациональный экспериментальный материал - киборит, который удовлетвор ет требовани м минимальной энергоемкости процесса резани во всем диапазоне скоростей резани и, очевидно, оеспечивающий меньшую шероховатость и наклепанность обработанной поверхности, что вл етс весьма важным дл получисто- вой и чистовой обработки, особенно, неже- стких сложного профил деталей с переменными сечением среза на автоматизированных системах металлообработки.for the minimum values of PZmax 85 N and Pzmin 76 N, we chose a rational experimental material - cyborite, which satisfies the requirements of the minimum energy consumption of the cutting process over the entire range of cutting speeds and, obviously, results in less roughness and riveting of the treated surface, which is very important for semi-finishing and finishing, especially non-rigid complex profiles of parts with variable cross-sectional sections on automated metalworking systems.

При неимении динамометра за вл емый способ может быть реализован посред- ством определени зависимостей Коэффициент усадки стружки Kz от скорости резани V, поскольку, как известно, характер зависимости (V) аналогичен характеру зависимости (V). При этом значени Ki могут быть определены весовым или другими известными методами. Рациональную марку инструментального материала следует выбирать по минимальным значени м Kimax, Klmln, РЭЗНОСТИ (Klmax Klmin).In the absence of a dynamometer, the inventive method can be implemented by determining the dependences of the Shrinkage coefficient of the chip Kz on the cutting speed V, since, as you know, the nature of the dependence (V) is similar to the nature of the dependence (V). The Ki values may be determined by weight or other known methods. A rational brand of instrumental material should be selected according to the minimum values of Kimax, Klmln, and DETERMINATION (Klmax Klmin).

Технико-экономическа эффективность за вл емого способа заключаетс в том, что он позвол ет просто и быстро выбирать рациональную марку инструментального материала преимущественно дл случаев получистовой и чистовой обработки, в том числе сложных поверхностей нежестких деталей , при измен ющихс во времени режимах резани . Точность этого способа определ етс точностью метода измерени сил резани и точностью воспроизведени результатов опыта. При использовании динамометра УДМ-100 конструкции ВНИИин- струмент, который примен лс нами при реализации способа,точность измерени сил резани была ±5% (на приведенных графиках зависимости PZ-V точки соответствуют средним значени м сил при п ти замерах ).The feasibility of the claimed method lies in the fact that it allows you to simply and quickly choose a rational grade of tool material mainly for cases of semi-finishing and finishing, including complex surfaces of non-rigid parts, with time-varying cutting conditions. The accuracy of this method is determined by the accuracy of the method of measuring cutting forces and the accuracy of reproducing the results of the experiment. When using the UDM-100 dynamometer designed by VNIIinstrument, which we used when implementing the method, the accuracy of measuring the cutting forces was ± 5% (in the graphs given PZ-V, the points correspond to the average values of forces at five measurements).

Точность способа-прототипа определ етс точностью измерени длины участка упрочнени , котора не может быть высокой из-за трудности вы влени границы между пластическим и упругим участками контакта стружки с инструментом. Поэтому точность определени длины участка упрочнени - длины пластического контакта в лучшем случае оцениваетс величиной А -±15%,The accuracy of the prototype method is determined by the accuracy of measuring the length of the hardening section, which cannot be high due to the difficulty of identifying the boundary between the plastic and elastic sections of the contact of the chip with the tool. Therefore, the accuracy of determining the length of the hardening section - the length of the plastic contact is at best estimated as A - ± 15%,

Таким образом, точность за вл емого способа не менее, чем в три раза выше точности способа-прототипа. Кроме того, за вл емый способ одновременно решает задачу выбора инструментального материала по критерию минимума энергозатрат на процесс резани и критерию обеспечени высокого качества обработанной поверхности . В то врем как при реализации способа-прототипа , очевидно, исход из научных положений авторов, выбор марки инструментального материала осуществл етс лишь по критерию наибольшей стойкости.Thus, the accuracy of the claimed method is not less than three times higher than the accuracy of the prototype method. In addition, the claimed method simultaneously solves the problem of selecting tool material according to the criterion of minimum energy consumption for the cutting process and the criterion of ensuring high quality of the processed surface. While the implementation of the prototype method is obviously based on the scientific principles of the authors, the choice of the brand of instrumental material is carried out only by the criterion of maximum resistance.

Claims

The claims

The method of selecting the brand of tool material, which consists in the fact that cutting tools are made of several materials, they process samples from the same material and determine the parameter by which the selection is made, characterized in that, in order to improve accuracy mainly when finishing a non-rigid surface treatment of non-rigid parts, specimen processing is carried out with a time-varying cutting speed range for all materials, the force of and choose a material with a minimum difference between the maximum and minimum values of the cutting force.

above the line the value of the component of the cutting force is indicated, and below the black line is the value of the corresponding cutting speed.

70

T.A. yfbmm

23 it about to go fso, Q33CS7 5E 40 267 3.33