RU2230630C1 - Method for determining optimal cutting speed - Google Patents
Method for determining optimal cutting speed Download PDFInfo
- Publication number
- RU2230630C1 RU2230630C1 RU2002132994/02A RU2002132994A RU2230630C1 RU 2230630 C1 RU2230630 C1 RU 2230630C1 RU 2002132994/02 A RU2002132994/02 A RU 2002132994/02A RU 2002132994 A RU2002132994 A RU 2002132994A RU 2230630 C1 RU2230630 C1 RU 2230630C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cutting
- temperature
- speed
- cutting speed
- tool
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Drilling Tools (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области обработки сталей и сплавов резанием и может быть использовано для определения рабочего параметра твердосплавных режущих инструментов - оптимальной скорости резания при непосредственном их использования на металлорежущем оборудовании, а также при аттестации и сертификации этой твердосплавной продукции.The invention relates to the field of processing steels and alloys by cutting and can be used to determine the operating parameter of carbide cutting tools - the optimal cutting speed for their direct use on metal cutting equipment, as well as in the certification and certification of this carbide products.
Известен способ определения оптимальной скорости резания (а.с. № 1028427, МПК3 В 23 В 1/00, БИ № 26, 1983), основанный на нахождении последней по выбранному исходному параметру, связанному с изменениями характеристик кристаллической решетки. В качестве исходного параметра для определения оптимальной скорости резания выбирают период кристаллической решетки, определяют его при различных скоростях резания (температурах), а оптимальную скорость принимают равной наибольшей скорости, при которой период решетки будет максимальным.A known method for determining the optimal cutting speed (AS No. 1028427, IPC3 23
Процесс определения параметров кристаллической решетки с помощью дифрактометров является сложным и трудоемким. Исследование изменений в кристаллической решетке твердосплавной режущей пластинке производится после прекращения опытов по резанию и специальной подготовке, включающей ее очистку, возможное разрушение и выбор места контроля. Вследствие разной скорости охлаждения различных областей инструментального материала, после очередного нагревания в процессе резания, осуществляемого в диапазоне 400-800°С за счет изменения скорости резания, снижается вероятность точного определения происходящих изменений. Неточности возникают и вследствие того, что исследованию подвергается локальная - случайная зона износа твердого сплава, структурные параметры которой значительно отличаются от других смежных областей ввиду неодинакового характера распределения температурного поля при различных скоростях резания. Поэтому получаемые результаты изменений параметров кристаллической решетки являются весьма приближенными и имеют недостаточную степень статистической значимости.The process of determining the parameters of the crystal lattice using diffractometers is complex and time-consuming. The study of changes in the crystal lattice of a carbide cutting insert is carried out after the termination of experiments on cutting and special preparation, including its cleaning, possible destruction and the choice of place of control. Due to the different cooling rates of different areas of the tool material, after the next heating in the cutting process, carried out in the range of 400-800 ° C due to a change in the cutting speed, the probability of an accurate determination of the changes is reduced. Inaccuracies also arise due to the fact that a local - random wear zone of a hard alloy is exposed to the study, the structural parameters of which differ significantly from other adjacent areas due to the uneven distribution of the temperature field at different cutting speeds. Therefore, the obtained results of changes in the parameters of the crystal lattice are very approximate and have an insufficient degree of statistical significance.
Известен способ определения оптимальной скорости резания (а.с. 841779, МПК3 В 23 В 1/00, БИ № 24, 1981), основанный на том, что наибольшей скорости режущего инструмента соответствует минимальная длина участка упрочения на контактной поверхности режущего инструмента. Выбор в качестве исходного параметра длины участка упрочения объясняется тем, что его размеры характеризуют деформационное состояние металла в контактной зоне, характер и градиент действующих температурных полей, условия взаимодействия металла контактной зоны с передней поверхностью инструмента и оказывают большое влияние на интенсивность износа режущей части инструмента. Измерение размеров участка упрочнения осуществляют с помощью микроскопа: строят график зависимости длины участка упрочнения от скорости резания. По минимальной длине участка упрочнения на графике определяют оптимальную скорость резания.A known method for determining the optimal cutting speed (AS 841779, MPK3 23
Основным недостатком рассмотренного способа является высокая трудоемкость и низкая надежность в точном определении длины участка упрочнения вследствие его небольшой величины, составляющей в среднем 0,1-1,0 мм, и значительной неопределенности положения границ. Кроме того, определение длины участка упрочнения на рабочих поверхностях режущего клина с помощью микроскопа отличается недостатками методического характера, основным из которых является то, что упрочненный слой является весьма неоднородным по длине и глубине залегания вследствие флуктуационного характера действующих на поверхностях контактных напряжений, изменяющихся от максимальных значений, действующих у режущей кромки, до нуля в точках выхода трибологической пары из контакта. Вследствие этого длины участков упрочнения на контактных поверхностях режущего инструмента, отражающих количественные и качественные изменения структуры материала, измеренные с помощью микроскопа, а также другими методами, например измерением микротвердости, часто не совпадают и даже имеют различный характер изменения. Ввиду рассмотренных причин возможны большие погрешности и в определении оптимальной скорости резания.The main disadvantage of the considered method is the high complexity and low reliability in accurately determining the length of the hardening section due to its small size, an average of 0.1-1.0 mm, and significant uncertainty of the position of the boundaries. In addition, the determination of the length of the hardening area on the working surfaces of the cutting wedge using a microscope is characterized by methodological shortcomings, the main of which is that the hardened layer is very heterogeneous in length and depth due to the fluctuation nature of contact stresses acting on the surfaces, varying from the maximum values acting at the cutting edge, to zero at the points of exit of the tribological pair from the contact. As a result of this, the lengths of the hardening areas on the contact surfaces of the cutting tool, reflecting quantitative and qualitative changes in the structure of the material, measured using a microscope, as well as by other methods, for example, microhardness measurements, often do not coincide and even have a different character of change. In view of the reasons considered, large errors are also possible in determining the optimal cutting speed.
Известен способ определения оптимальной скорости резания для инструментов из твердых сплавов (а.с. № 1227339, В 23 В 1/00, БИ № 16, 1986), выбранный в качестве прототипа и заключающийся в том, что в качестве исходного параметра выбирают уровень вакансионной дефектности в структуре твердого сплава. Сначала последовательно измеряют степень вакансионной дефектности при различных температурах нагревания. Затем оптимальную температуру - скорость резания определяют как наибольшую температуру - скорости, при которой устанавливается в структуре минимальное значение уровня вакансионной дефектности.There is a method of determining the optimal cutting speed for carbide tools (AS No. 1227339, 23
Недостатком данного способа является то, что степень минимальной вакансионной дефектности не всегда отвечает равновесному термодинамическому состоянию структуры, при котором устанавливается наименьшее значение уровня свободной энергии твердого тела как консолидирующей системы, состоящей из отдельных микрообъемов и при которой будет, вероятно, наблюдаться минимальная интенсивность адгезионного износа (см., например, Ван Бюрен. Дефекты в кристаллах. - М.: И.Л., 1961, 584 с.). Вследствие этого минимальная интенсивность износа режущего инструмента может происходить выше или ниже установленной оптимальной температуры - скорости резания. Отсюда следует, что точность данного способа будет недостаточно высокой. Кроме того, для проведения измерений необходимо иметь специальное помещение, оборудованное защитой от радиационного излучения, а обслуживающему оператору требуется пройти специальную подготовку для работы с радиоактивными источниками, каковым в данном случае является Na-22. Следствием изложенного может быть низкий уровень экономической целесообразности для использования способа по ближайшему аналогу.The disadvantage of this method is that the degree of minimal vacancy defects does not always correspond to the equilibrium thermodynamic state of the structure, at which the lowest value of the free energy level of the solid as a consolidating system consisting of individual microvolumes is established and at which the minimum intensity of adhesive wear is observed ( see, for example, Van Buren. Defects in crystals. - M .: I.L., 1961, 584 pp.). As a result, the minimum wear rate of the cutting tool can occur above or below the set optimum temperature - cutting speed. It follows that the accuracy of this method will not be high enough. In addition, for measurements it is necessary to have a special room equipped with radiation protection, and the service operator needs to undergo special training for working with radioactive sources, which in this case is Na-22. The consequence of the above may be a low level of economic feasibility for using the method according to the closest analogue.
Задачей предлагаемого способа является повышение точности и снижение трудоемкости в определении оптимальных режимов резания (оптимальной скорости резания).The objective of the proposed method is to increase the accuracy and reduce the complexity in determining the optimal cutting conditions (optimal cutting speed).
Поставленная задача в предлагаемом способе - определение оптимальной скорости резания твердосплавными инструментами решается предварительным выбором исходного (определяющего) параметра и включает измерение температуры в зоне контакта инструментальный - обрабатываемый материал при различных скоростях резания с построением графической зависимости и предварительный нагрев образцов твердосплавных инструментов для построения зависимости исходного параметра от температуры, отличающийся тем, что в качестве исходного параметра выбирают температуру предварительного нагрева твердосплавного инструмента, при которой в его формирующейся полиоксидной полупроводниковой поверхностной структуре - пленке достигается наибольший уровень дырочной проводимости, обеспечивающей (наибольшее) снижение электрической составляющей силы адгезионного взаимодействия (с обрабатываемым материалом), затем по построенной графической зависимости: скорость резания - температура резания назначают в качестве оптимальной скорости резания скорость, при которой температура нагрева в зоне рабочего контакта соответствует выбранной температуре предварительного нагрева твердосплавного инструмента. Образование полиоксидного соединения на контактных поверхностях режущего инструмента с наибольшим удельным весом дырочного характера проводимости сопровождается снижением электрической составляющей общей силы адгезионного взаимодействия между контактирующими в процессе резания поверхностями. Это происходит вследствие функционирования в созданных условиях на контактных поверхностях режущего и обрабатываемого материалов полиоксидных пленок с одноименными зарядами, а именно с вакансиями в катионной подрешетке этих соединений, и имеющих, собственно, дырочный тип проводимости. По построенной графической зависимости: скорость резания - температура резания назначают в качестве оптимальной скорости резания скорость, при которой температура нагрева в зоне рабочего контакта соответствует выбранной температуре предварительного нагрева твердосплавного инструмента.The task in the proposed method is to determine the optimal cutting speed with carbide tools is solved by pre-selecting the initial (determining) parameter and includes measuring the temperature in the contact zone instrumental - processed material at various cutting speeds with the construction of a graphical dependence and pre-heating samples of carbide tools to build the dependence of the initial parameter temperature, characterized in that as the initial parameter is selected t is the temperature of preheating of the carbide tool, at which the highest level of hole conductivity is achieved in its forming polyoxide semiconductor surface structure - film, which provides (the greatest) decrease in the electrical component of the adhesive force (with the processed material), then according to the constructed graphical dependence: cutting speed - temperature cutting is assigned as the optimal cutting speed the speed at which the heating temperature in the slave zone the other contact corresponds to the selected temperature of preheating of the carbide tool. The formation of a polyoxide compound on the contact surfaces of the cutting tool with the highest specific gravity of the hole nature of conductivity is accompanied by a decrease in the electrical component of the total adhesive force between the surfaces in contact during cutting. This is due to the functioning under the created conditions on the contact surfaces of the cutting and processed materials of polyoxide films with the same charges, namely, vacancies in the cationic sublattice of these compounds, and having, in fact, hole type conductivity. According to the constructed graphical dependence: cutting speed - cutting temperature, the speed at which the heating temperature in the working contact zone corresponds to the selected pre-heating temperature of the carbide tool is assigned as the optimal cutting speed.
Установлено, что в зависимости от температуры нагревания на поверхности твердых сплавов образуются полиоксидные структуры с тем или иным уровнем дырочной проводимости. Проведенные многочисленные исследования показали также, что на поверхности подвергающихся резанию сталей и сплавов при нагревании их в электрической печи с ограниченным - адекватным по отношению к зоне контакта доступом атмосферного воздуха образуются полиоксидные структуры с большим или меньшим характером проявления именно р-типа проводимости.It has been established that, depending on the heating temperature, polyoxide structures with one or another level of hole conductivity are formed on the surface of hard alloys. Numerous studies have also shown that on the surface of steels and alloys subjected to cutting, when heated in an electric furnace with limited access to atmospheric air with respect to the contact zone, polyoxide structures are formed with a greater or lesser manifestation of p-type conductivity.
Вследствие отталкивания одноименно заряженных поверхностей прочность формирующегося адгезионного контакта - микросваривания в локальной области, а вместе с тем и разрушительные последствия после его нарушения - разрыва контакта - снижаются. В результате твердофазных реакций между контактирующими микрообъемами образуются соединения с менее прочными химическими связями: например, вместо ионной или ковалентной формируется ковалентная со значительной долей металлической или исключительно металлической связью. В итоге адгезионный износ уменьшается. Процесс образования зарядов в полиоксидных структурах, образующихся на контактных поверхностях, обусловлен высокой температурой, давлением, пластической деформацией, периодическим - частичным разрушением пленок, трением и сопровождающими его эффектами, происходящими при резании сталей и сплавов.Due to the repulsion of similarly charged surfaces, the strength of the formed adhesive contact - micro-welding in the local area, and at the same time, the destructive consequences after its violation - contact rupture - are reduced. As a result of solid-phase reactions between contacting microvolumes, compounds with less strong chemical bonds are formed: for example, instead of ionic or covalent, a covalent one with a significant proportion of a metal or exclusively metal bond is formed. As a result, adhesive wear is reduced. The process of charge formation in polyoxide structures formed on contact surfaces is caused by high temperature, pressure, plastic deformation, periodic — partial destruction of films, friction and its accompanying effects that occur when cutting steels and alloys.
В процессе резания различных сталей и сплавов твердосплавные режущие инструменты подвергаются интенсивному окислению и на их контактных поверхностях периодически образуются и разрушаются оксидные пленки. Наиболее низкая интенсивность износа у твердосплавных режущих инструментов была установлена при их эксплуатации в диапазоне оптимальных режимов резания - температур - при которых формирующаяся их поверхностная полиоксидная структура приобретает дырочную проводимость.In the process of cutting various steels and alloys, carbide cutting tools are subjected to intense oxidation and oxide films are periodically formed and destroyed on their contact surfaces. The lowest wear rate of carbide cutting tools was established during their operation in the range of optimal cutting conditions - temperatures - at which their surface polyoxide structure acquires hole conductivity.
Образование такой структуры на поверхности твердосплавного инструментального материала происходит при температурах 600-1200°С и конкретное ее значение определяется в зависимости от химического состава твердого сплава, характера взаимодействия вольфрама с углеродом, наличия легирующих карбидов, уровня растворения карбида вольфрама в кобальте.The formation of such a structure on the surface of carbide tool material occurs at temperatures of 600-1200 ° C and its specific value is determined depending on the chemical composition of the hard alloy, the nature of the interaction of tungsten with carbon, the presence of alloying carbides, and the level of dissolution of tungsten carbide in cobalt.
Как показывают эксперименты, на температуру (диапазон) нагрева, при которой полиоксидная структура приобретает наибольший удельный вес дырочной проводимости, оказывают различные виды упрочняющих воздействий, направленных на продление срока службы режущего инструмента. Среди них наиболее широкое распространение получили газофазные и ионно-плазменные покрытия, имплантация, модифицирование поверхности высокоэнергетическими потоками ионов или электронов, радиационная обработка. Перечисленные технологии упрочнения достаточно заметным образом влияют на термодинамические и кинетические особенности формирования полиоксидной структуры и соответственно на тип проводимости, определяющей характер ее взаимодействия с аналогичной структурой, образующейся на контактной поверхности обрабатываемого материала и имеющей, как было отмечено, дырочный тип проводимости.As experiments show, the temperature (range) of heating at which the polyoxide structure acquires the largest specific gravity of hole conductivity is exerted by various types of reinforcing effects aimed at extending the life of the cutting tool. Among them, the most widely used are gas-phase and ion-plasma coatings, implantation, surface modification with high-energy flows of ions or electrons, and radiation treatment. The listed hardening technologies have a noticeable effect on the thermodynamic and kinetic features of the formation of the polyoxide structure and, accordingly, on the type of conductivity, which determines the nature of its interaction with a similar structure formed on the contact surface of the processed material and having, as noted, a hole type of conductivity.
Реализация способа выполняется в такой последовательности. Сначала отбирают твердосплавные пластинки и производят стойкостные испытания при резании определенной стали или сплава на различных режимах (скоростях) обработки. В процессе резания фиксируется с помощью специального высокочувствительного пирометра средняя температура в зоне резания. Строится график зависимости температуры от скорости резания. После этого твердосплавные пластинки устанавливаются в специальное приспособление, оснащенное электродами из жаростойкого сплава. В свою очередь, приспособление помещается в электрическую печь с ограниченным доступом атмосферного воздуха в строго фиксированное положение, обеспечивающее в зоне нагрева образца разность температур на контактах с электродами в пределах 10-20°С. Последнее обстоятельство обеспечивает надежное генерирование термоэдс в зависимости от температуры нагревания, величину которой регистрируют после того, когда на поверхности окончательно, в результате окисления, сформируется полиоксидная структура - композиция с определенным строением и свойствами. Это происходит после наступления стабилизации в показаниях милливольтметра, которая фиксируется только после некоторой выдержки образца при установленной температуре.The implementation of the method is performed in such a sequence. First, carbide plates are selected and resistance tests are carried out when cutting a certain steel or alloy at various processing modes (speeds). During the cutting process, the average temperature in the cutting zone is fixed using a special highly sensitive pyrometer. A plot of temperature versus cutting speed is built. After that, carbide inserts are installed in a special device equipped with electrodes made of heat-resistant alloy. In turn, the device is placed in an electric furnace with limited access to atmospheric air in a strictly fixed position, providing in the heating zone of the sample the temperature difference at the contacts with the electrodes in the range of 10-20 ° C. The latter circumstance ensures reliable generation of thermoelectric power depending on the heating temperature, the value of which is recorded after the polyoxide structure is formed on the surface as a result of oxidation — a composition with a certain structure and properties. This occurs after stabilization in the millivoltmeter readings, which is recorded only after a certain exposure of the sample at the set temperature.
На основании полученных данных строится график зависимости изменения уровня дырочной проводимости - величины термоэдс, генерируемой полиоксидным материалом, образующимся на контролируемых поверхностях твердого сплава от температуры.Based on the obtained data, a graph is plotted of the dependence of the hole conductivity level — the magnitude of the thermopower generated by the polyoxide material formed on the controlled surfaces of the hard alloy as a function of temperature.
В зависимости от промышленной марки твердого сплава, его состава и строения - в области температур от 600 до 1200°С происходит, как правило, локальная конверсия контролируемого параметра (величины и направления термоэдс), в результате которой снижается удельное значение электронной составляющий проводимости и увеличивается значение дырочной проводимости.Depending on the industrial grade of the hard alloy, its composition and structure - in the temperature range from 600 to 1200 ° C, as a rule, a local conversion of the controlled parameter (magnitude and direction of the thermopower) occurs, as a result of which the specific value of the electronic component of conductivity decreases and the value increases hole conduction.
Для твердых сплавов вольфрам-кобальтовой группы температурный промежуток, при котором происходит смена типа проводимости, составляет 25-75°С. Причем с увеличением в составе твердого сплава кобальтовой составляющей область температурного диапазона существования дырочного характера проводимости расширяется, а ее экстремальное значение смещается в сторону более низких температур.For hard alloys of the tungsten-cobalt group, the temperature interval at which the type of conductivity is changed is 25-75 ° С. Moreover, with an increase in the cobalt component in the composition of the hard alloy, the region of the temperature range of the existence of the hole nature of conductivity expands, and its extreme value shifts toward lower temperatures.
Оптимальные режимы обработки резанием сталей или сплавов выбирают на основании температуры нагревания твердого сплава, при которой на его поверхности формируется полиоксидная структура, обеспечивающая наибольший переход от электронной к дырочной проводимости. Из уже имеющегося графика: скорость резания - температура резания (и графика температуры максимального проявления р-типа проводимости) выбирают оптимальную скорость резания.The optimal processing conditions for cutting steels or alloys are selected based on the heating temperature of the hard alloy, at which a polyoxide structure is formed on its surface, which provides the greatest transition from electronic to hole conductivity. From the existing graph: cutting speed - cutting temperature (and temperature graph of the maximum manifestation of p-type conductivity) choose the optimal cutting speed.
Все действия по проведению измерений величины и типа проводимости - величины и направления термоэдс носят несложный и нетрудоемкий характер, не продолжительны по времени и по сравнению с аналогами и прототипом имеют более высокую точность в определении оптимальной скорости резания.All actions to measure the magnitude and type of conductivity - the magnitude and direction of the thermopower are simple and labor-intensive, are not time-consuming and, compared with analogues and prototype, have higher accuracy in determining the optimal cutting speed.
Как установлено, зависимость изменения характера проводимости от температуры носит экстремальный характер. Сначала, при увеличении температуры от 600°С и выше, когда начинается активное окисление поверхности твердого сплава, происходит рост термоэдс за счет увеличения подвижности электронов. Однако затем величина термоэдс начинает постепенно снижаться. Это происходит в результате достижения в структуре концентрации дырок, сопоставимой с концентрацией электронов. В результате компенсации электронов происходит смена направления протекания тока и существенное увеличение дырочного характера проводимости, которая сначала увеличивается, достигает наибольшей величины, а затем ее удельный вес вновь начинает снижаться. Выбор температуры - скорости резания, при которой наблюдается проявление максимального уровня дырочной проводимости, обеспечивает снижение силы адгезионного взаимодействия в зоне контакта инструментального и обрабатываемого материалов. Это сопровождается снижением величины твердофазного взаимодействия материалов в зоне контакта. В итоге снижается разрушительное последствие вследствие разъединения их контакта и, наконец, уменьшается износ режущего инструмента.It was found that the dependence of the change in the nature of conductivity on temperature is extreme. First, when the temperature increases from 600 ° C and above, when the active oxidation of the surface of the hard alloy begins, the thermopower grows due to an increase in electron mobility. However, then the magnitude of the thermopower begins to decrease gradually. This occurs as a result of achieving a hole concentration in the structure comparable to the electron concentration. As a result of electron compensation, a change in the direction of current flow occurs and a significant increase in the hole nature of conductivity, which first increases, reaches its maximum value, and then its specific gravity begins to decrease again. The choice of temperature - cutting speed, at which a manifestation of the maximum level of hole conductivity is observed, provides a decrease in the strength of the adhesive interaction in the contact zone of the tool and the processed material. This is accompanied by a decrease in the solid-phase interaction of materials in the contact zone. As a result, the destructive effect due to the separation of their contact is reduced and, finally, the wear of the cutting tool is reduced.
Предлагаемый способ обладает высокой точностью в определении оптимальных режимов резания (скорости резания), а следовательно, и качества выбранных твердосплавных режущих инструментов. Это, как показано, достигается за счет использования в качестве информативного исходного параметра типа проводимости - величины термоэдс, полученной при контроле полиоксидной структуры. Тип проводимости полиоксидной структуры полностью зависит от электронного строения данного соединения и существенным образом влияет на его важнейшие свойства: реакционную активность по отношению к другим материалам и к окружающей газовой среде, способность релаксировать и распределять тепловые потоки, образующиеся в зонах трения, оказывать достаточное сопротивление при воздействии на них различных видов механической нагрузки и т.д.The proposed method has high accuracy in determining the optimal cutting conditions (cutting speed), and therefore the quality of the selected carbide cutting tools. This, as shown, is achieved through the use of the type of conductivity as the informative initial parameter — the value of the thermoelectric power obtained during the control of the polyoxide structure. The type of conductivity of the polyoxide structure completely depends on the electronic structure of this compound and significantly affects its most important properties: reactivity with respect to other materials and the surrounding gas environment, the ability to relax and distribute heat fluxes generated in the friction zones, provide sufficient resistance when exposed on them various types of mechanical load, etc.
Наиболее важной причиной большой точности предлагаемого способа является высокая чувствительность связи между направленным движением электронов (типом проводимости) и направлением распространения тепловых потоков, которые существенно влияют на формирование адгезионного контакта и, в общем, определяют интегральный износ режущего инструмента.The most important reason for the great accuracy of the proposed method is the high sensitivity of the connection between the directional movement of electrons (type of conductivity) and the direction of propagation of heat fluxes, which significantly affect the formation of the adhesive contact and, in general, determine the integral wear of the cutting tool.
С увеличением уровня дырочной проводимости снижается величина электрической составляющей твердофазного взаимодействия, а следовательно, и прочность формируемого адгезионного шва. В результате уменьшается разрушение от разъединения поверхностей, а следовательно, и общий износ режущего инструмента. С помощью данного способа представляется возможным по результатам оценки проявления дырочного характера проводимости от температуры прогнозировать интенсивность износа твердосплавных инструментальных материалов, давать оценку их качества (максимальный экстремум р-типа проводимости может проявляться при большей или меньшей температуре нагревания в печи), производить расчет наиболее экономически обоснованных режимов обработки при резании сталей и сплавов, в том числе и труднообрабатываемыхWith an increase in the level of hole conductivity, the electric component of the solid-phase interaction decreases, and, consequently, the strength of the formed adhesive joint. As a result, the destruction from separation of the surfaces and, consequently, the overall wear of the cutting tool are reduced. Using this method, it is possible, based on the results of evaluating the manifestation of hole-type conductivity as a function of temperature, to predict the wear rate of carbide tool materials, to assess their quality (the maximum p-type extremity may occur at a higher or lower heating temperature in the furnace), to calculate the most economically feasible processing modes when cutting steels and alloys, including difficult to machine
На фиг.1 представлена графическая зависимость изменения средней температуры в зоне резания от скорости резания, где: кривая 1 - для твердосплавной режущей пластинки из первой партии образцов; кривая 2 - для твердосплавной режущей пластинки из второй партии образцов.Figure 1 presents a graphical dependence of the change in average temperature in the cutting zone on the cutting speed, where: curve 1 - for carbide cutting inserts from the first batch of samples; curve 2 - for carbide cutting insert from the second batch of samples.
Твердосплавные режущие пластинки были получены от двух разных предприятий-изготовителей.Carbide cutting inserts were obtained from two different manufacturers.
На фиг.2 представлена графическая зависимость изменения термоэдс - показателя типа проводимости полиоксидного образования на поверхности твердосплавной пластинки (доли участия в проводимости электронов и дырок) от температуры нагревания твердосплавной пластинки:Figure 2 presents a graphical dependence of the change in the thermopower - an indicator of the type of conductivity of the polyoxide formation on the surface of the carbide plate (participation in the conductivity of electrons and holes) on the heating temperature of the carbide plate:
кривая 1 - для твердосплавной пластинки из первой партии образцов;curve 1 - for carbide plates from the first batch of samples;
кривая 2 - для твердосплавной пластинки из второй партии образцов.curve 2 - for carbide plates from the second batch of samples.
На фиг.3 представлена схема измерения термоэдс в зависимости от температуры нагревания - окисления твердосплавной пластинки в электрической печи, где: 1 - твердосплавная пластинка, 2 - полиоксидные образования, 3 - электрод из высокотеплопроводного жаростойкого материала, 4 - электрод из низкотеплопроводного жаростойкого материала, 5 - изоляция.Figure 3 presents a diagram of measuring the thermopower depending on the heating temperature - oxidation of the carbide plate in an electric furnace, where: 1 is a carbide plate, 2 is a polyoxide formation, 3 is an electrode of a highly heat-resistant heat-resistant material, 4 is an electrode of a low-heat-resistant heat-resistant material, 5 - isolation.
Пример осуществления способа "Определение оптимальной скорости резания".An example of the method "Determination of the optimal cutting speed".
Оптимальную скорость резания определяли для режущих инструментальных пластинок марки ВК8 для двух партий твердосплавных материалов. Определение оптимальной скорости по предлагаемому способу производили в условиях токарной обработки хромоникелевой стали Х18Н10Т без использования СОЖ. Твердосплавные режущие пластинки сначала подвергались испытанию на износостойкость в процессе резания указанной хромоникелевой стали при различных скоростях резания (от 40 до 120 м/мин). Глубина резания и подача были постоянными и равнялись соответственно 1,5 мм и 0,23 мм/об. По данным исследований, также строилась зависимость изменения температуры в зоне контакта от скорости резания, показанная на фиг.1. Температура определялась с помощью высокочувствительного пирометра.The optimal cutting speed was determined for cutting tool inserts of the VK8 brand for two batches of carbide materials. The determination of the optimal speed by the proposed method was carried out under the conditions of turning of Kh18N10T chromium-nickel steel without the use of coolant. Carbide inserts were first tested for wear during cutting of the specified chromium-nickel steel at various cutting speeds (from 40 to 120 m / min). Depth of cut and feed were constant and equal to 1.5 mm and 0.23 mm / rev, respectively. According to research, the dependence of the temperature change in the contact zone on the cutting speed, shown in Fig. 1, was also built. The temperature was determined using a highly sensitive pyrometer.
После проведенных измерений твердосплавные пластинки помещались в специальное приспособление, представленное на фиг.3, оснащенное электродами, которое затем устанавливалось в электрическую печь в строго определенное положение. Термоэдс при каждой выбранной температуре фиксировалась после завершения процесса образования на поверхности твердосплавных пластинок полиоксидной структуры со стабильными свойствами (через 0,2-1 мин). По показаниям прибора (милливольтметра) строилась зависимость: величина термоэдс - температура нагревания полиоксидной структуры, показанная на фиг.2. Экстремальное значение термоэдс на полученной зависимости (максимальный уровень проявления дырочного типа проводимости) являлось основанием для выбора оптимальной температуры - температуры наиболее выгодного (с целью достижения минимального износа) использования твердосплавных режущих пластинок, а соответствующая этой температуре скорость резания на графике “скорость резания - температура” выбиралась как оптимальная скорость эксплуатации этих пластинок.After the measurements, carbide inserts were placed in a special device, shown in figure 3, equipped with electrodes, which were then installed in an electric furnace in a strictly defined position. The thermoelectric power at each selected temperature was fixed after the completion of the process of formation on the surface of carbide plates of a polyoxide structure with stable properties (after 0.2-1 min). According to the testimony of the device (millivoltmeter), the dependence was built: the magnitude of the thermopower - the heating temperature of the polyoxide structure, shown in figure 2. The extreme value of the thermoelectric power in the obtained dependence (the maximum level of manifestation of the hole type of conductivity) was the basis for choosing the optimal temperature - the temperature of the most favorable (in order to achieve minimal wear) use of carbide cutting inserts, and the cutting speed corresponding to this temperature on the graph “cutting speed - temperature” was chosen as the optimal operating speed of these plates.
“Истинный” тип проводимости определяли при контрольном измерении термоэдс, а в качестве проверяемого образца использовали порошковую окись кобальта ГОСТ 4467-79, имеющую заранее известный - дырочный характер проводимости (Болтакс Б.И. Диффузия и точечные дефекты в полупроводниках. - Л.: Наука, 1972, 382 с.).The “true” type of conductivity was determined during the control measurement of the thermoelectric power, and GOST 4467-79 powder cobalt oxide, which has the previously known hole-type conductivity, was used as the test sample (Boltaks B.I. Diffusion and point defects in semiconductors. - L .: Nauka , 1972, 382 p.).
Из графика “ тип проводимости и ее величина - температура нагревания” (фиг.2) следует, что оптимальная температура при резания стали Х18Н10Т резцами из твердого сплава ВК8 составляет для первой партии резцов 720°С, для второй партии резцов - 690°С. По полученным температурным значениям To1 и To2, определяющих наибольшие значения проявления р-типа проводимости у полиоксидных структур, устанавливали с помощью графика “скорость резания - температура резания” оптимальную скорость резания. Для первой партии резцов она составила 78 м/мин, для второй - 73 м/мин. Стойкостные испытания, проведенные при постоянной подаче, равной 0,23 мм/об и глубине резания 1,5мм, а также при различных скоростях резания показали, что именно при скорости резания, равной 78 м/мин, соответствующей температуре 720°С в зоне контакта для первой партии режущих пластинок, и при скорости резания, равной 73 м/мин, соответствующей температуре в зоне контакта, равной 690°С - для второй партии режущих пластинок наблюдаются минимальные интенсивности износа. Оптимальные скорости резания, полученные для первой и второй партий твердосплавных режущих пластинок по способу в соответствии с прототипом, равнялись соответственно: 80 и 76 м/мин. Проведенные стойкостные испытания показали, что при этих скоростях резания наблюдается повышенная интенсивность износа режущих инструментов по сравнению с определением оптимальной скорости резания, произведенным по предлагаемому способу. При этом в результате статистической обработки было получено, что коэффициент вариации износостойкости по предлагаемому способу для первой партии режущих пластинок составил 0,19; для второй – 0,23. По прототипу соответственно 0,26 и 0,29. Это указывает на больший разброс износостойкости режущих инструментов, эксплуатируемых на скорости резания, определяемой по прототипу, и на предпочтительный характер выбора оптимальной скорости резания по предлагаемому способу. В итоге износостойкость режущих инструментов обеих партий твердосплавных пластин, эксплуатируемых на режимах резания, определенных с помощью прототипа оказалась ниже по сравнению с пластинками, эксплуатируемыми на режимах резания в соответствии с предлагаемым способом.From the graph “type of conductivity and its magnitude - heating temperature” (figure 2) it follows that the optimum temperature when cutting steel X18H10T with cutters made of hard alloy VK8 is 720 ° C for the first batch of cutters, and 690 ° C for the second batch of cutters. Using the obtained temperature values of To 1 and To 2 , which determine the highest values of the manifestation of p-type conductivity in polyoxide structures, the optimum cutting speed was established using the “cutting speed - cutting temperature” graph. For the first batch of incisors, it was 78 m / min, for the second - 73 m / min. Durability tests carried out with a constant feed equal to 0.23 mm / rev and a cutting depth of 1.5 mm, as well as at different cutting speeds showed that it is with a cutting speed of 78 m / min, corresponding to a temperature of 720 ° C in the contact zone for the first batch of cutting inserts, and at a cutting speed of 73 m / min, corresponding to a temperature in the contact zone of 690 ° C, the minimum wear rates are observed for the second batch of cutting inserts. The optimal cutting speeds obtained for the first and second batches of carbide cutting inserts by the method in accordance with the prototype were respectively: 80 and 76 m / min. Conducted persistent tests showed that at these cutting speeds there is an increased intensity of wear of cutting tools compared with the determination of the optimal cutting speed made by the proposed method. Moreover, as a result of statistical processing, it was found that the coefficient of variation of wear resistance according to the proposed method for the first batch of cutting inserts was 0.19; for the second - 0.23. According to the prototype, respectively 0.26 and 0.29. This indicates a greater range of wear resistance of cutting tools operated at a cutting speed determined by the prototype, and the preferred nature of the selection of the optimal cutting speed by the proposed method. As a result, the wear resistance of cutting tools of both batches of carbide inserts operated at cutting conditions determined using the prototype turned out to be lower in comparison with inserts operated at cutting modes in accordance with the proposed method.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002132994/02A RU2230630C1 (en) | 2002-12-06 | 2002-12-06 | Method for determining optimal cutting speed |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002132994/02A RU2230630C1 (en) | 2002-12-06 | 2002-12-06 | Method for determining optimal cutting speed |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2230630C1 true RU2230630C1 (en) | 2004-06-20 |
| RU2002132994A RU2002132994A (en) | 2004-06-27 |
Family
ID=32846522
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002132994/02A RU2230630C1 (en) | 2002-12-06 | 2002-12-06 | Method for determining optimal cutting speed |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2230630C1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2465984C2 (en) * | 2011-02-22 | 2012-11-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method of accelerated determination of optimum cutting speed |
| RU2465985C1 (en) * | 2011-03-11 | 2012-11-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method of accelerated determination of optimum cutting speed |
| RU2494839C1 (en) * | 2012-03-14 | 2013-10-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method of accelerated determination of optimum cutting speed |
| RU2500504C1 (en) * | 2012-04-16 | 2013-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method of accelerated determination of optimum cutting speed |
| RU2538750C2 (en) * | 2013-05-23 | 2015-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Method of determination of optimum cutting speed during metal working |
-
2002
- 2002-12-06 RU RU2002132994/02A patent/RU2230630C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2465984C2 (en) * | 2011-02-22 | 2012-11-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method of accelerated determination of optimum cutting speed |
| RU2465985C1 (en) * | 2011-03-11 | 2012-11-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method of accelerated determination of optimum cutting speed |
| RU2494839C1 (en) * | 2012-03-14 | 2013-10-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method of accelerated determination of optimum cutting speed |
| RU2500504C1 (en) * | 2012-04-16 | 2013-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method of accelerated determination of optimum cutting speed |
| RU2538750C2 (en) * | 2013-05-23 | 2015-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Method of determination of optimum cutting speed during metal working |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Fratini et al. | An analysis of through-thickness residual stresses in aluminium FSW butt joints | |
| Zhou et al. | Effects of tool wear on subsurface deformation of nickel-based superalloy | |
| Werschmoeller et al. | Measurement of tool internal temperatures in the tool–chip contact region by embedded micro thin film thermocouples | |
| Zou et al. | Investigation on frictional wear of single crystal diamond against ferrous metals | |
| Varote et al. | Microstructural analysis of machined surface integrity in drilling a titanium alloy | |
| RU2230630C1 (en) | Method for determining optimal cutting speed | |
| RU2370750C1 (en) | Method of forecasting wear resistance of cemented-carbide cutting tool | |
| Kesriklioglu et al. | Characterization of tool–chip interface temperature measurement with thermocouple fabricated directly on the rake face | |
| RU2422800C1 (en) | Procedure for prognosis of wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| Huang et al. | Effect of the post-heating temperatures on the microstructure, mechanical and electrical properties of silicon nitride thin films | |
| RU2569920C1 (en) | Procedure for forecast of wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| RU2422801C1 (en) | Procedure for prognosis of wear resistance of hard alloy cutting tools | |
| Tortorelli et al. | Growth stress–microstructure relationships for alumina scales | |
| RU2365899C1 (en) | Method of forecasting of wear resistance of carbide cutting tools | |
| Ganesh Kumar et al. | Influence of some test parameters on automated ball indentation test results | |
| RU2374038C1 (en) | Method of definition of optimal cutting speed | |
| JPH0634625A (en) | High temperature damage evaluation of austenitic heat resistant steel | |
| RU2494839C1 (en) | Method of accelerated determination of optimum cutting speed | |
| RU2315972C1 (en) | Method for predicting wear resistance of hard-alloy cutting tools | |
| RU2374040C1 (en) | Method for determination of optimal cutting speed | |
| RU2168394C2 (en) | Method for determining optimal cutting rate | |
| RU2356699C1 (en) | Prediction method of wear resistance of hard-alloy cutting tool | |
| JPH06222053A (en) | Deterioration diagnostic method for ferrite based heat-resistant steel | |
| RU2189887C1 (en) | Method for determining optimal cutting speed | |
| RU2251095C1 (en) | Method of predicting wear resistance of hard alloy cutting tools |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20041207 |