RU2500504C1 - Method of accelerated determination of optimum cutting speed - Google Patents

Method of accelerated determination of optimum cutting speed Download PDF

Info

Publication number
RU2500504C1
RU2500504C1 RU2012115119/02A RU2012115119A RU2500504C1 RU 2500504 C1 RU2500504 C1 RU 2500504C1 RU 2012115119/02 A RU2012115119/02 A RU 2012115119/02A RU 2012115119 A RU2012115119 A RU 2012115119A RU 2500504 C1 RU2500504 C1 RU 2500504C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cutting
wear
fractal dimension
temperature
speed
Prior art date
Application number
RU2012115119/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012115119A (en
Inventor
Владимир Петрович Нестеренко
Алексей Александрович Моховиков
Юрий Иванович Тюрин
Торстеинн Инги Сигфуссон
Иван Анисимович Шулепов
Татьяна Владимировна Копнова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Priority to RU2012115119/02A priority Critical patent/RU2500504C1/en
Publication of RU2012115119A publication Critical patent/RU2012115119A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2500504C1 publication Critical patent/RU2500504C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)

Abstract

FIELD: process engineering.
SUBSTANCE: invention relates to P-grade carbide cutting plates. Proposed method comprises temperature measurements effected in the zone of contact between hard alloy and machined material at different cutting speeds to construct a graphical relationship. Then, constructed graph is used to set optimum cutting speed as that whereat heating temperature in said zone corresponds to temperature whereat wear is formed at chamfer formed in cutting on tool plate cutting wedge rear surface and roughness with the maximum fractal size corresponding to maximum wear resistance.
EFFECT: higher precision, lower labor input.
3 dwg

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 B23B 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 B23B 1/00, BI No. 26, 1983), based on finding the latter by the selected initial parameter associated with changes in the characteristics of the crystal lattice. The crystal lattice period is chosen as the initial parameter for determining the optimal cutting speed, it is determined at various cutting speeds (temperatures), and the optimum speed is taken to be equal to the highest speed at which the lattice period will be maximum.

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 подготовки, 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°C 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 termination of the cutting experiments and special preparation, including its cleaning, possible destruction and the choice of the place of control. Due to the different cooling rates of different areas of the tool material, after the next heating during 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 that occur 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 B23B 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, IPC3 B23B 1/00, BI No. 24, 1981), based on the fact that the maximum speed of the cutting tool corresponds to the minimum length of the hardening area on the contact surface of the cutting tool. The choice of the length of the hardening section as the initial parameter is explained by the fact that its dimensions characterize the deformation state of the metal in the contact zone, the nature and gradient of the effective temperature fields, the conditions of interaction of the metal of the contact zone with the front surface of the tool and have a great influence on the wear rate of the cutting part of the tool. The measurement of the size of the hardening area is carried out using a microscope; build a graph of the dependence of the length of the hardening section on the cutting speed. The minimum length of the hardening section on the graph determines the optimal cutting speed.

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 area due to its small size, averaging 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. Because 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 other methods, for example, by measuring the microhardness, 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, B23B 1/00, Б.И №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 (A.S. No. 1227339, B23B 1/00, B.I. No. 16, 1986), selected as a prototype and consisting in the fact that the vacancy level is selected as the initial parameter defects in the structure of the hard alloy. First, the degree of vacancy defects at various heating temperatures is successively measured. Then the optimum temperature - cutting speed is defined as the highest temperature - the speed at which the minimum value of the vacancy defect level is established in the structure.

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 level of free energy of a solid is established, as a consolidating system consisting of individual microvolumes and at which a minimum adhesion intensity is likely to be observed wear (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) для режущих инструментов, оснащенных твердыми сплавами - группы применяемости Р (вольфрам - титан - кобальтовые твердые сплавы и др.).The objective of the proposed method is to increase the accuracy and reduce the complexity in determining the optimal cutting conditions (optimal cutting speed) for cutting tools equipped with hard alloys - applicability group P (tungsten - titanium - cobalt hard alloys, etc.).

Решение поставленной задачи в предлагаемом способе - определение оптимальной скорости резания твердосплавными режущими инструментами группы применяемости Р в виде режущих пластин включает сначала проведение измерения температуры в зоне рабочего контакта твердый сплав - обрабатываемый материал при различных скоростях резания с построением графической зависимости, а затем по построенной графической зависимости устанавливают в качестве оптимальной скорости резания скорость, при которой температура нагрева в зоне рабочего контакта твердый сплав -обрабатываемый материал, соответствует температуре образования на фаске износа, формируемой в процессе резания на задней поверхности режущей пластины, шероховатости с наименьшей фрактальной размерностью, соответствующей наибольшей износостойкости режущего инструмента.The solution of the problem in the proposed method is to determine the optimal cutting speed with carbide cutting tools of the applicability group P in the form of cutting inserts, first includes measuring the temperature in the working contact zone of the hard alloy — the material being processed at various cutting speeds with the construction of a graphical dependence, and then using the constructed graphical dependence set the speed at which the heating temperature in the zone of the working contact t Verdoy alloy - the material being processed, corresponds to the temperature of formation on the wear facet formed during cutting on the back surface of the cutting insert, roughness with the smallest fractal dimension, corresponding to the highest wear resistance of the cutting tool.

Обработка материалов (сталей), вызывающих интенсивный диффузионный износ осуществляется, как правило, твердосплавными, группы применяемости Р режущими инструментами, подвергающимися высоким температурным воздействиям.The processing of materials (steels) that cause intense diffusion wear is carried out, as a rule, by carbide, groups of applicability P by cutting tools subjected to high temperature influences.

Между оптимальными режимами эксплуатации режущего инструмента (оптимальной скоростью) и его износостойкостью имеется прямая связь. Оптимальная скорость эксплуатации режущего инструмента обеспечивает наибольшую его износостойкость и экономическую эффективность. Величина оптимальной скорости резания при обработке материалов, вызывающих интенсивный диффузионный износ может оцениваться по степени развитости шероховатости рабочих поверхностей режущей пластины (фрактальной размерности).There is a direct link between the optimal operating conditions of the cutting tool (optimal speed) and its wear resistance. The optimum speed of operation of the cutting tool provides the greatest wear resistance and economic efficiency. The value of the optimal cutting speed when processing materials that cause intense diffusion wear can be estimated by the degree of development of the roughness of the working surfaces of the cutting insert (fractal dimension).

Как показали измерения и контроль, микрорельеф, образующейся поверхности износа, обладает фрактальными свойствами. Это проявляется в том, что при уменьшении масштаба измерения шероховатой поверхности ее площадь не стремиться к конечному пределу, а возрастает степенным образом. Основной характеристикой фрактальных поверхностей является их фрактальная размерность. Степень развитости шероховатой структуры (фрактальная размерность) поверхности износа тесным образом связана с механохимическими и электрофизическими свойствами поверхности и приповерхностного слоя.As measurements and control have shown, the microrelief of the resulting wear surface has fractal properties. This is manifested in the fact that with a decrease in the measurement scale of a rough surface, its area does not tend to a finite limit, but increases exponentially. The main characteristic of fractal surfaces is their fractal dimension. The degree of development of the rough structure (fractal dimension) of the wear surface is closely related to the mechanochemical and electrophysical properties of the surface and the surface layer.

Большое влияние на процесс формирования степени развитости шероховатости износа, оказывают образующиеся при резании на контактных гранях поверхностные и приповерхностные оксикарбонитридные структуры. На образование этих соединений, их разрушение в результате диффузии и формирование шероховатости на контактных поверхностях режущего инструмента оказывают процессы адсорбции, ее особенности и этапы.A large influence on the formation of the degree of development of the wear roughness is exerted by the surface and surface hydroxycarbonitride structures formed during cutting on the contact faces. The formation of these compounds, their destruction as a result of diffusion, and the formation of roughness on the contact surfaces of the cutting tool are affected by adsorption processes, its features, and stages.

Величина и развитость шероховатости, формируемой в процессе резания на контактных поверхностях режущей пластины, зависит от состава и структуры твердого сплава, интенсивности адсорбции атомов и молекул кислорода и азота контактными поверхностями режущего инструмента, состава и свойств, образующихся оксикарбонитридных пленок.The magnitude and development of the roughness formed during cutting on the contact surfaces of the cutting insert depends on the composition and structure of the hard alloy, the intensity of adsorption of atoms and oxygen and nitrogen molecules by the contact surfaces of the cutting tool, the composition and properties of the formed oxycarbonitride films.

На фрактальную размерность поверхности износа оказывает влияние величина и характер пористости твердого сплава, состав карбидных зерен, состав и свойства кобальтовой связки, состав и степень дефектности межзеренных и межфазных границ, наличие примесей, сорбционные свойства микрорельефа, электрические и магнитные свойства поверхности и объема. Между фрактальной размерностью шероховатой поверхности фаски износа и износостойкостью режущего инструмента из твердого сплава группы применяемости Р имеется тесная корреляционная связь. С уменьшением развитости шероховатости фаски износа на задней поверхности режущей пластины и ее фрактальной размерности износостойкость режущего инструмента возрастает. Снижение удельной поверхности фаски износа сопровождается уменьшением дефектности структуры изнашиваемого материала, вследствие образования на поверхности и в приповерхностных слоях плотных оксикарбонитридных образований с высокой степенью когерентности кристаллической решетки этих соединений к карбиду титана. Последнее обстоятельство способствует временному снижению интенсивности адсорбции атомов и молекул окружающей газовой среды поверхностью износа режущего инструмента. Возобновление интенсивной адсорбции происходит при достижении изнашиваемой поверхностью достаточной степени дефектности, которая наступает при отделении от поверхности деградированного слоя. Резание материалов, вызывающих интенсивный диффузионный износ инструмента из твердого сплава группы применяемости Р сопровождается образованием поверхностного и приповерхностного плотного оксикарбонитридного слоя, постепенным ослаблением связи этого слоя с основой, удалением деградированной поверхностной структуры, последующим повторным образованием поверхностного и приповерхностного плотного оксикарбонитридного слоя и т.д. Деструкция поверхностного и приповерхностного слоя (ослабление структуры) происходит в результате последовательной локальной химической эрозии, проявляющейся в диффузии кислорода и азота в глубинные слои, а углерода структуры твердого сплава к поверхности. Это приводит к разрушению единой оксикарбонитридной структуры и образованию обособленных оксидных, нитридных и карбидных формирований. Образование в результате химической адсорбции атомов и молекул кислорода плотного когерентного поверхностного и приповерхностного оксикарбонитридного слоя приводит к снижению поверхностной дефектности и, одновременно, к снижению процессов последующей адсорбции кислорода и процессов окисления граней режущей пластины. С одной стороны тонкие окисикарбонитридные пленки, интенсивно образующиеся на контактных поверхностях режущего инструмента из твердого сплава группы применяемости Р выдерживают высокие механические контактные напряжения и эффективно выполняют роль теплоизоляции, что приводит к снижению износа. С другой стороны периодический характер разрушения приповерхностной оксикарбонитридной структуры - (в виде отделения тонких слоев) инициирует активное окисление и азотирование, способствующее восстановлению низкой величины фрактальной размерности. Представленные закономерности проявляют себя, как в период начального, так и в период нормального износа. Кратковременное повышение фрактальной размерности в результате схода деградированного слоя устраняется за счет последующего интенсивного образования оксикарбонитридной поверхностной структуры вследствие адсорбции кислорода и азота и восходящей диффузии углерода к поверхности из глубинных слоев твердых сплавов. Рассматриваемый механизм износа твердосплавных группы применяемости Р режущих инструментов связан с процессом самоорганизации структуры, заключающейся в том, что интенсивная газовая адсорбция протекает при высокой дефектности свежеобразованной поверхности, возникающей в результате отделения деградированного слоя. Процесс самоорганизации (образование гладкого - неразвитого микрорельефа) сопровождается снижением интенсивности адсорбциии газовых молекул и интенсивности образования оксикарбонитридного слоя. Формирующиеся тонкие и плотные оксикарбонитридные пленки, в свою очередь, экранируют тепловые потоки, направленные в тело инструментального материала, перенос массы, как в сторону режущего инструмента, так и в сторону обрабатываемого материала. Рассмотренные процессы приводят к снижению износа. Кроме того, при установившемся порядке саморегулирования явлений в зонах контакта твердого сплава и обрабатываемого материалов (образование на контактных поверхностях режущего инструмента тонких и плотных оксикарбонитридных износостойких пленок, их функционирование, удаление и последующее формирование) увеличение коэффициента трения, составляющих сил резания, резкое снижение качества обрабатываемой поверхности наступают при более высоких значениях параметров - критериях износа, характеризующих переход нормального износа к катастрофическому.The fractal dimension of the wear surface is influenced by the size and nature of the porosity of the hard alloy, the composition of carbide grains, the composition and properties of the cobalt binder, the composition and degree of defect of grain and interphase boundaries, the presence of impurities, the sorption properties of the microrelief, the electrical and magnetic properties of the surface and volume. There is a close correlation between the fractal dimension of the rough surface of the wear facet and the wear resistance of a carbide cutting tool of application group P. With a decrease in the development of the roughness of the wear facet on the back surface of the cutting insert and its fractal dimension, the wear resistance of the cutting tool increases. A decrease in the specific surface of the wear facet is accompanied by a decrease in the defectiveness of the structure of the wear material due to the formation of dense hydroxycarbonitride formations on the surface and in the surface layers with a high degree of crystal lattice coherence to titanium carbide. The latter circumstance contributes to a temporary decrease in the adsorption intensity of atoms and molecules of the surrounding gas medium by the wear surface of the cutting tool. The resumption of intense adsorption occurs when the wear surface reaches a sufficient degree of imperfection, which occurs when the degraded layer is separated from the surface. The cutting of materials that cause intense diffusion wear of a tool from a hard alloy of the applicability group P is accompanied by the formation of a surface and surface dense oxycarbonitride layer, a gradual weakening of the bond of this layer with the base, removal of the degraded surface structure, subsequent re-formation of a surface and surface dense oxycarbonitride layer, etc. The destruction of the surface and subsurface layers (weakening of the structure) occurs as a result of sequential local chemical erosion, which manifests itself in the diffusion of oxygen and nitrogen into the deep layers, and the carbon structure of the hard alloy to the surface. This leads to the destruction of a single oxycarbonitride structure and the formation of isolated oxide, nitride and carbide formations. The formation of a dense coherent surface and near-surface oxycarbonitride layer as a result of chemical adsorption of oxygen atoms and molecules leads to a decrease in surface imperfection and, at the same time, to a reduction in the processes of subsequent adsorption of oxygen and oxidation of the faces of the insert. On the one hand, thin oxycarbonitride films intensively formed on the contact surfaces of a carbide cutting tool of application group P withstand high mechanical contact stresses and effectively perform the role of thermal insulation, which reduces wear. On the other hand, the periodic nature of the destruction of the surface hydroxycarbonitride structure - (in the form of separation of thin layers) initiates active oxidation and nitriding, which helps to restore a low fractal dimension. The presented patterns manifest themselves both in the initial and in the period of normal wear and tear. A short-term increase in fractal dimension due to the descent of the degraded layer is eliminated due to the subsequent intensive formation of an oxycarbonitride surface structure due to adsorption of oxygen and nitrogen and upward diffusion of carbon to the surface from the deep layers of hard alloys. The considered mechanism of wear of carbide applicability group P of cutting tools is associated with the process of self-organization of the structure, which consists in the fact that intense gas adsorption occurs when the freshly formed surface is highly defective as a result of separation of the degraded layer. The process of self-organization (the formation of a smooth, undeveloped microrelief) is accompanied by a decrease in the intensity of adsorption of gas molecules and the intensity of the formation of an oxycarbonitride layer. The formed thin and dense oxycarbonitride films, in turn, shield the heat flux directed into the body of the tool material, the mass transfer, both towards the cutting tool and towards the material being processed. The processes considered lead to reduced wear. In addition, with the established procedure for self-regulation of phenomena in the contact zones of the hard alloy and the processed material (the formation of thin and dense hydroxycarbonitride wear-resistant films on the contact surfaces of the cutting tool, their functioning, removal and subsequent formation), an increase in the friction coefficient of the cutting forces and a sharp decrease in the quality of the processed surfaces occur at higher values of parameters - wear criteria characterizing the transition of normal wear to katas roficheskomu.

Из представленного следует, что снижение развитости шероховатости фаски износа и, соответственно, фрактальной размерности тесно связано с увеличением износостойкости (времени работы резца, до установленного критерия затупления, например, по задней поверхности) режущего инструмента. Следовательно, определение режимов резания (определение оптимальной скорости резания), с учетом степени развитости формируемого микрорельефа поверхности износа, является важным этапом, тесно связанным, с износостойкостью и с производительностью механической обработки.From the presented it follows that the decrease in the development of the roughness of the wear facet and, accordingly, the fractal dimension is closely related to the increase in wear resistance (cutter operating time, up to the established dullness criterion, for example, on the back surface) of the cutting tool. Therefore, the determination of cutting conditions (determination of the optimal cutting speed), taking into account the degree of development of the formed microrelief of the wear surface, is an important step that is closely related to wear resistance and machining performance.

Процесс адсорбции газовых молекул кислорода и азота на контактных поверхностях режущих инструментов твердых сплавов группы применяемости Р состоит из двух основных стадий и носит специфический характер. Особенностью является то, что сильная химическая адсорбция протекает на первом этапе. Ее интенсивность связана с высокой исходной степенью поляризации изнашиваемой поверхности твердого сплава. Второй этап включает продолжительную физическую адсорбцию. Основные активные центры адсорбции газовых атомов и молекул располагаются в полостях образующихся микротрещин поверхности износа, углублений, открытых и закрытых пор. Во внутренних полостях указанных несовершенств, изнашиваемой поверхностной структуры режущего инструмента, формируются оксидные, нитридные и оксикарбонитридные плотные структуры с высокой степенью когерентности к базовому соединению инструментальной композиции - карбиду титана. Вследствие этого интенсивность переноса тепла и массы со стороны обрабатываемого материала и окружающей газовой среды в глубинные слои твердосплавного материала снижается. Последние обстоятельство ограничивают эрозию и разрушение инструментальной структуры и обеспечивают повышение износостойкости режущего инструмента на отдельных этапах его функционирования между сходами деградированного слоя с поверхности износа. При обработке материалов, допускающих высокие скорости резания (не вызывающих интенсивного адгезионного взаимодействия) инструментами из твердых сплавов группы применяемости Р отсутствуют высокие касательные напряжения, а коэффициент трения имеет низкое значение. Вследствие этого для режущих инструментов группы применяемости Р нет необходимости в интенсивном окислении контактных поверхностей с целью снижения касательных контактных напряжений. Для них является достаточным интенсивное оксикарбонитрирование поверхности износа после схода деградированного слоя и низкое или умеренное оксикарбонитрирование контактных поверхностей в период между смежными этапами отделения деградированных структур. Поверхностная контактная структура режущих инструментов твердых сплавов группы применяемости Р выдерживает высокие нормальные напряжения и вместе с тем подвержена разрушению от действия касательных напряжений. Низкая развитость шероховатости поверхности предполагает отсутствие на микрорельефе фаски износа локальных площадок с большим наклоном к номинальной поверхности. Вследствие этого интенсивность и частота сколов локальных оксикарбонитридных структур существенно снижается. Увеличение протяженности площадок выступов и впадин шероховатостей (уменьшение фрактальной размерности), приводит к увеличению напряжений, необходимых для скалывания, сформировавшихся на микрошероховатостях структур. Это в итоге приводит затем к увеличению износостойкости режущих инструментов. Таким образом, чем ниже развитость шероховатости контактных поверхностей, тем выше эксплуатационные характеристики твердосплавных режущих инструментов группы применяемости Р, при обработке материалов, вызывающих интенсивный диффузионный износ. С уменьшением развитости шероховатости поверхности износа увеличивается прочность связи трансформированной в результате адсорбции кислорода и азота поверхностной и приповерхностной структуры с твердосплавной основой и тем выше износостойкость режущих инструментов. Большое влияние на высоту шероховатости и ее развитость на фаске износа по задней поверхности оказывает характер контакта инструментального и обрабатываемым материалом. Твердосплавные группы применяемости Р режущие инструменты применяются для обработки материалов с низкой адгезионной активностью по отношению к инструментальному материалу. Такая обработка может производиться с высокой скоростью и сопровождаться действием в зонах контакта высоких температур и разнообразных химических реакций. Химические реакции, в свою очередь обусловлены высокой подвижностью атомов реагирующих компонентов. Так, атомы обрабатываемого материала проникают в структуру твердосплавного материала и, наоборот. Вследствие образования на поверхности и в приповерхностной области фаски износа инородных структур наступает деградация твердосплавного материала, его разрушение и формирование некоторой шероховатости поверхности, которая в свою очередь, может инициировать адсорбцию, окисление и азотирование поверхности. Основными объектами сосредоточения диффундирующих атомов из обрабатываемого материала в структуру твердосплавного материала являются поверхностные и объемные дефекты твердосплавной композиции. К ним относятся в первую очередь открытые и закрытые поры поверхности. При некоторых оптимальных режимах резания (температурах) объектом адсорбции контактными поверхностями твердосплавного режущего инструмента являются атомы и молекулы кислорода и азота окружающей газовой среда. Последние захватываются дефектами поверхности и образуют с веществом субстрата (карбидом титана) плотные и высоко - когерентные к основе (подложке) соединения, имеющие высокую химическую инертность. Вследствие этого на поверхности и в приповерхностной области формируются структуры, являющиеся эффективным теплоизоляционным и антидиффузионным экраном, ограничивающим проникновение в структуру твердого сплава атомов обрабатываемого материала. Чем выше степень стехиометрии образующихся соединений, тем выше эксплуатационные характеристики образующихся поверхностных и приповерхностных структур.The process of adsorption of gas molecules of oxygen and nitrogen on the contact surfaces of cutting tools of hard alloys of the applicability group P consists of two main stages and is specific in nature. A feature is that strong chemical adsorption occurs at the first stage. Its intensity is associated with a high initial degree of polarization of the wear surface of the hard alloy. The second stage involves continuous physical adsorption. The main active centers of adsorption of gas atoms and molecules are located in the cavities of the resulting microcracks of the wear surface, depressions, open and closed pores. In the internal cavities of the indicated imperfections, the wear-out surface structure of the cutting tool, oxide, nitride and oxycarbonitride dense structures are formed with a high degree of coherence to the base compound of the instrumental composition - titanium carbide. As a result of this, the intensity of heat and mass transfer from the side of the processed material and the surrounding gas medium into the deep layers of carbide material decreases. The latter circumstance limits the erosion and destruction of the instrumental structure and provides an increase in the wear resistance of the cutting tool at the individual stages of its functioning between the outflows of the degraded layer from the wear surface. When processing materials that allow high cutting speeds (not causing intense adhesive interaction) with hard alloy tools of application group P, there are no high tangential stresses, and the coefficient of friction is low. As a result, for cutting tools of the applicability group P there is no need for intensive oxidation of contact surfaces in order to reduce tangential contact stresses. For them, intensive oxycarbonitriding of the wear surface after the degradation of the degraded layer is sufficient and low or moderate oxycarbonitriding of the contact surfaces between the adjacent stages of separation of the degraded structures is sufficient. The surface contact structure of cutting tools for hard alloys of the applicability group P withstands high normal stresses and, at the same time, is subject to destruction from the action of shear stresses. The low development of surface roughness implies the absence of a chamfer of wear on local sites with a large slope to the nominal surface on the microrelief. As a result, the intensity and frequency of cleavage of local oxycarbonitride structures is significantly reduced. An increase in the length of the areas of protrusions and troughs of roughnesses (a decrease in fractal dimension) leads to an increase in the stresses necessary for cleavage formed on the microroughnesses of structures. This ultimately leads then to an increase in the wear resistance of cutting tools. Thus, the lower the development of the roughness of the contact surfaces, the higher the operational characteristics of carbide cutting tools of the applicability group P, when processing materials that cause intense diffusion wear. With a decrease in the development of the roughness of the wear surface, the bond strength of the surface and near-surface structure transformed as a result of oxygen and nitrogen adsorption with the carbide base increases, and the wear resistance of cutting tools is higher. A great influence on the roughness height and its development on the wear facet on the back surface is exerted by the nature of the contact between the tool and the processed material. Carbide groups of applicability P cutting tools are used for processing materials with low adhesive activity with respect to tool material. Such processing can be carried out with high speed and be accompanied by the action in the contact zones of high temperatures and various chemical reactions. Chemical reactions, in turn, are due to the high mobility of the atoms of the reacting components. So, the atoms of the processed material penetrate the structure of carbide material and vice versa. Due to the formation of a chamfer of wear of foreign structures on the surface and in the near-surface region, carbide material degrades, destroys it, and forms a certain surface roughness, which, in turn, can initiate surface adsorption, oxidation, and nitriding. The main objects of concentration of diffusing atoms from the processed material into the structure of the carbide material are surface and bulk defects of the carbide composition. These include primarily open and closed surface pores. At some optimal cutting conditions (temperatures), the objects of oxygen and nitrogen of the surrounding gas medium are the objects of adsorption by the contact surfaces of the carbide cutting tool. The latter are captured by surface defects and form dense and highly coherent compounds (with a high chemical inertness) with the substrate substance (titanium carbide). As a result of this, structures are formed on the surface and in the near-surface region, which are an effective heat-insulating and anti-diffusion screen that limits the penetration of atoms of the processed material into the structure of the hard alloy. The higher the degree of stoichiometry of the resulting compounds, the higher the operational characteristics of the resulting surface and subsurface structures.

На степень стехиометрии образующихся соединений оказывает большое влияние состав карбидных зерен (в том числе наличие примесей), а также интенсивность адсорбции контактными поверхностями кислорода и азота окружающей газовой среды. Интенсивность адсорбции поверхностью кислорода и азота в свою очередь также зависит от состава и присутствия химических элементов - примесей, активирующих адсорбцию. С увеличением в составе карбида титана, например, кальция и алюминия интенсивность адсорбции газовых элементов возрастает. Формируется термодинамически - равновесная (стехиометрическая) структура. Поэтому образование развитой структуры и разрушение структуры твердосплавного материала в процессе резания радикально снижаются. Наиболее существенно при этом снижается диффузионная составляющая интегрального износа.The degree of stoichiometry of the resulting compounds is greatly influenced by the composition of carbide grains (including the presence of impurities), as well as the intensity of adsorption of oxygen and nitrogen by the contact surfaces of the surrounding gas medium. The intensity of adsorption by the surface of oxygen and nitrogen, in turn, also depends on the composition and presence of chemical elements - impurities that activate adsorption. With an increase in the composition of titanium carbide, for example, calcium and aluminum, the adsorption intensity of gas elements increases. A thermodynamically equilibrium (stoichiometric) structure is formed. Therefore, the formation of a developed structure and the destruction of the structure of carbide material during cutting are radically reduced. In this case, the diffusion component of integral wear is most significantly reduced.

Таким образом, степень развитости образующегося микрорельефа площадок износа на контактных поверхностях будет зависеть от состава подложки, характера формирующихся химических связей между компонентами поверхности твердосплавной композиции и адсорбатом и интенсивности хрупкого разрушения, происходящего в микрообъемах поверхностной и приповерхностной структуры твердого сплава. Большое влияние на характер разрушения поверхностного слоя и образование неразвитого микрорельефа, характеризующегося низкой фрактальной размерностью, оказывает низкое значение коэффициентов интенсивности разрушения, образующейся поверхностной и приповерхностной оксикарбонитридной структуры на контактных поверхностях режущей пластины. Это предполагает, с одной стороны, низкую трещиностойкость структуры, а с другой, - эффективное проникновение в структуру твердых сплавов газовых молекул кислорода и азота и образование защитных оксикарбонитридных структур. Высокую способность к торможению, образующихся при разрушении приповерхностной структуры трещин обеспечивает высокая степень поверхностной дефектности полиоксидных и оксикарбонитридных пленок. В поверхностных структурах, формирующихся на контактных поверхностях режущего инструмента, содержится незначительная концентрация вакансий, и высокая концентрация мелких и крупных пор. В оксикарбонитридных пленках титана основную часть вакансионного поля составляют катионные вакансии, а в оксидных пленках кобальта - анионные вакансии. С уменьшением концентрации обеих типов вакансий, при одновременном увеличении их объединений (мелких и крупных пор), развитость микрорельефа при разрушении поверхностных структур снижается. Последнее обстоятельство сопровождается снижением фрактальной размерности.Thus, the degree of development of the resulting microrelief of wear sites on contact surfaces will depend on the composition of the substrate, the nature of the formed chemical bonds between the surface components of the carbide composition and the adsorbate, and the intensity of brittle fracture occurring in the microvolumes of the surface and subsurface structure of the hard alloy. A large influence on the nature of the destruction of the surface layer and the formation of an undeveloped microrelief, characterized by a low fractal dimension, is exerted by the low value of the coefficients of the fracture intensity formed by the surface and surface hydroxycarbonitride structures on the contact surfaces of the cutting insert. This implies, on the one hand, low crack resistance of the structure, and on the other hand, the effective penetration of oxygen and nitrogen gas molecules into the structure of solid alloys and the formation of protective hydroxycarbonitride structures. The high ability to inhibit formed during the destruction of the surface structure of cracks provides a high degree of surface imperfection of polyoxide and oxycarbonitride films. The surface structures formed on the contact surfaces of the cutting tool contain a low concentration of vacancies, and a high concentration of small and large pores. In titanium oxycarbonitride films, the bulk of the vacancy field is made up of cationic vacancies, and in cobalt oxide films, anionic vacancies. With a decrease in the concentration of both types of vacancies, with a simultaneous increase in their associations (small and large pores), the development of the microrelief during the destruction of surface structures decreases. The latter circumstance is accompanied by a decrease in fractal dimension.

Контакт инструментальных поверхностей с обрабатываемым материалом является неоднородным и не сплошным. Поверхности режущей пластины не одновременно и не в равной степени подвергаются трансформации за счет атмосферного кислорода и азота. Характер хрупкого разрушения контактных поверхностей режущей пластины вследствие диффузионного взаимодействия с обрабатываемым материалом будет определяться степенью модификации поверхностной и приповерхностной структуры, происходящей при ее взаимодействии с окружающей газовой средой. Развитие окисления и оксикрбонитрирования, от мгновенного, характеризующегося образованием пленки, состоящей из одного слоя атомов, до многоэтапного, характеризующегося образованием многослойной пленки интенсифицируется, в результате формирования в образующейся поверхностной и приповерхностной структуре активных областей - активных центров. Активные центры имеют пониженную энергию ионизации и способствуют эффективному захвату адсорбируемых молекул кислорода и азота и удержанию их на поверхности. Основными центрами захвата инструментальной поверхностью атомов и молекул кислорода и азота являются неоднородные по составу области в виде наличия вакансий, примесных атомов или их комбинаций.The contact of tool surfaces with the processed material is heterogeneous and not continuous. The surface of the cutting insert is not simultaneously and not equally subjected to transformation due to atmospheric oxygen and nitrogen. The nature of the brittle fracture of the contact surfaces of the cutting insert due to diffusion interaction with the processed material will be determined by the degree of modification of the surface and surface structures that occur when it interacts with the surrounding gas environment. The development of oxidation and oxycarbonitriding, from instantaneous, characterized by the formation of a film consisting of a single layer of atoms, to a multi-stage, characterized by the formation of a multilayer film, is intensified, as a result of the formation of active regions - active centers in the resulting surface and subsurface structure. Active centers have a reduced ionization energy and contribute to the effective capture of adsorbed oxygen and nitrogen molecules and their retention on the surface. The main centers of capture by the instrumental surface of atoms and molecules of oxygen and nitrogen are regions that are heterogeneous in composition in the form of vacancies, impurity atoms, or combinations thereof.

Интенсивность захвата атомов и молекул кислорода и азота контактной инструментальной поверхностью (контакт происходит с обрабатываемым материалом) возрастает со снижением давления в межконтактной области (пространство между контактирующими поверхностями). Чем ниже давление в межконтактной области, тем сильнее захват, проникающих в эту область атомов и молекул кислорода и азота. Процесс захвата происходит в условиях высокой конкуренции между различными активными центрами (центрами захвата) поверхности. Наиболее вероятными центрами захвата являются следующие структурные дефекты: анионная вакансия в комбинации с электроном в структуре оксидной пленки титана, катионная вакансия в комбинации с дыркой в структуре оксидной пленки кобальта, примесный ион и катионная вакансия в комбинации с анионной вакансией в структуре оксида титана, примесный ион и анионная вакансия в комбинации с катионной вакансией в структуре оксида кобальта, атомарные центры в кристаллах с одновалентными катионными примесями, ионы одно и двухвалентной примеси в анионной вакансии в структуре оксида титана, сам процесс перехода примесного иона из катионной подрешетки в анионную, процесс деформационного перемешивания катионной и анионной подрешеток. Рассмотренные статические и динамические активные центры имеют энергию ионизации значительно меньшую, чем у атомов, составляющих поверхностную бездефектную структуру твердого сплава. Вследствие этого, данные структурные дефекты активно участвуют в осуществлении адсорбционного процесса. Они способствуют захвату и удержанию атомов и молекул кислорода и азота в поле действия электронных и атомных сил в течение всего периода времени, необходимого для осуществления химических реакций с элементами поверхности, и формирования на поверхности и в приповерхностной области стехиометрического оксикарбонитридного ландшафта. В процессе разрушения такой структуры при диффузионном взаимодействии инструментальной поверхности с обрабатываемым материалом интенсивность износа поверхности контакта, шероховатость и ее фрактальная размерность кратковременно незначительно возрастают. Однако, последующая интенсивная адсорбция газовых молекул реконструирует структуру и воссоздает ее защитные свойства. Вследствие этого ее износостойкость быстро восстанавливается.The rate of capture of atoms and molecules of oxygen and nitrogen by the contact tool surface (contact occurs with the processed material) increases with decreasing pressure in the intercontact region (the space between the contacting surfaces). The lower the pressure in the intercontact region, the stronger the capture of atoms and molecules of oxygen and nitrogen penetrating into this region. The capture process occurs in conditions of high competition between various active centers (capture centers) of the surface. The most probable trapping centers are the following structural defects: anionic vacancy in combination with an electron in the structure of the titanium oxide film, cationic vacancy in combination with a hole in the structure of the cobalt oxide film, impurity ion and cationic vacancy in combination with the anionic vacancy in the structure of titanium oxide, impurity ion and anionic vacancy in combination with a cationic vacancy in the structure of cobalt oxide, atomic centers in crystals with monovalent cationic impurities, ions of one and divalent impurities in anio the vacancy in the structure of titanium oxide, the process of transition of an impurity ion from the cationic sublattice to the anionic one, the process of deformation mixing of the cationic and anionic sublattices. The considered static and dynamic active centers have an ionization energy significantly lower than that of the atoms that make up the surface defect-free structure of the hard alloy. As a consequence, these structural defects are actively involved in the implementation of the adsorption process. They contribute to the capture and retention of atoms and molecules of oxygen and nitrogen in the field of action of electronic and atomic forces during the entire period of time necessary for chemical reactions with surface elements, and the formation of a stoichiometric oxycarbonitride landscape on the surface and in the surface region. In the process of destruction of such a structure during the diffusion interaction of the tool surface with the processed material, the wear surface of the contact surface, roughness and its fractal dimension increase slightly for a short time. However, the subsequent intense adsorption of gas molecules reconstructs the structure and recreates its protective properties. As a result, its wear resistance is quickly restored.

Эффективность взаимодействия молекул кислорода и азота с изнашиваемой инструментальной поверхностью оценивается с помощью коэффициента аккомодации. Коэффициент аккомодации представляет собой меру эффективности захвата адсорбируемых молекул поверхностью и меру теплообмена между адсорбентом и адсорбатом. Коэффициент аккомодации. используется для оценки степени заполнения поверхности адсорбируемыми атомами и молекулами. С увеличением в составе твердых сплавов, например кальция и алюминия интенсивность захвата атомов и молекул кислорода и азота нагретой (при резании) изнашиваемой поверхностью возрастает. Результатом высокой степени аккомодации адсорбируемых атомов и молекул является формирование эффективной оксикарбонитридной структуры, деградация которой приводит к образованию низкошероховатого и не развитого микрорельефа, имеющего низкую фрактальную размерность и высокую износостойкость.The effectiveness of the interaction of oxygen and nitrogen molecules with a wearing tool surface is estimated using the accommodation coefficient. The accommodation coefficient is a measure of the efficiency of capture of adsorbed molecules by the surface and a measure of heat transfer between the adsorbent and the adsorbate. The coefficient of accommodation. It is used to assess the degree of filling of the surface with adsorbed atoms and molecules. With an increase in the composition of hard alloys, for example, calcium and aluminum, the capture rate of atoms and molecules of oxygen and nitrogen by the heated (during cutting) wear surface increases. The result of a high degree of accommodation of adsorbed atoms and molecules is the formation of an effective oxycarbonitride structure, the degradation of which leads to the formation of a low-rough and undeveloped microrelief having a low fractal dimension and high wear resistance.

Процесс поверхностной диффузии захваченных атомов и молекул кислорода и азота является одним из основных этапов в реализации эффективной адсорбции. В процессе диффузии атомы и молекулы находят оптимальные в термодинамическом отношении положения в поверхностной и приповерхностной структуре. Уменьшение поверхностной энергии у твердосплавного режущего инструмента группы применяемости Р, при увеличении диффузионной подвижности адсорбата, сопровождающееся образованием равновесных поверхностных оксикарбонитридных формирований приводит к снижению интенсивности химического взаимодействий твердосплавного материала с обрабатываемым материалом. При этом в зоне контакта снижаются касательные напряжения, снижается развитость поверхности износа, снижается фрактальная размерность микрорельефа. Большое влияние на диффузионную подвижность атомов и молекул кислорода и азота оказывают металлические примеси, входящие в состав твердых сплавов (кальций, алюминий). С ростом концентрации указанных примесей (в приделах допустимых значений) скорость диффузии кислорода и азота увеличивается.The process of surface diffusion of trapped atoms and molecules of oxygen and nitrogen is one of the main stages in the implementation of effective adsorption. In the process of diffusion, atoms and molecules find thermodynamically optimal positions in the surface and near-surface structures. A decrease in the surface energy of the carbide cutting tool of the applicability group P, with an increase in the diffusion mobility of the adsorbate, accompanied by the formation of equilibrium surface hydroxycarbonitride formations leads to a decrease in the intensity of chemical interactions of the carbide material with the material being processed. In this case, the tangential stresses decrease in the contact zone, the development of the wear surface decreases, and the fractal dimension of the microrelief decreases. A great influence on the diffusion mobility of atoms and molecules of oxygen and nitrogen is exerted by metallic impurities that are part of hard alloys (calcium, aluminum). With an increase in the concentration of these impurities (in the range of acceptable values), the diffusion rate of oxygen and nitrogen increases.

Наиболее низкая шероховатая поверхность на задней грани режущей пластины - фаске износа формируется при некоторой оптимальной температуре, соответствующей оптимальной скорости резания. Ниже и выше оптимальной температуры, действующей в зоне контакта на задней поверхности режущего инструмента развитость микрорельефа поверхности износа выше, а величина фрактальной размерности больше, чем та, которая получается при оптимальной скорости резания. При температурах ниже оптимальных, (высокая адгезионная активность) высокая развитость микрорельефа поверхности износа и высокая величина фрактальной размерности обусловлены недостаточно высокой интенсивностью образования оксикарбонитридных структур и их не высокими эксплуатационными характеристиками (низкая экранирующая способность от диффузионных проявлений и тепловых воздействий). Это происходит вследствие низкой активности адсорбционных процессов. В результате контактная поверхность режущего клина в значительной степени является свободной от оксикарбонитридных пленок. Последнее обстоятельство приводит к интенсивному межмолекулярному взаимодействию твердосплавного и обрабатываемого материала, а поверхность износа частично покрывается металлоподобным слоем обрабатываемого материала. Активные участки с металлическими наслоениями подвергаются высокочастотным циклическим нагрузкам за счет периодического «микросваривания» с обрабатываемым материалом и, в итоге, отделяются от контактной поверхности режущего инструмента. Износ в данном случае существенно интенсифицируется, а сама поверхность износа является значительно неупорядоченной с наличием глубоких впадин и высоких выступов и значительной развитостью микрорельефа.The lowest rough surface on the rear edge of the insert - the wear facet is formed at a certain optimum temperature corresponding to the optimal cutting speed. Below and above the optimum temperature operating in the contact zone on the rear surface of the cutting tool, the development of the microrelief of the wear surface is higher, and the fractal dimension is larger than that obtained at the optimum cutting speed. At temperatures below optimal, (high adhesive activity), the high development of the microrelief of the wear surface and the high fractal dimension are due to the insufficiently high intensity of the formation of hydroxycarbonitride structures and their low operational characteristics (low shielding ability from diffusion manifestations and thermal effects). This is due to the low activity of adsorption processes. As a result, the contact surface of the cutting wedge is substantially free of oxycarbonitride films. The latter circumstance leads to intense intermolecular interaction of the carbide and the material being processed, and the wear surface is partially covered by a metal-like layer of the material being processed. Active areas with metal layers are subjected to high-frequency cyclic loads due to periodic "micro-welding" with the processed material and, as a result, are separated from the contact surface of the cutting tool. Depreciation in this case is significantly intensified, and the wear surface itself is significantly disordered with the presence of deep depressions and high protrusions and a significant development of the microrelief.

При температурах, (скоростях) выше оптимальных, высокие шероховатость и развитость микрорельефа поверхности износа режущей пластины, а также высокая величина фрактальной размерности обусловлены интенсивным образованием оксикарбонитридных пленок, их плавлением и интенсивной сублимацией. Это происходит вследствие высокой активности диффузионных процессов, высокой скорости химических превращений на поверхности и высокой скорости испарения сформированных структур. Вследствие этого в зонах трения формируется микрорельеф, который способствует росту касательных контактных напряжений и среднего коэффициента трения. При этом между обрабатываемым и твердосплавным материалом также возникает сильное межмолекулярное взаимодействие, которое приводит к интенсивному «сплавлению» в локальных точках контактирующих объектов, переходящее к расширенному, а затем и к сплошному взаимодействию. Последнее приводит к значительному увеличению усадки стружки, росту силы резания, интенсивному изнашиванию. Элементы шероховатой структуры фаски износа режущей пластины в данном случае формируются в результате пластических сдвигов частей структуры твердого сплава, а развитость микрорельефа значительно повышается. Износ, при этом, начинает носить, все в большей степени, пластический характер. Фрактальная размерность шероховатости износа в данном случае резко повышается.At temperatures (speeds) higher than optimal, high roughness and development of the microrelief of the wear surface of the cutting insert, as well as a high fractal dimension, are due to the intense formation of oxycarbonitride films, their melting and intense sublimation. This is due to the high activity of diffusion processes, the high rate of chemical transformations on the surface, and the high rate of evaporation of the formed structures. As a result of this, a microrelief is formed in the friction zones, which contributes to the growth of tangential contact stresses and the average coefficient of friction. In this case, a strong intermolecular interaction also arises between the processed and carbide material, which leads to intense “fusion” at the local points of the contacting objects, which proceeds to an expanded and then to continuous interaction. The latter leads to a significant increase in shrinkage of the chips, an increase in cutting force, intensive wear. The elements of the rough structure of the wear facet of the cutting insert in this case are formed as a result of plastic shifts of parts of the structure of the hard alloy, and the development of the microrelief is significantly increased. Depreciation, at the same time, begins to bear, increasingly, a plastic character. In this case, the fractal dimension of wear roughness rises sharply.

С целью определения оптимальной скорости резания производят кратковременные стойкостные испытания режущих инструментов группы применяемости Р при резании сталей или сплавов, вызывающих интенсивный диффузионный износ при различных температурах (скоростях) обработки. Величина фрактальной размерности (степень развитости шероховатости фаски износа) мало зависит от времени резания и существенно зависит от температуры (скорости резания). За критерий информативной работы каждого конкретного режущего инструмента (режущей пластины) принимают время резания при каждой температуре (скорости резания) в течении 2-5 мин. Меньшее время резания берут для обрабатываемых материалов, вызывающих более интенсивный диффузионный износ (например, высокоуглеродистые стали), а большее время резания берут для обрабатываемых материалов, вызывающих менее интенсивный диффузионный износ (например, малоуглеродистые стали). Одновременно с помощью специального высокочувствительного пирометра в процессе резания определяют температуру в зоне резания. Фрактальную размерность шероховатости фаски износа на задней поверхности у подвергшихся испытаниям режущих инструментов измеряют с помощью бесконтактного трехмерного профилометра. После испытаний и измерений строятся графики зависимости температуры от скорости резания и величины фрактальной размерности от температуры. Наконец, на основании полученной зависимости фрактальной размерности от температуры и температуры от скорости резания определяют оптимальную скорость резания, при которой на фаске износа задней поверхности режущего инструмента формируется минимальная величина фрактальной размерности. Для твердых сплавов титан - вольфрам - кобальтовой группы (группа применяемости Р) наименьшая величина фрактальной размерности на задней поверхности фаски износа при обработке материалов, вызывающих интенсивный диффузионный износ, формируется примерно в температурном диапазоне от 850 до 900°C. Причем при увеличении в составе твердых сплавов определенной марки (группа применяемости Р) примесей кальция и алюминия температурная область, при которой наблюдается наименьшее значение фрактальной размерности микрорельефа поверхности износа, смещается в сторону более высоких температур и наоборот. Оптимальные режимы обработки резанием сталей или сплавов выбирают на основании температуры, при которой формируется оптимальный шероховатый микрорельеф на поверхности износа (с наименьшей фрактальной размерностью). Все действия по проведению измерений по выявлению величины фрактальной размерности на поверхности износа режущих пластин носят несложный и нетрудоемкий характер и, по сравнению с аналогами и прототипом, имеют более высокую точность в определении оптимальной температуры и, соответственно, скорости резания.In order to determine the optimal cutting speed, short-term resistance tests of cutting tools of the applicability group P are performed when cutting steels or alloys that cause intense diffusion wear at various processing temperatures (speeds). The magnitude of the fractal dimension (the degree of development of the roughness of the wear facet) depends little on the cutting time and substantially depends on the temperature (cutting speed). As a criterion for the informative operation of each specific cutting tool (cutting insert), the cutting time at each temperature (cutting speed) for 2-5 minutes is taken. Shorter cutting times are used for processed materials that cause more intense diffusion wear (e.g., high carbon steels), and longer cutting times are taken for processed materials that cause less intense diffusion wear (e.g., low carbon steels). At the same time, using a special highly sensitive pyrometer during the cutting process, the temperature in the cutting zone is determined. The fractal dimension of the roughness of the wear facet on the back surface of the tested cutting tools is measured using a non-contact three-dimensional profilometer. After tests and measurements, graphs of the dependence of temperature on cutting speed and the magnitude of the fractal dimension on temperature are constructed. Finally, on the basis of the obtained dependence of the fractal dimension on temperature and temperature on the cutting speed, the optimal cutting speed is determined at which the minimum fractal dimension is formed on the wear facet of the back surface of the cutting tool. For hard alloys of titanium - tungsten - cobalt group (applicability group P), the smallest fractal dimension on the back surface of the wear facet during processing of materials that cause intense diffusion wear forms approximately in the temperature range from 850 to 900 ° C. Moreover, with an increase in the composition of hard alloys of a certain grade (applicability group P) of calcium and aluminum impurities, the temperature region at which the smallest fractal dimension of the microrelief of the wear surface is observed shifts toward higher temperatures and vice versa. The optimal processing conditions for cutting steels or alloys are selected based on the temperature at which the optimal rough microrelief is formed on the wear surface (with the smallest fractal dimension). All actions to take measurements to identify the fractal dimension on the wear surface of the cutting inserts are simple and easy, and, in comparison with analogues and prototype, have higher accuracy in determining the optimum temperature and, accordingly, cutting speed.

Предлагаемый способ обладает высокой точностью в определении оптимальных режимов резания (скорости резания), а следовательно, и высокой эффективностью использования твердосплавных режущих инструментов при обработке материалов, вызывающих интенсивный диффузионный износ. Это, как показано, достигается за счет использования в качестве информативного параметра оптимальную температуру (скорость), при которой на фаске износа задней поверхности режущего клина формируется шероховатость с наименьшей величиной фрактальной размерности. С помощью предлагаемого способа представляется возможным по результатам оценки фрактальной размерности производить расчет наиболее экономически обоснованных режимов обработки (скорости резания) при резании материалов, вызывающих интенсивный диффузионный износ режущего инструмента.The proposed method has high accuracy in determining the optimal cutting conditions (cutting speed), and therefore, the high efficiency of using carbide cutting tools in the processing of materials that cause intense diffusion wear. This, as shown, is achieved by using the optimum temperature (speed) as an informative parameter, at which a roughness with the smallest fractal dimension is formed on the wear facet of the back surface of the cutting wedge. Using the proposed method, it is possible, based on the results of evaluating the fractal dimension, to calculate the most economically feasible processing modes (cutting speed) when cutting materials that cause intense diffusion wear of the cutting tool.

Морфология поверхности износа исследовалась с применением бесконтактного трехмерного профилометра MICRO MEASURE 3D station французской фирмы STIL. Профилометр работает следующим образом. Световой пучок диаметром 2 мкм освещает обследуемую поверхность импульсами с частотой 30 Гц, 100 Гц, 300 Гц или 1000 Гц. Частота световых импульсов выбирается в зависимости от интенсивности отражаемого от поверхности света и зависит от состояния поверхности (шероховатости, степени блеска и черноты). Для обследования поверхности износа у режущих пластин из твердого сплава Т30К4 следует выбирать частоту 100 Гц. Она обеспечивает наиболее четкое воспроизведение обследуемого профиля износа. Пучок света, генерируется галогенной лампой. Затем по волокнисто-оптическому проводнику передается к датчику, где он формируется в луч. Высота выступов и впадин определяется из разности интенсивностей падающего и отраженного света. Шероховатость поверхности вычисляется из проверенного профиля, зарегистрированного (установленного) на отрезке определенной длины. Профилометр снабжен цифровой камерой, позволяющей десятикратно увеличивать изображение изношенной поверхности. Следовательно, с помощью камеры можно визуально выбирать место обследования. Обработка получаемых профилей производилась с использованием компютерной программы Maunta ins Map Universal v.2.0.13, входящей в оснащение профилометра. На основании измерения шероховатости в автоматическом режиме, в соответствии с компютерной программой, определялась величина фрактальной размерности.The morphology of the wear surface was studied using a non-contact three-dimensional profilometer MICRO MEASURE 3D station of the French company STIL. The profilometer works as follows. A light beam with a diameter of 2 μm illuminates the examined surface with pulses with a frequency of 30 Hz, 100 Hz, 300 Hz, or 1000 Hz. The frequency of light pulses is selected depending on the intensity of the light reflected from the surface and depends on the state of the surface (roughness, gloss and blackness). To examine the wear surface of T30K4 carbide inserts, a frequency of 100 Hz should be selected. It provides the most accurate reproduction of the examined wear profile. A beam of light generated by a halogen lamp. Then, it is transmitted through the fiber optic conductor to the sensor, where it is formed into a beam. The height of the protrusions and depressions is determined from the difference in the intensities of the incident and reflected light. The surface roughness is calculated from a verified profile registered (installed) on a segment of a certain length. The profiler is equipped with a digital camera that allows you to magnify ten times the image of a worn surface. Therefore, using the camera, you can visually select the location of the examination. Processing of the obtained profiles was carried out using the computer program Maunta ins Map Universal v.2.0.13, which is included in the equipment of the profilometer. Based on the measurement of roughness in the automatic mode, in accordance with the computer program, the value of the fractal dimension was determined.

Контроль шероховатости и определение фрактальной размерности определяли на фаске износа, расположенной на задней поверхности режущей пластины в ее центральной области. Для всех контролируемых режущих пластин координаты места диагностирования должны быть одними и теми же.Roughness control and determination of fractal dimension were determined on the wear facet located on the back surface of the cutting insert in its central region. For all controlled cutting inserts, the coordinates of the diagnostic location should be the same.

С помощью предлагаемого способа представляется возможным по результатам оценки величины фрактальной размерности микрорельефа изношенной поверхности, в результате проведения кратковременных стойкостных испытаний, производить определение оптимальной скорости резания для режущих инструментов группы применяемости Р, для партии изготовляемой предприятием твердосплавной продукции или поступающей на металлообрабатывающее предприятие. Определение оптимальной скорости резания производили для режущих пластин из двух полученных с предприятия - изготовителя партий.Using the proposed method, it is possible, based on the results of evaluating the fractal dimension of the microrelief of the worn surface, as a result of short-term resistance tests, to determine the optimal cutting speed for cutting tools of the applicability group P, for a batch of hard-alloy products manufactured by an enterprise or delivered to a metal processing enterprise. The optimal cutting speed was determined for the cutting inserts from two batches received from the enterprise - manufacturer.

На фиг.1 представлена зависимость изменения средней температуры от скорости резания:Figure 1 shows the dependence of the change in average temperature on the cutting speed:

кривая 1 - для твердосплавных режущих пластин из первой партии образцов;curve 1 - for carbide cutting inserts from the first batch of samples;

кривая 2 - для твердосплавной режущих пластин из второй партии образцов.curve 2 - for carbide cutting inserts from the second batch of samples.

На фиг.2 представлена зависимость изменения величины фрактальной размерности микрорельефа поверхности износа на задней грани резца от температуры (скорости) резания:Figure 2 presents the dependence of the changes in the fractal dimension of the microrelief of the wear surface on the rear edge of the cutter on the temperature (speed) of cutting:

кривая 1 - для твердосплавных режущих пластин из первой партии образцов;curve 1 - for carbide cutting inserts from the first batch of samples;

кривая 2 - для твердосплавной режущих пластин из второй партии образцов.curve 2 - for carbide cutting inserts from the second batch of samples.

На фиг.3 представлена схема выбора места для проведения контроля шероховатости поверхности, по результатам которой определяется фрактальная размерность:Figure 3 presents a diagram of the choice of location for monitoring the surface roughness, the results of which determine the fractal dimension:

позиция - 1 - режущая пластина,position - 1 - cutting insert,

позиция - 2 - режущая кромка,position - 2 - cutting edge,

позиция - 3 - фаска износа по задней поверхности,position - 3 - chamfer of wear on the rear surface,

позиция - 4 - участок диагностирования (путь сканирования луча).position - 4 - plot diagnostics (path scan beam).

Твердосплавные режущие пластины были получены из двух разных партий предприятия-изготовителя.Carbide cutting inserts were obtained from two different batches of the manufacturer.

Пример осуществления способа "Определение оптимальной скорости резания". Реализация способа выполняется в такой последовательности.An example of the method "Determination of the optimal cutting speed". The implementation of the method is performed in such a sequence.

Сначала производят выборку твердосплавных режущих пластин из сплава Т30К4 (группа применяемости - Р) из двух различных партий.First, carbide cutting inserts made of T30K4 alloy (group of applicability - P) are sampled from two different batches.

Затем выбранные режущие пластины подвергают кратковременным испытаниям на износостойкость. В качестве обрабатываемого материала используют конструкционную сталь 45 или другой материал, вызывающий интенсивный диффузионный износ. За критерий информативной работы режущей пластины (режущего инструмента) принимают время резания при каждой температуре (скорости резания) в течение 3 мин. Испытания производятся при различных средних температурах зоны контакта - различных скоростях резания в диапазоне от 160 до 190 м/мин, глубину резания и подачу принимают, соответственно, t=1,5 мм; S=0,2 мм/об. Средняя температура резания в процессе кратковременных испытаний при резании стали 45 измеряется с помощью высокочувствительного пирометра (можно методом естественной пары с последующей тарировкой). График зависимости «температура резания - скорость резания» строится с учетом статистических данных, полученных при испытаниях с помощью компютерной программы. После испытания режущих пластин (каждую испытывали в течении течение 3 мин), у испытанных твердосплавных режущих пластин производится обследование шероховатости фаски износа и определяется фрактальная размерность. Определение фрактальной размерности микрорельефа фаски износа производилось у режущих пластин, после их испытания при выбранной температуре (скорости) резания. Итоговая средняя температура и средняя фрактальная размерность получались при обследовании четырех пластин. Масштабный коэффициент подобия при определении фрактальной размерности брался постоянным.Then, the selected cutting inserts are subjected to short-term wear tests. As the material being processed, structural steel 45 or another material is used that causes intense diffusion wear. For the criterion of informative operation of the cutting insert (cutting tool) take the cutting time at each temperature (cutting speed) for 3 minutes Tests are carried out at various average temperatures of the contact zone — various cutting speeds in the range from 160 to 190 m / min, the cutting depth and feed are taken, respectively, t = 1.5 mm; S = 0.2 mm / rev The average cutting temperature during short-term tests when cutting steel 45 is measured using a highly sensitive pyrometer (it is possible using the natural pair method followed by calibration). The dependency graph "cutting temperature - cutting speed" is built taking into account the statistical data obtained during testing using a computer program. After testing the cutting inserts (each was tested for 3 minutes), the tested carbide cutting inserts examine the roughness of the wear facet and determine the fractal dimension. The fractal dimension of the microrelief of the wear facet was determined on the cutting inserts, after they were tested at the selected cutting temperature (speed). The final average temperature and average fractal dimension were obtained by examining four plates. The scale similarity coefficient in determining the fractal dimension was taken constant.

При температуре резания 812°C фрактальная размерность микрорельефа фаски износа для четырех испытанных пластин из первой партии твердосплавных пластин составила 1,50; 1,48, 1,52, 1,50. Средняя величина фрактальной размерности составила 1,50. При температуре резания 825°C фрактальная размерность микрорельефа фаски износа для четырех испытанных пластин составила 1,35; 1,37; 1,33; 1,35. Средняя величина фрактальной размерности составила 1,35. При температуре резания 850°C фрактальная размерность микрорельефа фаски износа для четырех испытанных пластин составила 1,23; 1,21; 1,25; 1,23. Средняя величина фрактальной размерности составила 1,23. При температуре резания 870°C фрактальная размерность микрорельефа фаски износа для четырех испытанных пластин составила 1,20; 1,18; 1,22; 1,20. Средняя величина фрактальной размерности составила 1,20. При температуре резания 875°C фрактальная размерность микрорельефа фаски износа для четырех испытанных пластин составила 1,21; 1,20; 1,22; 1,21. Средняя величина фрактальной размерности составила 1,21. При температуре резания 900°C фрактальная размерность микрорельефа фаски износа для четырех испытанных пластин составила 1,26; 1,25; 1,27; 1,26. Средняя величина фрактальной размерности составила 1,26. При температуре резания 925°C фрактальная размерность микрорельефа фаски износа для четырех испытанных пластин составила 1,44 1,45; 1,43; 1,44. Средняя величина фрактальной размерности составила 1,44. При температуре резания 935°C фрактальная размерность микрорельефа фаски износа для четырех испытанных пластин составила 1,56; 1,54; 1,58; 1,56. Средняя величина фрактальной размерности составила 1,56.At a cutting temperature of 812 ° C, the fractal dimension of the microrelief of the wear facet for four tested inserts from the first batch of carbide inserts was 1.50; 1.48, 1.52, 1.50. The average fractal dimension was 1.50. At a cutting temperature of 825 ° C, the fractal dimension of the microrelief of the wear facet for the four tested inserts was 1.35; 1.37; 1.33; 1.35. The average fractal dimension was 1.35. At a cutting temperature of 850 ° C, the fractal dimension of the microrelief of the wear facet for the four tested inserts was 1.23; 1.21; 1.25; 1.23. The average fractal dimension was 1.23. At a cutting temperature of 870 ° C, the fractal dimension of the microrelief of the wear facet for the four tested inserts was 1.20; 1.18; 1.22; 1.20. The average fractal dimension was 1.20. At a cutting temperature of 875 ° C, the fractal dimension of the microrelief of the wear facet for the four tested inserts was 1.21; 1.20; 1.22; 1.21. The average fractal dimension was 1.21. At a cutting temperature of 900 ° C, the fractal dimension of the microrelief of the wear facet for the four tested inserts was 1.26; 1.25; 1.27; 1.26. The average fractal dimension was 1.26. At a cutting temperature of 925 ° C, the fractal dimension of the microrelief of the wear facet for the four tested inserts was 1.44 1.45; 1.43; 1.44. The average fractal dimension was 1.44. At a cutting temperature of 935 ° C, the fractal dimension of the microrelief of the wear facet for the four tested inserts was 1.56; 1.54; 1.58; 1.56. The average fractal dimension was 1.56.

При температуре резания 818°C фрактальная размерность микрорельефа фаски износа для четырех испытанных пластин из второй партии твердосплавных пластин составила 1,50; 1,47; 1,53; 1,50. Средняя величина фрактальной размерности составила 1,50. При температуре резания 825°С фрактальная размерность микрорельефа фаски износа для четырех испытанных пластин составила 1,38; 1,36; 1,40; 1,38. Средняя величина фрактальной размерности составила 1,38. При температуре резания 850°С фрактальная размерность микрорельефа фаски износа для четырех испытанных пластин составила 1,16; 1,14; 1,18; 1,16. Средняя величина фрактальной размерности составила 1,16. При температуре резания 875°C фрактальная размерность микрорельефа фаски износа для четырех испытанных пластин составила 1,11; 1,12; 1,10; 1,11. Средняя величина фрактальной размерности составила 1,11. При температуре резания 880°C фрактальная размерность микрорельефа фаски износа для четырех испытанных пластин составила 1,10; 1,11; 1,09; 1,10. Средняя величина фрактальной размерности составила 1,10. При температуре резания 900°C фрактальная размерность микрорельефа фаски износа для четырех испытанных пластин составила 1,13; 1,14; 1,12; 1,13. Средняя величина фрактальной размерности составила 1,13. При температуре резания 925°C фрактальная размерность микрорельефа фаски износа для четырех испытанных пластин составила 1,26; 1,24; 1,28; 1,26. Средняя величина фрактальной размерности составила 1,26. При температуре резания 940°C фрактальная размерность микрорельефа фаски износа для четырех испытанных пластин составила 1,50; 1,48; 1,52; 1,50. Средняя величина фрактальной размерности составила 1,50.At a cutting temperature of 818 ° C, the fractal dimension of the microrelief of the wear facet for four tested inserts from the second batch of carbide inserts was 1.50; 1.47; 1.53; 1.50. The average fractal dimension was 1.50. At a cutting temperature of 825 ° C, the fractal dimension of the microrelief of the wear facet for the four tested inserts was 1.38; 1.36; 1.40; 1.38. The average fractal dimension was 1.38. At a cutting temperature of 850 ° C, the fractal dimension of the microrelief of the wear facet for the four tested inserts was 1.16; 1.14; 1.18; 1.16. The average fractal dimension was 1.16. At a cutting temperature of 875 ° C, the fractal dimension of the microrelief of the wear facet for the four tested inserts was 1.11; 1.12; 1.10; 1,11. The average fractal dimension was 1.11. At a cutting temperature of 880 ° C, the fractal dimension of the microrelief of the wear facet for the four tested inserts was 1.10; 1.11; 1.09; 1.10. The average fractal dimension was 1.10. At a cutting temperature of 900 ° C, the fractal dimension of the microrelief of the wear facet for the four tested inserts was 1.13; 1.14; 1.12; 1.13. The average fractal dimension was 1.13. At a cutting temperature of 925 ° C, the fractal dimension of the microrelief of the wear facet for the four tested inserts was 1.26; 1.24; 1.28; 1.26. The average fractal dimension was 1.26. At a cutting temperature of 940 ° C, the fractal dimension of the microrelief of the wear facet for the four tested inserts was 1.50; 1.48; 1.52; 1.50. The average fractal dimension was 1.50.

Измерение микрорельефа производилось в центре фаски износа. Линия сканирования находилась на расстоянии (по вертикали) 0,5h мм от режущей кромки и на расстоянии (по горизонтали) 1 3 b = 1 3 S i n φ t  мм

Figure 00000001
от вершины реза.The microrelief was measured at the center of the wear facet. The scan line was at a distance (vertical) of 0.5h mm from the cutting edge and at a distance (horizontal) one 3 b = one 3 S i n φ t mm
Figure 00000001
from the top of the cut.

Длина сканирования составляла 0,58 мм. Где b, t и h, соответственно, длина режущей кромки, глубина резания и высота сформированной фаски износа. Главный угол в плане φ при резании составлял 60°. Схема измерения представлена на фиг.3.The scan length was 0.58 mm. Where b, t and h, respectively, the length of the cutting edge, the depth of cut and the height of the formed bevel. The main angle in terms of φ during cutting was 60 °. The measurement scheme is presented in figure 3.

По результатам испытаний и измерений режущих пластин из выборок первой и второй партий строились зависимости: «температура резания - скорость резания», «фрактальная размерность - температура резания». Из графика зависимости «фрактальная размерность - температура резания» для первой партии режущих пластин следует, что при температуре 870°C фрактальная размерность приобретает наименьшую величину. Ниже и выше указанной температуры величина фрактальной размерности имеет большее значение, чем она достигает при оптимальной температуре.According to the results of tests and measurements of cutting inserts from samples of the first and second lots, the dependences were built: “cutting temperature - cutting speed”, “fractal dimension - cutting temperature”. From the graph of the dependence “fractal dimension - cutting temperature” for the first batch of cutting inserts it follows that at a temperature of 870 ° C the fractal dimension acquires the smallest value. Below and above the indicated temperature, the value of the fractal dimension has a larger value than it reaches at the optimum temperature.

Из графика зависимости «температура резания - скорость резания» определяют - по оптимальной температуре, при которой достигается наименьшее значение величины фрактальной размерности - оптимальную скорость резания. В конкретном примере оптимальная скорость резания составила 175 м/мин. При этой скорости резания достигается наибольшая износостойкость режущего инструмента группы применяемости - Р, из первой партии режущих пластин, при наибольшей производительности процесса резания.From the graph of the dependence “cutting temperature - cutting speed” is determined - at the optimum temperature at which the lowest value of the fractal dimension value is reached - the optimal cutting speed. In a specific example, the optimal cutting speed was 175 m / min. At this cutting speed, the greatest wear resistance of the cutting tool of the applicability group is achieved - P, from the first batch of cutting inserts, with the greatest productivity of the cutting process.

Из графика зависимости «фрактальная размерность - температура резания» для второй партии режущих пластин следует, что при температуре 880°C фрактальная размерность приобретает наименьшую величину. Ниже и выше указанной температуры величина фрактальной размерности имеет большее значение, чем она достигает при оптимальной температуре.From the dependency diagram “fractal dimension - cutting temperature” for the second batch of cutting inserts it follows that at a temperature of 880 ° C the fractal dimension acquires the smallest value. Below and above the indicated temperature, the value of the fractal dimension has a larger value than it reaches at the optimum temperature.

Из графика зависимости «температура резания - скорость резания» определяют по оптимальной температуре, при которой достигается наименьшее значение величины фрактальной размерности - оптимальную скорость резания. В конкретном примере оптимальная скорость резания составила 179 м/мин. При этой скорости резания достигается наибольшая износостойкость режущего инструмента группы применяемости - Р, из второй партии режущих пластин, при наибольшей производительности процесса резания.From the graph of the dependence "cutting temperature - cutting speed" is determined by the optimal temperature at which the lowest value of the fractal dimension value is reached - the optimal cutting speed. In a specific example, the optimal cutting speed was 179 m / min. At this cutting speed, the greatest wear resistance of the cutting tool of the applicability group is achieved - P, from the second batch of cutting inserts, with the greatest productivity of the cutting process.

В результате проведения сравнительных стойкостных испытаний режущих инструментов из первой и второй партии режущих пластин при скорости резания V=177 м/мин, подаче s=0,2 мм/об, t=1,5 мм и при критерии затупления по задней поверхности h=0,6 мм было установлено, что износостойкость режущих инструментов из второй партии режущих пластин, имеющих более низкое значение фрактальной размерности шероховатости поверхности износа выше износостойкости режущих инструментов из первой партии режущих пластин, имеющих более высокое значение фрактальной размерности шероховатости поверхности износа.As a result of comparative resistance tests of cutting tools from the first and second batch of cutting inserts at a cutting speed of V = 177 m / min, feed s = 0.2 mm / rev, t = 1.5 mm and with a criterion for blunting on the rear surface h = 0.6 mm, it was found that the wear resistance of cutting tools from the second batch of cutting inserts having a lower fractal dimension of the roughness of the wear surface is higher than the wear resistance of cutting tools from the first batch of cutting inserts having a higher fractal dimension Nost wear surface roughness.

Было установлено, что наиболее низкая интенсивность износа режущих инструментов соответствовала эксплуатации их при скорости резания, соответствующей той температуре в зоне контакта, при которой наблюдается наименьшее значение величины фрактальной размерности шероховатости поверхности износа на задней грани режущего клина.It was found that the lowest wear rate of cutting tools corresponded to their operation at a cutting speed corresponding to that temperature in the contact zone at which the smallest value of the fractal dimension of the wear surface roughness at the rear edge of the cutting wedge is observed.

Таким образом, последовательность в определении оптимальной скорости резания является следующей. Сначала из графика зависимости «фрактальная размерность - температура резания» определяют температуру, при которой наблюдается наименьшее значение фрактальной размерности шероховатости поверхности износа, затем, с помощью графика зависимости «скорость резания - температура резания» и, на основании уже имеющейся температуры резания, при которой наблюдается наименьшее значение величины фрактальной размерности, определяют оптимальную скорость резания.Thus, the sequence in determining the optimum cutting speed is as follows. First, from the graph of the dependence "fractal dimension - cutting temperature" determine the temperature at which the lowest value of the fractal dimension of the surface roughness of the wear is observed, then, using the graph of the dependence "cutting speed - cutting temperature" and, based on the existing cutting temperature at which the smallest value of the fractal dimension value, determine the optimal cutting speed.

Стойкостные испытания, проведенные при различных скоростях резания, постоянной подаче, равной 0,20 мм/об и глубине резания 1,5 мм показали, что именно при скорости резания, равной 175 м/мин, соответствующей температуре 870°C в зоне контакта для первой партии режущих пластинок и, при скорости резания, равной 179 м/мин - соответствующей температуре в зоне контакта, равной 880°C - для второй партии режущих пластинок наблюдается минимальная интенсивность износа. Оптимальные скорости резания, полученные для первой и второй партий твердосплавных режущих пластинок по способу, в соответствии с прототипом, равнялись, соответственно: 178 и 182 м/мин. Проведенные стойкостные испытания показали, что при этих скоростях резания наблюдается повышенная интенсивность износа твердосплавных режущих инструментов, по сравнению с их эксплуатацией при скоростях резания, полученных по предлагаемому способу. При этом, в результате статистической обработки было получено, что коэффициент вариации износостойкости по предлагаемому способу для первой партии режущих пластинок составил 0,22; для второй 0,25. По прототипу, соответственно, 0,24 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 пластинами, эксплуатируемыми на режимах резания в соответствии с предлагаемым способом.Durability tests carried out at various cutting speeds, a constant feed of 0.20 mm / rev and a cutting depth of 1.5 mm showed that it is with a cutting speed of 175 m / min, corresponding to a temperature of 870 ° C in the contact zone for the first a batch of cutting inserts and, at a cutting speed of 179 m / min — the corresponding temperature in the contact zone of 880 ° C — the minimum wear rate is observed for the second batch of cutting inserts. The optimal cutting speeds obtained for the first and second lots of carbide cutting inserts by the method, in accordance with the prototype, were, respectively: 178 and 182 m / min. Conducted persistent tests showed that at these cutting speeds there is an increased wear rate of carbide cutting tools, compared with their operation at cutting speeds obtained 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 0.22; for the second 0.25. According to the prototype, respectively, 0.24 and 0.29. This indicates a greater variation in the 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 compared to inserts operated at cutting modes in accordance with the proposed method.

Claims (1)

Способ определения оптимальной скорости резания твердосплавными режущими инструментами группы применяемости Р в виде режущих пластин, включающий сначала проведение измерения температуры в зоне контакта инструментальный - обрабатываемый материал при различных скоростях резания с построением графической зависимости, а затем по построенной графической зависимости установление в качестве оптимальной скорости резания скорости, при которой температура нагрева в зоне рабочего контакта инструментальный обрабатываемый материал соответствует температуре, при которой на фаске износа, формируемой на задней поверхности режущего клина в процессе резания, образуется шероховатость с наименьшей фрактальной размерностью, соответствующей наибольшей износостойкости режущего инструмента. A method for determining the optimum cutting speed with carbide cutting tools of the applicability group P in the form of cutting inserts, including first measuring the temperature in the contact zone tool - the processed material at various cutting speeds with the construction of a graphical dependence, and then, using the constructed graphical dependence, setting the optimum cutting speed as speed at which the temperature of the heating in the area of the working contact instrumental processed material It exists a temperature at which the wear on the chamfer formed on the rear surface of the cutting wedge during cutting, is formed with a roughness lower fractal dimension corresponding to the highest wear resistance of the cutting tool.
RU2012115119/02A 2012-04-16 2012-04-16 Method of accelerated determination of optimum cutting speed RU2500504C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012115119/02A RU2500504C1 (en) 2012-04-16 2012-04-16 Method of accelerated determination of optimum cutting speed

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012115119/02A RU2500504C1 (en) 2012-04-16 2012-04-16 Method of accelerated determination of optimum cutting speed

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012115119A RU2012115119A (en) 2013-10-27
RU2500504C1 true RU2500504C1 (en) 2013-12-10

Family

ID=49446196

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012115119/02A RU2500504C1 (en) 2012-04-16 2012-04-16 Method of accelerated determination of optimum cutting speed

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2500504C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1227339A1 (en) * 1984-11-11 1986-04-30 Томский Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт Им.С.М.Кирова Method of determining the optimum cutting speed
RU2230630C1 (en) * 2002-12-06 2004-06-20 Томский политехнический университет Method for determining optimal cutting speed
RU2321737C1 (en) * 2006-07-10 2008-04-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" Method to determine rock-cutting tool operability
RU2374040C1 (en) * 2008-07-07 2009-11-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет Method for determination of optimal cutting speed

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1227339A1 (en) * 1984-11-11 1986-04-30 Томский Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт Им.С.М.Кирова Method of determining the optimum cutting speed
RU2230630C1 (en) * 2002-12-06 2004-06-20 Томский политехнический университет Method for determining optimal cutting speed
RU2321737C1 (en) * 2006-07-10 2008-04-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" Method to determine rock-cutting tool operability
RU2374040C1 (en) * 2008-07-07 2009-11-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет Method for determination of optimal cutting speed

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012115119A (en) 2013-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kadolkar et al. State of residual stress in laser-deposited ceramic composite coatings on aluminum alloys
Wanjara et al. Titanium alloy repair with wire-feed electron beam additive manufacturing technology
Pogrebnjak et al. Adhesive strength, superhardness, and the phase and elemental compositions of nanostructured coatings based on Ti-Hf-Si-N
Brown et al. Quantitative characterization of machining-induced white layers in Ti–6Al–4V
Marciszko et al. Application of multireflection grazing incidence method for stress measurements in polished Al–Mg alloy and CrN coating
Brown et al. Non-destructive detection of machining-induced white layers through grain size and crystallographic texture-sensitive methods
Gray Ion and laser microprobes applied to the measurement of corrosion produced hydrogen on a microscopic scale
Dryzek et al. Positron annihilation studies of subsurface zones incopper
RU2494839C1 (en) Method of accelerated determination of optimum cutting speed
RU2500504C1 (en) Method of accelerated determination of optimum cutting speed
Sedighi et al. Effect of peak positioning method on accuracy of X-Ray diffraction residual stress measurement
Petrík et al. The relationship between the deformation and the indentation size effect (ISE)
RU2569920C1 (en) Procedure for forecast of wear resistance of hard alloy cutting tools
Murata et al. Effect of crystallographic quality of grain boundaries on both mechanical and electrical properties of electroplated copper thin film interconnections
Akcan et al. Characteristics of white layers formed in steels by machining
Bourke et al. Complementary X-ray and neutron strain measurements of a carburized surface
Kirchhoff et al. Damage analysis for thermally cycled (Ti, Al) N coatings—estimation of strength and interface fracture toughness
Reisgen et al. Residual stress measurement in AlSi alloys: Eigenspannungsmessung an einer AlSi‐Legierung
RU2230630C1 (en) Method for determining optimal cutting speed
RU2374038C1 (en) Method of definition of optimal cutting speed
Guzmán Durán et al. Machining with cutting tool coated with monolayer of HfN
Krawczyńska et al. Formation of the nitrided layers on an austenitic stainless steel with different grain structures
RU2374040C1 (en) Method for determination of optimal cutting speed
RU2465984C2 (en) Method of accelerated determination of optimum cutting speed
Breidenstein et al. Locally Resolved Residual Stress Measurements in (Al, Ti) N Coatings Using Raman Spectroscopy.

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140417