Subscription request:

podpiska@panor.ru

For all questions:

+7 495 274-22-22

UDK: 621.941.2 DOI:10.33920/pro-2-2102-08

Equipment and materials for shock-intermittent cutting

Istomin A.B., MSTU named after N. E. Bauman, Moscow
Kozlov V.B., Chief mechanic, "Paritet" company, Saint Petersburg

The article considers the shock-intermittent processing method, which is used for cutting blind threads M12x1.5 in nuts made of steel grade X18N9T. Compared to the conventional method, it allows increasing the processing productivity; the durability of the thread taps has increased to 300 holes (with manual thread cutting, the durability of the taps is 100 holes). The method allows mechanizing labor-intensive threading operations. The optimal conditions of processing by this method are determined based on ensuring sufficient strength of the cutting wedge of the tool under repeated loading and, at the same time, creating the most intense impact on the material of the cut layer of the workpiece. The destruction of the processed material on impact most easily occurs at critical deformation rates, which, for instance, equal 60 m/s for corrosion-resistant steel. This leads to an overestimation of the impact pulse values, and consequently, chipping of the cutting edges of the tool. Therefore, for these processing conditions, there is an optimal value of the pulse load transmitted by the spindle to the tool. For threads M10 and M12 with pitches of 1.25 and 1.5 in parts made of steel grades X18N10T, the best results are achieved at loads corresponding to the increment of the dynamic moment of the driven bushing with the tool. At high pulse loads, the durability of the working tool is sharply reduced, and at lower loads, the cutting performance is reduced. One of the positive features of shock-intermittent cutting is the presence of breaks that facilitate the operation of the cutting wedge due to the better penetration of the coolant. Therefore, shockintermittent cutting is carried out at more intensive modes than conventional continuous cutting. However, the tool life does not decrease as a result, but even increases. The relative length of the cutting area, determined by the angle, should be chosen based on the fact that the temperature in the cutting area does not have time to reach its steady value, equal to the cutting temperature during the normal long-duration cutting, carried out continuously.

Во время обработки на токарных станках нередки явления ударного резания материалов, инструмент и заготовка в этом случае подвергаются более интенсивному воздействию и циклическим нагрузкам. Причиной замены инструмента чаще является не износ, а его разрушение [1]. Установлено, что основными проблемами при прерывистом резании являются адгезионные явления, циклические тепловые воздействия и ударные нагрузки, вследствие чего стойкость инструмента становится малопрогнозируемой и слабо управляемой. Прерывистое резание обладает целым рядом специфических особенностей, а именно:

• цикличность механических и тепловых нагрузок;

• наличие переходных процессов при врезании и выходе инструмента;

• повышенный уровень вибраций [1–3].

Многие исследователи отмечают значительное снижение стойкости режущего инструмента, работающего в условиях прерывистого резания, и связывают это с наличием переходных процессов при врезании и выходе инструмента. Некоторые считают, что основной причиной снижения стойкости являются механические нагрузки, имеющие ударный характер в момент первоначального контакта с заготовкой и обуславливающих появление послеударных вибраций, или то, что основной причиной выхода из строя инструмента является перераспределение нагрузок в момент выхода инструмента из заготовки. Выход из строя инструмента происходит из‑за разрушения его режущей части. Разрушение делится на хрупкое и пластичное. Силовая нагрузка на инструмент является не единственной причиной хрупкого разрушения [1, 2]. При прерывистом резании не менее важное значение имеют термические напряжения, особенно для инструментов, оснащенных пластинками твердых сплавов. При фрезеровании торцовыми фрезами на контактных поверхностях зубьев в период резания возникают сжимающие термические напряжения. Во время холостого хода зубьев вследствие теплопроводности и вентиляционного эффекта температура контактных поверхностей снижается до 1/3 температуры рабочего хода. В результате резкого снижения температуры поверхностные слои твердого сплава оказываются менее нагретыми, нежели внутренние, и на контактных поверхностях зубьев сжимающие напряжения заменяются растягивающими. Перемена знака напряжений имеет циклический характер с числом циклов в минуту, равным числу оборотов заготовки. Изменение знака напряжений после определенного числа циклов вызывает появление усталостных трещин, располагающихся на передней поверхности перпендикулярно главному лезвию и переходящих на заднюю поверхность. Появление трещин связано с определенными критическими скоростью и температурой резания, а также с физикомеханическими свойствами твердых сплавов. Скалывание режущей части инструмента при прерывистом резании в значительной степени определяется углом заострения β и передним углом γ. Толщина среза а оказывает большее влияние на скалывание по сравнению с шириной среза b, а скорость резания и среда влияют в меньшей степени. Исходя из этого, можно сделать предположение о том, что при данном угле заострения резцу с большим передним углом соответствует большая предельная толщина среза, так как в этом случае силы резания уменьшаются и, следовательно, уменьшаются напряжения в режущей части инструмента. При прерывистом резании периодически повторяющиеся нагрузки и разгрузки контактных поверхностей при определенных условиях сказываются на стойкости инструментов [1, 2]. Это наблюдается при работе инструментом из твердых сплавов, для которых в определенных условиях стойкость при прерывистом резании может быть значительно ниже. Основной причиной снижения стойкости твердосплавных инструментов при прерывистом резании является появление макротрещин, у которых концентрируется износ передней и задней поверхностей. Возникновение и развитие трещин связано с циклическим охлаждением контактных поверхностей инструмента при холостом ходе лезвий. Все то, что усиливает охлаждение передней и задней поверхностей при холостом ходе, увеличивает растягивающие напряжения в поверхностных слоях твердого сплава, способствует более интенсивному образованию трещин и снижает стойкость инструмента. Степень уменьшения периода стойкости инструмента в первую очередь определяется длительностью холостого хода. Чем больше время холостого хода, тем сильнее прерывистость процесса резания уменьшает стойкость инструмента [1, 2]. Помимо продолжительности холостого хода, на снижение периода стойкости влияет и продолжительность рабочего хода, в течение которого происходит прогрев пластинки твердого сплава. При малом времени рабочего хода внутренние слои твердого сплава не успевают достаточно прогреться, а поэтому растягивающие напряжения при холостом ходе становятся значительно меньше, что приводит к меньшей потере стойкости. Возрастание времени холостого и рабочего ходов главного лезвия не может непрерывно сопровождаться уменьшением стойкости. Увеличение продолжительности холостого и рабочего ходов будет приводить к снижению периода стойкости только до тех пор, пока сохраняются условия максимально возможного нагрева глубинных слоев и максимально возможного охлаждения поверхностных слоев пластинки твердого сплава. При дальнейшем увеличении времени холостого хода можно ожидать не снижения стойкости инструмента, а увеличения вследствие уменьшения числа циклов нагрева и охлаждения [1].

For citation:
Istomin, Kozlov, Equipment and materials for shock-intermittent cutting. Chief Mechanical Engineer. 2021;2.
The full version of the article is available for subscribers of the journal
Article language:
Actions with selected: