Стружкодробление при автоматизированной обработке резанием труднообрабатываемых сталей путем комплексного применения стружколомающего инструмента и высокотемпературного охрупчивания

Цель исследования заключается в повышении производительности при резании труднообрабатываемых сталей путем комплексного применения стружколомающей геометрии инструмента и режимов резания, обеспечивающих понижение вязких свойств стружки, обрабатываемого материала. В статье рассматриваются проблемы механической обработки деталей нефтедобывающего оборудования на предприятиях Западной Сибири. Представлено основное и главное условие обеспечения дробления стружки. Выявлена проблема малой эффективности существующих в современной промышленности способов, в той или иной мере направляющих, завивающих и стружкодробящих методов.

Методы. Проведено имитационное моделирование, расчет направления и дробления стружки; определены эффективные способы решения проблемы дробления стружки при механической обработке деталей из материалов, обладающих коррозионностойкими, жаропрочными свойствам; проведены лабораторные, стойкостные испытания комплексного метода.

Результаты изучения механизма стружкообразования при обработке резанием жаропрочных и корозионностойких сплавов. Для решения проблемы в статье сформулированы две задачи, которые были решены с помощью информации, взятой из теории сопротивления материалов, диаграмм растяжения при испытании образцов из коррозионностойких, жаропрочных материалов, обладающих высокими эксплуатационными свойствами. Разработана и представлена стружколомающая сменная режущая пластина с переменным передним углом. Представлены результаты и анализ данных лабораторных испытаний, в которых применялась пластина со стружколомающей геометрией передней поверхности, показаны режимные условия эффективного стружколомания. Сформулированы выводы по решению первой задачи, показано, что определяющим фактором при стружкодроблении являются физико-механические характеристики обрабатываемого материала, которые изменяются при различных режимах резания.

Заключение. В работе показано, что отвод стружки из зоны резания предотвращает попадание её в область режущей кромки, снижая ударные нагрузки на неё, повышая качество механической обработки.
Установлена возможность формирования в стружке концентраторов напряжения, приводящих к саморазрушению стружки даже при обработке вязких жаропрочных сплавов. Используется гипотеза о том, что температурные условия максимальной обрабатываемости жаропрочных и корозионностойких сталей и сплавов соответствуют условиям высокотемпературного охрупчивания, с помощью которого можно создать условия эффективного дробления стружки и условия максимальной обрабатываемости при резании жаропрочных сталей и сплавов. 

1. Макаров А.Д. Оптимизация процессов резания. 2-е изд. М.: Машиностроение, 1976. 278 с.

2. Силин С.С. Метод подобия при резании металлов. М.: Машиностроение, 1979. 152 с.

3. Григорьев С.Н. Методы повышения стойкости режущего инструмента. М.: Машиностроение, 2011. 368 с.

4. Подураев В.Н. Резание труднообрабатываемых материалов. М.: Высш. школа, 1974. 587 с.

5. Влияние скорости резания на стружкобразование при точении жаропрочных сплавов на основе хрома и никеля / А.М. Адаскин, В.Н. Бутрим, А.А. Верещака, А.С. Верещака, В.В. Каширцев // СТИН. 2014. № 10. С. 23-27.

6. Пат. РФ № 2664348 Российская Федерация, МПК В23В 27/22. Пластина для токарной обработки резанием и токарный инструмент / Селин Эрик, Хегбовеген Леф, Ронни Элгстиген; заявитель и патентообладатель Сандвик Интеллекчуал Проперти АБ (SE). № 2014126091; заявл. 26.06.2014; опубл. 16.08.2018, Бюл.№23.

7. Пат. РФ № 2237549 Российская Федерация, МПК В23В 27/00. Сменная режущая пластина / Михайлов С.В., Скворцов Д.С.; заявитель и патентообладатель «Костромской государственный технологический университет» (RU). № 2003105381/02; заявл. 25.02.2003; опубл. 10.10.2004, Бюл.№28.

8. Пат. РФ № 2252839 Российская Федерация, МПК В23В 27/00. Режущая пластина / Васин С.А., Васин Л.А., Иванов В.В., Лавит И.М., Хлудов С.Я., Денисов Е.П., Денисов И.Е.; заявитель и патентообладатель Тульский государственный университет (ТулГУ) (RU). № 2003130758/02; заявл. 20.10.2003; опубл. 27.05.2005, Бюл.№ 15.

9. Пат. РФ № 2532612 Российская Федерация, МПК В23В 27/22. Режущая пластина / Мадзима Синия; заявитель и патентообладатель Тунгалой Корпорейшн (JP). № 2012147794/02; заявл. 06.05.2011; опубл. 10.11.2014, Бюл.№ 31.

10. Пат. РФ № 2364475 Российская Федерация, МПК В23В 27/00. Сменная режущая пластина / Михайлов С. В., Олейник А. П.; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Костромской государственный технологический университет" (RU). № 2008112516/02, заявл. 31.03.2008; опубл. 20.08.2009, Бюл.№ 23.

11. Пат. РФ № 2327549 Российская Федерация, МПК В23В 27/00. Режущая многогранная сменная пластина / Матвеев В. С., Баннов К. В., Градобоев А. В., Копнова Р. Д., Нестеренко В. П.; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Томский политехнический университет» (RU). № 2006134134/02; заявл. 25.09.2006; опубл. 27.06.2008, Бюл.№ 18.

12. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. М.: Машиностроение, 1975. 344 с.

13. Васин С.А., Верещака А.С., Кушнер B.C. Резание материалов: Термомеханический подход к системе взаимосвязей при резании. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2001. 448 с.

14. Работоспособность инструментов и физико-механические характеристики инструментальных твердых сплавов и обрабатываемых материалов / Е.В. Артамонов, Д.С. Василега, М.С. Остапенко, В.А. Шрайнер; под общей ред. М.Х. Утешева. Тюмень: Изд. «Вектор Бук», 2008. 160 с.

15. Artamonov E.V., Vasil’ev D.V. Determining the optimal cutting speed in turning by composite cutters on the basis of the chip // Russian Engineering Researh. 2014. Vol. 34, is. 6, p. 404-405.

16. Пат. РФ №2665858 Российская Федерация, МПК В23В 27/22. Стружколомающая сменная режущая пластина с переменным передним углом / Труфанов Г. Г., Артамонов Е.В., Васильев Д.В.; заявитель и патентообладатель Тюменский государственный нефтегазовый университет (RU). № 2017133388; заявл. 25.09.2017; опубл. 04.09.2018, Бюл.№25.

17. Пат. РФ №2658559 Российская Федерация, МПК B23B1/00. Способ определения оптимальной скорости резания / Артамонов Е. В., Васильев Д. В.,Чернышов М. О.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский индустриальный университет" (ТИУ) (RU). №2017119585; заявл. 05.06.2017; опубл. 21.06.2018, Бюл.№ 18.

18. Полетика М.Ф. Теория резания. Ч. 1. Механика процесса резания. Томск: Изд-во ТПУ, 2001.

19. Мокрицкий Б.Я. , Алтухова В.В., Саблин П.А. Повышение эффективности стружкообразования при колёсотокарной обработке // Проблемы машиностроения и автоматизации. 2013. № 2. С. 33-38.

20. Розенберг Ю.А. Методы аналитического определения степени деформации металла стружки при резании // Вестник машиностроителя. 2001. №3. С. 34-38.