Microsoft Word - Vlijanie na....doklad-AMO-09[1].doc

Препис

1 ВЛИЯНИЕ НА КОМБИНИРАНАТА ЕЛЕКТРОФИЗИЧНА ОБРАБОТКА НА ОСНОВНИТЕ ЗАВИСИМИ ПРОМЕНЛИВИ ПРИ ФРЕЗОВАНЕ доц. дтн.инж.а.и.македонски,технически университет -София ; д-р.инж.и.вилчик,чешки технически университет-прага, Ст.н.с.д-р.инж. Б.Г.Македонски makedonski@tu-sofia.bg ; makedonski_3214@abv.bg ; igor.vilcek@fs.cvut.cz Резюме: Изследван е ефекта от комбинирана електрофизична обработка върху зависимите променливисили на рязане,износване на инструмента и грапавост на обработените повърхнини при фрезоване. Регистрираните резултати се обясняват с настъпилите изменения в условията на триене в процеса на рязане. За да се изключи всякакво съмнение, че работата с инструменти предварително подложени на магнитноултразвукова обработка води до промяна в условията на рязане и контактното взаимодейдтвие инструмент-стружка, бяха проведени продължителни и независими сравнителни изследвания за процеса фрезоване в условията на катедра Производствени технологии в ТУ-Прага, Р. Чехия. Ключови думи: магнитно-ултразвукова обработка, зависими променливи, самоорганизация. INFLUENCE OF THE COMBINED ELECTRO-PHYSICAL TREATMENT ON THE PRINCIPAL DEPENDENT VARIABLES DURING MILLING Abstract: The effect of the combined electro-physical treatment produced under milling on the dependent variables cutting forces, tool wear and roughness of the treated surfaces is investigated. The obtained results are explained by the changes that occurred in the conditions of friction during the cutting process. In order to eliminate any doubt that the work performed with tools previously subjected to a magnetic-ultrasound treatment leads to a change in the conditions of cutting and in the contact interaction tool-chip, long-term independent comparative analyses on the milling process were carried out in the Department of Production Technologies at the Technical University of Prague, the Czech Republic. Keywords: magnetic-ultrasound treatment, dependent variables, self-organization. 1. ВЪВЕДЕНИЕ Комбинираната електрофизична обработка на инструментите с цел тяхното уякчаване се свежда до следното. Инструментите се подвеждат в работната зона на устройство (фиг.1) като се подлагат на краткотрайно и едновременно въздействие от постоянно магнитно поле със зададена напрегнатост и ултразвукови колебания с постоянна честота и амплитуда. След обработката инструментите предназначени за обработване на феромагнитни материали се размагнитват [1]. а) б) Фиг.1.Устройство МУЗ-1 a) общ вид б)разрез:-1-ултразвуков генератор, 2-бобини, 3-пиезоелектрически преобразувател с концентратор и вибраторен прът, 4-пластина 1

2 В процеса на рязане действат едновременно редица зависими и независими променливи. Основните независими променливи са материала на инструмента и детайла с неговите физико-химични и механични свойства, геометрията на инструмента, режима на рязане, МОТ, характеристиките на машината-мощност, виброустойчивост и др. Зависимите променливи са тези, повлияни от смяната на независимите променливи, а това са: ъгъл на приплъзване(срязване), форма на стружката, сили и разход на енергия при рязане, износване на инструмента, грапавост и точност на обработваните повърхнини и др. Комплексният анализ на процеса на рязане изисква установяване на количествено съотношение между всички зависими и независими променливи. Решаването на тази комплексна задача е почти невъзможно, затова се ограничава броя на изучаваните зависими и независими променливи. В предшестващи изследвания [1] е доказано, че повишената износоустойчивост,респ. трайност на инструментите обработени с комбинираната електрофизична технология (магнитно поле + ултразвук) е следствие на предизвикани процеси в два последователни етапа: -първият е свързан с образуването на нова повърхнина (с подобрени структурни и физико-химични характеристики) в обработваните материали; -вторият, с промяната в условията на триене, респ. на контактно взаимодействие, довеждащи до структурна приспособляемост т.е. до самоорганизация на трибосистемата вследствие на постигнатото в първия етап. Внесените положителни промени чрез комбинираната електрофизична обработка в бързорежещите и топлоустойчиви инструментални стомани се свързват с изнасяне на легиращи елементи на повърхността [2],с неустойчивост в метастабилните структури, предизвикана от повишаването количеството и ефективността на релаксационните процеси, протичащи в материала, намаляване на вътрешните напрежения и дислокационни бариери [3], с повишената дислокационна плътност и протичащите по-интензивни релаксационни процеси на натрупване на по-голям брой атоми на внедряване в атмосферите на Котрел около дислокациите [3,4], а при твърдосплавните инструменти от групите K,P,M с подобряване здравината на кобалтовата свръзка, вследствие на повишаване якостта им на опън и модула на еластиност [5,6]. Приспособляемостта на контактните повърхнини на инструмента, към условията на експлоатация при струговане и свредловане е доказано и научно обосновано, като реалният ефект се изразява в наблюдавани положителни количественни изменения в зависимите променливи - сили, въртящ момент и разход на енергия при рязане, износване на инструмента[7,8]. Проведените продължителни и независими сравнителни изследвания за процеса свредловане, в условията на катедра Производствени технологии към ЧТУ-Прага, Р.Чехия и не на последно място получените резултати [8,9], изискваше да бъдат продължени и задълбочени горните изследвания и за други процеси на рязане в случая фрезоване, което е и целта на настоящата работа. 2. ЕКСПЕРИМЕНТАЛНО ИЗСЛЕДВАНЕ Сравнителните изследвания за установяване влиянието на комбинираната магнитно-ултразвукова обработка на зависимите променливи при фрезоване: сили на рязане (F c - главна сила, F P -радиална сила и F CN- нормална сила) ; грапавост на обработените повърхнини,определена от параметрите (Ra-средно аритметично отклонение на профила, Rmax-максимална височина на грапавините, Rz-средно аритметична височина на грапавините, Rq-средно квадратично отклонение на профила) и износване на инструмента са проведени в лабораторията EVO (експериментално изследване на рязането) към Института по машиностроителни технологии, катедра Производствени технологии на Технически университет Прага. Експериментите са проведени на фрезова машина модел FV25 с ЦПУ оборудвана с управляваща система Heidenhain TNC310 и фрезова глава ISO 40x27x32 на фирма Sandvik Coromant. Използвани са кръгли сменяеми твърдосплавни пластини с покритие от силициев карбид от вида RCKT1204 MO-PM, като една част от тях са предварително обработени по комбинираната магнитно-ултразвукова обработка в устройство МУЗ-1 (фиг.1) в условията на Технически университет-софия. Рязането е осъществявано само с една твърдосплавна пластина на фрезовата глава, т.е. фрезата е работила като едноръб режещ инструмент. Материалът на заготовката по чешката класификация отговаря на стомана марка с химичен състав : C Si Mn Cu Cr. Mo Ni. V Fe. 0,080 0,116 0,54 0,053 1,55 0,67 1,02 0,030 95,95 Работено e без използването на смазочно-охлаждаща течност с постоянен режим на рязане, а имено:скорост на рязане V с =85m/min; подаване на зъб f z =0,15mm/зъб и дълбочина на рязане a =0,3mm. Силите на рязане са измервани с четирикомпонентен динамометър-модел Kistler-9265В свързан в едно с управляваща програма DynoWare. Параметрите на грапавостта са измервани с дигитален мобилен профиломер модел Mitutuzo D SJ-201P. Износването на режещите пластини е определяно въз основа на снимки правени с високоскоростна камера модел Hamamatsu ORCA-ER с обработваща програма Image Acquisition MicroSuite FIVE. С всяка от режещите пластини (обработена и необработена ) са изпълнени по 30 прохода(повторения), всеки с дължина L=90mm. Силите на рязане са оценявани като усреднен резултат от графичните записи 2

3 направени по време на пет последователни прохода, а отчетените резултатите за параметрите на грапавостта отговарят на измерените стойности след всеки проход. Износването на твъдосплавните пластини е измервано равни интервали след определен брой проходи ( след 10 и след 30 проход ). С помощта на продукта Excel 2007 е създадена програма за обработване и автоматизирано пресмятане на резултатите от получените графични зависимости. 3.РЕЗУЛТАТИ И ОБСЪЖДАНЕ Фиг.2.Разположение на силите в три точки ( фази ) за един зъб Фиг.3. Изменение на главната силата на рязане за проведените измервания 3

4 Фиг.3. Изменение на главната силата на рязане за проведените измервания Фиг.4. Изменение на радиалната силата на рязане за проведените измервания Фиг.5. Изменение на нормалната силата на рязане за проведените измервания Фиг.6. Средно аритметично отклонения от профила за отделните измервания 4

5 ------Фиг.7. Максимална височина на грапавините за отделните измервания Фиг.8.Средно аритметични стойности на грапавостта за отделните измервания -----Фиг.9.Средно квадратично отклонение на профила за отделните измервания 5

6 ------Фиг.10.Износване по задната повърхнина на пластината за проведените измервания 4.ИЗВОДИ Проведеното изследване, обсъждането на експерименталните резултати и анализа на получените графични зависимости позволяват да се заключи: 1.По безспорен начин се потвърждава направеното научно обосновано твърдение в [7-9 ], че работата с инструменти предварително подложени на магнитно-ултразвукова обработка е съпроводена с промяна в условията на рязане и контактното взаимодействие. Разширяването на обсега на наблюдаваните зависими променливи на процеса на рязане при фрезоване в настоящето сравнително изследване и получените конкретни резултати за тях се изразяват количественно в : намаляване на главната сила на рязане с 6 % ; намаляване на отклонението от профила на обработената повърхнина с 10% ; намаляване на макималната височина на грапавините на обработените повърхнини с 28% ; намаляване на крайното износване на инструмента с 19%. Литература 1.Македонски А.И. Електрофизична технология за повишаване износоустойчивостта на феромагнитни материали.дисертация, д.т.н., София 2005г. 2.Македонски А.И. Физико-химические явления и механизм упрочнения обрабатываемой поверхности в процессе комбинированого электрофизической обработки (КЭО ) VI Konferenija naukowo-techniczna EM 2000 (Electromachining ),Budgoszcz-Wenecja,Polska,2000,proceedings,p.p Mdkedonski A.I., J.P.Ivanova. Methods for investigation of surface properties in carbon steels after combined electrophysical treatment. 2-nd Asia-pasific forum of precision surface finishing and deburring technology,2002,seul,korea,proceedings,p.p Македонски А.И.,Връзката между комбинираното магнитно-ултразвуково въздействие,вътрешната енергия на инструменталните материали и няхната износоустойчивост. 7МК Напредничави производствени операции-амо,2006,созопол,българия,сб.доклади,стр Манолев П., А.Македонски, Б.Пакедонски. Изследване влиянието на комбинираната електрофизична обработка върху якостта на опън и модула на еластичност на WC-Co. 25 ЮНК с международно участие МТФ 2007, Созопол,България,сб.доклади,стр Манолев П. Изследване механизма на уякчаване на металокерамични твърди сплави след комбинирана електрофизична обработка. Ьвтореферат дисерт. доктор,софия, Македонски А.И. Повишаване трайността на режещи инструменти чрез предварителни енергийни въздействия. Дисертация, к.т.н., София, Македонски А.И.,Б.Г.Македонски,Ю.М.Барон,П.И.Манолев. 9.Македонски А.И.,Б.Г.Македонски,И.Вилчек,П.И.Манолев.Ефект на самоорганизация на трибосистемата инструмент-стружка след магнитно-ултразвукова обработка.8-ма МК Авангардни машиностроителни обработки-амо 08, ,Кранево,България, сб.доклади стр