Вплив косокутної геометрії торцевих фрез на температуру різання при чистовому і напівчистовому фрезеруванні плоских поверхонь
DOI:
https://doi.org/10.26642/ten-2022-2(90)-36-43Ключові слова:
торцеве фрезерування; торцева фреза; косокутне різання; ступінчасті фрези; різальні елементи; температураАнотація
За даними аналізу опублікованих робіт авторів, що досліджували процес фінішної обробки плоских поверхонь деталей торцевим фрезеруванням, встановлено доцільність використання процесів торцевого фрезерування для фінішного формування поверхневого шару деталей, що обробляються. При цьому значні переваги мають технологічні процеси з використанням торцевих фрез косокутного різання, оснащених надтвердими матеріалами, зі спірально-ступінчастим розташуванням різальних елементів. Разом з тим важливим фактором процесу різання, який впливає на стійкість інструменту та якість обробленої поверхні, є температура різання. Дослідження температури різання при механічній обробці, у тому числі при чистовому і напівчистовому торцевому фрезеруванні плоских поверхонь, відіграє важливу роль. Нагрівання різальної кромки інструмента в процесі різання викликає зміну структури та механічних властивостей матеріалу, а при досягненні певних значень температури сприяє інтенсифікації адгезійних та дифузійних явищ. Все це допомагає прискоренню зносу інструмента і зниженню його стійкості. Робота присвячена дослідженню впливу кута нахилу λ головної різальної кромки інструмента і подачі на зуб Sz на температуру різання при обробці плоскої поверхні заготовки із сірого чавуну СЧ21 та вуглецевої сталі У8 за допомогою програмного забезпечення Deform-3D. За результатами досліджень побудовані графіки залежності температури на передній поверхні ножа торцевої фрези від зміни кута нахилу λ головної різальної кромки і подачі на зуб Sz. Обґрунтовано характер зношування ножів косокутної торцевої фрези при обробці сірого чавуну СЧ21. Визначено вплив кута нахилу λ головної різальної кромки на температуру різання і обґрунтовано оптимальні його значення, що в свою чергу підвищить стійкість інструмента.
Посилання
Vygovs'kyj, G.M. (2000), Pidvyshhennja pracezdatnosti torcevyh frez dlja chystovoi' obrobky ploskyh poverhon', Abstract of Ph.D. dissertation, 05.03.01 «Procesy mehanichnoi' obrobky, verstaty ta instrument», Kyi'v, 16 p.
Gromovyj, O.A., Vygovs'kyj, G.M. and Balyc'ka, N.O. (2020), «Shljahy udoskonalennja procesu obrobky ploskyh poverhon' detalej frezeruvannjam», Tehnichna inzhenerija, No. 2 (86), pp. 48–53.
Novikova, N.V. and Klimenko, S.A. (ed.) (2014), Instrumenty iz sverkhtverdykh materialov, Mashinostroenie, M., 608 p.
Klimenko, S.A. and Manokhin, A.S. (2009), «Tverdoe «breyushchee» tochenie», Sverkhtverdye materialy, No. 1, pp. 58–74.
Baralić, J.C., Dučić, N.G., Mitrović, A.M. et al. (2019), «Modeling and optimization of temperature in end milling operations», Thermal Science, Vol. 23 (6A), рр. 3651–3660.
Dobrotvors'kyj, S.S., Basova, Je.V. and Dobrovol's'ka, L.G. (2015), «Komp’juterne proektuvannja ta modeljuvannja tehnologichnyh procesiv vysokoshvydkisnogo frezeruvannja zagartovanyh stalej», Visnyk Nacional'nogo universytetu «L'vivs'ka politehnika», No. 822, pp. 7–13.
Vygovs'kyj, G.M. and Plysak, M.M. (2019), «Doslidzhennja napruzheno-deformovanogo stanu torcevoi' frezy dlja chystovoi' obrobky ploshhyn», Visnyk ZhDTU, Ser. Tehnichni nauky, No. 1 (83), рр. 53–58, doi: 10.26642/tn-2019-1(83)-53-58.
Vygovs'kyj, G.M. (2000), Pidvyshhennja pracezdatnosti torcevyh frez dlja chystovoi' obrobky ploskyh poverhon', NTUU «KPI», K.
Vyhovskyi, H., Plysak, M., Balytska, N. et al. (2021), Engineering Methodology for Determining Elastic Displacements of the Joint «Spindle Assembly-Face Milling Cutter» While Machining Planes, in Tonkonogyi, V. et al (ed.), Advanced Manufacturing Processes II. InterPartner 2020. Lecture Notes in Mechanical Engineering, Springer, Cham, pp. 258–268, doi: 10.1007/978-3-030-68014-5_26.
Hlembotska, L., Balytska, N., Melnychuk, P. and Vyhovskyi, H. (2021), «Structural improvement of face mills designs based on systems approach», Scientific Journal of TNTU, No. 101 (1), pp. 102–114.
Stepchyn, Ja.A. (2016), «Porivnjal'na harakterystyka dynamiky procesiv torcevogo frezeruvannja frezamy standartnyh ta special'nyh konstrukcij», Visnyk ZhDTU, Ser. Tehnichni nauky, No. 1 (72), pp. 51–56.
Gromovyj, O.A. (2002), Rozrobka chystovyh kosokutnyh torcevyh frez z kombinovanymy shemamy rizannja, Thessis of Ph.D. dissertation, 05.03.01, Kyi'v, 172 p.
Mel'nychuk, P.P. (2002), Naukovi osnovy chystovogo torcevogo frezeruvannja ploskyh poverhon', Abstract of D.Sc. dissertation, NTUU «KPI», K., 26 p.
Baralić, J.C., Dučić, N.G., Mitrović, A.M. et al. (2019), «Modeling and optimization of temperature in end milling operations», Thermal Science, Vol. 23 (6A), рр. 3651–3660, doi: 10.2298/TSCI190328244B.
Fedorov, S.V. and Min, Kh.S. (2018), «The influence of complex surface treatment on wear of milling carbide inserts when machining of nickel alloy», Physics Journal, Vol. 61, No. 8–2, pp. 93–97.
Noshhenko, O.M. (2003), Pidvyshhennja efektyvnosti vykorystannja tverdosplavnyh rizciv na osnovi ob’jemnogo modeljuvannja i'h termomicnosti, Abstract of Ph.D. dissertation, 05.03.01, Nac. tehn. un-t Ukrai'ny «Kyi'v. politeh. in-t», K., 20 p.
Novikov, N.V. and Vashchenko, A.N. (2007), «Kontaktnoe vzaimodeistvie reztsov, osnashchennykh KNB, s obrabatyvaemym materialom pri tochenii iznosostoikogo chuguna», Zbirnyk naukovyh prac' ZhDTU «Procesy mehanichnoi' obrobky v mashynobuduvanni», ZhDTU, Zhytomyr, No. 5, pp. 118–124.
Kushner, V.S., Storchak, M.G., Burgonova, O.Yu. and Gubin, D.S. (2017), «Razrabotka matematicheskoi modeli krivoi techeniya splavov pri adiabaticheskikh usloviyakh deformirovaniya», Zavodskaya laboratoriya. Diagnostika materialov, Vol. 83, No. 5, pp. 45–49, [Online], available at: https://www.zldm.ru/jour/article/view/477/478
Soo, S.L., Khan, S.A., Aspinwall, D.K. et al. (2016), «High speed turning of Inconel 718 using PVDcoated PCBN tools», CIRP Annals – Manufacturing Technology, Vol. 65, No. 1, pp. 89–92, doi: 10.1016/j.cirp.2016.04.044.
Klymenko, S.A. (2018), «Naukovo-tehnichni problemy mehanichnoi' obrobky instrumentamy z nadtverdyh materialiv: stan ta perspektyvy», Visnyk Nacional'noi' akademii' nauk Ukrai'ny, No. 9, pp. 45–52.
Czan, A., Sajgalik, M., Holubjak, J. et al. (2017), «Identifi cation of temperatures in cutting zone when dry machining of nickel alloy Inconel 718», Procedia Manufacturing, Vol. 14, рр. 66–75.
Kovalenko, Ja.P., Mel'nychuk, P.P. and Kyrylovych, V.A. (2022), «Ocinka tehnologichnyh ta termobarychnyh osoblyvostej mehanichnoi' obrobky zagartovanyh stalej: opys javyshh u kontaktnij zoni rizannjam lezovymy instrumentamy iz PKNB grupy VL», Tehnichna inzhenerija, No. 1 (89), pp. 27–31, doi: 10.26642/ten-2022-1(89)-27-31.
Stepchyn, Ja.A. and Stepchyn, O.A. (2017), «Osoblyvosti modeljuvannja teplofizychnyh procesiv zony rizannja v systemi SOLIDWORKS SIMULATION», Visnyk ZhDTU, Ser. Tehnichni nauky, No. 1 (79), pp. 41–47.
Vyhovskyi, H., Plysak, M., Balytska, N. et al. (2023), «Numerical Simulation of Cutting Forces in Face Milling», in Tonkonogyi, V. et al. (ed.), Advanced Manufacturing Processes IV. InterPartner 2022. Lecture Notes in Mechanical Engineering, Springer, Cham, doi: 10.1007/978-3-031-16651-8_21.
Daoud, M., Chatelain, J.F. and Bouzid, A. (2015), «Effect of rake angle on Johnson-Cook material constants and their impact on cutting process parameters of Al2024-T3 alloy machining simulation», Int. J. Adv. Manuf. Technol., Vol. 81, рр. 1987–1997.
Chernykh, D.M., Tkachenko, Yu.S. and Tsyganov, V.S. (2019), «Simulation of the machining process in order to optimize the operating parameters», Bulletin of the Voronezh State Technical University, Vol. 15, No. 1, рр. 130–137.
Vovk, A., Sölter, J. and Karpuschewski, B. (2020), «Finite element simulations of the material loads and residual stresses in milling utilizing the CEL method», Procedia CIRP, Vol. 87, рр. 539–544.
Список використаної літератури:
Виговський Г.М. Підвищення працездатності торцевих фрез для чистової обробки плоских поверхонь : автореф. дис. … к.т.н. : 05.03.01 «Процеси механічної обробки, верстати та інструменти» / Г.М. Виговський. – К., 2000. – 16 с.
Громовий О.А. Шляхи удосконалення процесу обробки плоских поверхонь деталей фрезеруванням / О.А. Громовий, Г.М. Виговський, Н.О. Балицька // Технічна інженерія. – 2020. – № 2 (86). – С. 48–53.
Инструменты из сверхтвердых материалов / под. ред. Н.В. Новикова, С.А. Клименко. – М. : Машиностроение, 2014. – 608 с.
Клименко С.А. Твердое «бреющее» точение / С.А. Клименко, А.С. Манохин // Сверхтвердые материалы. – 2009. – № 1. – С. 58–74.
Modeling and optimization of temperature in end milling operations / J.C. Baralić, N.G. Dučić, A.M. Mitrović and other // Thermal Science. – 2019. – Vol. 23 (6A). – P. 3651–3660.
Добротворський С.С. Комп’ютерне проектування та моделювання технологічних процесів високошвидкісного фрезерування загартованих сталей / С.С. Добротворський, Є.В. Басова, Л.Г. Добровольська // Вісник Національного університету «Львівська політехніка». – 2015. – № 822. – С. 7–13.
Виговський Г.М. Дослідження напружено-деформованого стану торцевої фрези для чистової обробки площин / Г.М. Виговський, М.М. Плисак // Вісник ЖДТУ. Серія : Технічні науки. – 2019. – № 1 (83). – С. 53–58. DOI: 10.26642/tn- 2019-1(83)-53-58.
Виговський Г.М. Підвищення працездатності торцевих фрез для чистової обробки плоских поверхонь / Г.М. Виговський. – К. : НТУУ «КПІ», 2000.
Engineering Methodology for Determining Elastic Displacements of the Joint «Spindle Assembly-Face Milling Cutter» While Machining Planes / H.Vyhovskyi, M.Plysak, N.Balytska and other ; in V.Tonkonogyi and other (ed.) // Advanced Manufacturing Processes II. InterPartner 2020. Lecture Notes in Mechanical Engineering. – Cham : Springer, 2021. – P. 258–268. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-68014-5_26.
Structural improvement of face mills designs based on systems approach / L.Hlembotska, N.Balytska, P.Melnychuk, H.Vyhovskyi // Scientific Journal of TNTU. – 2021. – № 101 (1). – Р. 102–114.
Степчин Я.А. Порівняльна характеристика динаміки процесів торцевого фрезерування фрезами стандартних та спеціальних конструкцій / Я.А. Степчин // Вісник ЖДТУ. Сер. : Технічні науки. – 2016. – № 1 (72). – С. 51–56.
Громовий О.А. Розробка чистових косокутних торцевих фрез з комбінованими схемами різання : дис. … к.т.н. : 05.03.01 / О.А. Громовий. – Київ, 2002. – 172 с.
Мельничук П.П. Наукові основи чистового торцевого фрезерування плоских поверхонь : автореф. дис. … д.т.н. / П.П. Мельничук. – К. : НТУУ «КПІ», 2002. – 26 с.
Modeling and optimization of temperature in end milling operations / J.C. Baralić, N.G. Dučić, A.M. Mitrović and other // Thermal Science. – 2019. – Vol. 23 (6A). – P. 3651–3660. DOI: 10.2298/TSCI190328244B.
Fedorov S.V. The influence of complex surface treatment on wear of milling carbide inserts when machining of nickel alloy / S.V. Fedorov, Kh.S. Min // Physics Journal. – 2018. – Vol. 61, № 8–2. – P. 93–97.
Нощенко О.М. Підвищення ефективності використання твердосплавних різців на основі об’ємного моделювання їх термоміцності : автореф. дис. … к.т.н. : 05.03.01 / О.М. Нощенко ; Нац. техн. ун-т України «Київ. політех. ін-т». – К., 2003. – 20 с.
Новиков Н.В. Контактное взаимодействие резцов, оснащенных КНБ, с обрабатываемым материалом при точении износостойкого чугуна / Н.В. Новиков, А.Н. Ващенко // Збірник наукових праць ЖДТУ «Процеси механічної обробки в машинобудуванні». – Житомир : ЖДТУ, 2007. – № 5. – С. 118–124.
Разработка математической модели кривой течения сплавов при адиабатических условиях деформирования / В.С. Кушнер, М.Г. Сторчак, О.Ю. Бургонова, Д.С. Губин // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2017. – Т. 83, № 5. – С. 45–49 [Электронный ресурс]. – Режим доступа : https://www.zldm.ru/jour/article/view/477/478.
High speed turning of Inconel 718 using PVDcoated PCBN tools / S.L. Soo, S.A. Khan, D.K. Aspinwall and other // CIRP Annals – Manufacturing Technology. – 2016. – Vol. 65, № 1. – P. 89–92. DOI: 10.1016/j.cirp.2016.04.044.
Клименко С.А. Науково-технічні проблеми механічної обробки інструментами з надтвердих матеріалів: стан та перспективи / С.А. Клименко // Вісник Національної академії наук України. – 2018. – № 9. – С. 45–52.
Identifi cation of temperatures in cutting zone when dry machining of nickel alloy Inconel 718 / A.Czan, M.Sajgalik, J.Holubjak and other // Procedia Manufacturing. – 2017. – Vol. 14. – P. 66–75.
Коваленко Я.П. Оцінка технологічних та термобаричних особливостей механічної обробки загартованих сталей: опис явищ у контактній зоні різанням лезовими інструментами із ПКНБ групи ВL / Я.П. Коваленко, П.П. Мельничук, В.А. Кирилович // Технічна інженерія. – 2022. – № 1 (89). – С. 27–31. DOI: 10.26642/ten-2022-1(89)-27-31.
Степчин Я.А. Особливості моделювання теплофізичних процесів зони різання в системі SOLIDWORKS SIMULATION / Я.А. Степчин, О.А. Степчин // Вісник ЖДТУ / Технічні науки. – 2017. – № 1 (79). – С. 41–47.
Numerical Simulation of Cutting Forces in Face Milling / H.Vyhovskyi, M.Plysak, N.Balytska and other ; in V.Tonkonogyi and other (ed.) // Advanced Manufacturing Processes IV. InterPartner 2022. Lecture Notes in Mechanical Engineering. – Cham : Springer, 2023. DOI: 10.1007/978-3-031-16651-8_21.
Daoud M. Effect of rake angle on Johnson-Cook material constants and their impact on cutting process parameters of Al2024-T3 alloy machining simulation / M.Daoud, J.F. Chatelain, A.Bouzid // Int. J. Adv. Manuf. Technol. – 2015. – Vol. 81. – P. 1987–1997.
Chernykh D.M. Simulation of the machining process in order to optimize the operating parameters / D.M. Chernykh, Yu.S. Tkachenko, V.S. Tsyganov // Bulletin of the Voronezh State Technical University. – 2019. – Vol. 15, № 1. – P. 130–137.
Vovk A. Finite element simulations of the material loads and residual stresses in milling utilizing the CEL method / A.Vovk, J.Sölter, B.Karpuschewski // Procedia CIRP. – 2020. – Vol. 87. – P. 539–544.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2022 Микола Миколайович Плисак
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Автор, який подає матеріали до друку, зберігає за собою всі авторські права та надає відповідному виданню право першої публікації, дозволяючи розповсюджувати даний матеріал із зазначенням авторства та джерела первинної публікації, а також погоджується на розміщення її електронної версії на сайті Національної бібліотеки ім. В.І. Вернадського.
