Аналіз температур у зоні різання та сил різання при лезовій обробці чавуну з вермикулярним графітом
DOI:
https://doi.org/10.26642/ten-2025-1(95)-19-23Ключові слова:
чавун з вермикулярним графітом, температура різання, сили різання, теплопровідність, FEM-моделювання, кубічний нітрид бору, мінералокерамікаАнотація
У статті проаналізовано впив морфології графітових включень та фізико-механічних властивостей чавунів на температурно-силовий стан у зоні різання при лезовій обробці. Розглянуто особливості обробки сірих чавунів (СЧ), чавунів з вермикулярним графітом (ЧВГ) і високоміцних чавунів з кулястим графітом (ВЧК), що широко застосовуються в елементах машин, які працюють в умовах високих термомеханічних навантажень. Проведено порівняльний аналіз температур різання та складових сил для СЧ, ЧВГ і ВЧК на основі експериментальних та модельованих даних, наведених у наукових дослідженнях. Встановлено, що ЧВГ характеризується підвищеною твердістю та зниженою теплопровідністю, що ускладнює тепловідведення, сприяє локальному перегріванню зони різання та інтенсифікує зношування інструмента. Показано, що зі зростанням швидкості різання, подачі та глибини обробки спостерігається підвищення температури та сил різання, особливо в умовах сухої обробки. FEM-моделювання підтвердило ефективність такого підходу для прогнозування напружено-деформованого стану, однак вимагає врахування зношування ріжучої кромки та реальних умов теплообміну для підвищення точності.
Окрему увагу приділено оцінці ефективності сучасних охолоджувальних технологій. Зокрема, застосування системи ScCO₂-MQL дозволяє суттєво знизити температуру в зоні різання, стабілізувати процес та збільшити стійкість інструмента при високошвидкісному фрезеруванні ЧВГ.
Посилання
Sahin, Y., Kilicli, V., Ozer, M. and Erdogan, M. (2010), «Comparison of abrasive wear behavior of ductile iron with different dual matrix structures», Wear, No. 268, рр. 153–165.
Abedi, H.R., Fareghi, A., Saghafian, H. and Kheirandish, S.H. (2010), «Sliding wear behavior of a ferritic–pearlitic ductile cast iron with different nodule count», Wear, No. 268, рр. 622–628.
Cheng, X., Hu, S., Song, W. and Xiong, X.A. (2014), «Comparative study on gray and nodular cast irons surface melted by plasma beam», Vacuum, No. 101, рр. 177–183.
Cueva, G., Sinatora, A., Guesser, W.L. and Tschiptschin, A.P. (2023), «Wear resistance of cast irons used in brake disc rotors», Wear, No. 255, рр. 1256–1260.
Tvarozek, J. and Lickova, M. (2023), «Structural and stress conditions of graphite cast irons after intense heating and controlled cooling», American International Journal of Contemporary Research, No. 3, рр. 49–69.
Ghaderi, A.R., Nili Ahmadabadi, M. and Ghasemi, H.M. (2023), «Effect of graphite morphologies on the tribological behavior of austempered cast iron», Wear, No. 255, рр. 410–416.
Mohammed, W.M., Ng, E. and Elbestawi, M.A. (2012), «Modeling the effect of compacted graphite iron microstructure on cutting forces and tool wear», CIRP J. Manuf. Sci. Technol., No. 5 (2), рр. 753–765,doi: 10.1016/j.cirpj.2012.03.002.
Tu, L., Chen, J., An, Q. et al. (2021), «Machinability improvement of compacted graphite irons in milling process with supercritical CO₂-based MQL», Journal of Manufacturing Processes, Vol. 67, p. 703–714, doi: 10.1016/j.jmapro.2021.05.
Ucun, I. and Aslantas, K. (2011), «Numerical simulation of orthogonal machining process using multilayer and single-layer coated tools», Int J Adv Manuf Technol., No. 54, рр. 899–910.
Nguyen, D., Tooptong, S., Park, K.H. and Kone, P. (2020), «Formation mechanism of alumina layer in protecting cubic boron nitride inserts in turning cast irons», Int J Mach Tool Manuf., No. 153, 103539.
Tu, L.Q., Tian, S., Xu, F. et al. (2020), «Cutting performance of cubic boron nitride-coated tools in dry turning of hardened ductile iron», J Manuf Process, No. 56, рр. 158–68.
Tu, L.Q., Xu, F., Wang, X. et al. (2020), «Temperature distribution of cubic boron nitride–coated cutting tools by finite element analysis», Int J Adv Manuf Technol, No. 105, рр. 197–207
Nayyar, V., Kaminski, J., Kinnander, A. and Nyborg, L. (2012), «An experimental investigation of machinability of graphitic cast iron grades; flake, compacted and spheroidal graphite iron in continuous machining operations», Procedia CIRP, No. 1 (1), рр. 488–493, doi: 10.1016/J.PROCIR.2012.04.087.
Silva, da A.E., Silva, da L.R.R., Reis, dos A. et al. (2020), «Ezugwu, Relationship between mechanical and metallurgical properties with machinability when drilling high-strength cast irons», Int. J. Adv. Manuf. Technol., No. 106 (7–8).
Guo, Y., Wang, C.Y., Yuan, H. et al., «Milling Forces of Compacted Graphite Iron (CGI) and Gray Iron (GI)», Guangdong University of Technology.
Kovalenko, V.L., Boyko, I.A. and Melnychuk, P.P. (2022), «Zastosuvannya metodu skinchenykh elementiv dlya poshuku shlyakhiv optymizatsiyi temperaturnoho polya pry rizanni instrumentamy iz PKNB hrupy», Tekhnichna inzheneriya.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Віктор Степанович Антонюк
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.
