Файл: Вульф А.М. Резание металлов.pdf

При пользовании этим методом краска смешивается с алкоголями и наносится ровным слоем на грани исследуемых резцов. Некоторая погрешность в данном случае заключается в том, что оттенок переходящих красок меняется в зависимости от продол­ жительности действия тепла..

Один из наиболее точных и в то же время относительно простой

иридий и т. д., в нем образуются заряды противоположных знаков. Если свободные концы проволок соединить, то в цепи возникает термоток, электродвижущая сила которого пропорциональна разности температур места спая и холодных концов проволок.

Рис. 88. Термопара Я- Г. Усачева

Величину электродвижущей силы или напряжения можно изме­ рять с помощью гальванометра или милливольтметра. Для пере­ вода величины электродвижущей силы в градусы термопару необходимо тарировать. На рис. 88, а показана термопара Я- Г. Усачева. Здесь спай двух различных металлических про­ волок, изолированных слюдой, или стеклянной трубкой, вставлен в канал, просверленный в резце снизу. Дно этого канала распо­ лагают возможно ближе к передней грани и режущей кромке

резца, чтобы измерить температуру возможно ближе к источникам _ теплоты. Недостатки этого способа: удаленность спая термопары от участка максимальной температуры и необходимость поддер­ живать постоянным давление между спаем и дном отверстия.

Более удачной оказалась другая термопара (рис. 88, б), в ко­ торой проволока, например константановая, также изолированная от стенок канала, расклепывается на задней грани резца воз­ можно ближе к режущей кромке. Здесь термопарой являются проволока и материал самого резца. С помощью такой термопары Я. Г. Усачев провел ряд температурных исследований с доста­ точной точностью. Ею воспользовался ряд наших исследователей при определении температурного поля резца. Для этого в головке

резца просверливалось вдоль главной и вспомогательной режу­ щих кромок определенное количество отверстий, куда вставля­ лись термопары. К головке резца сверху прикреплялась тонкая пластина (толщиной примерно 2 мм), служившая передней по­ верхностью резца. На рис. 89 показано температурное поле перед­ ней поверхности, полученное А. М. Даниеляном при обработке стали со скоростью v = 38 м/мин, t = 2 мм; s = 0,54 мм/об.

Этот способ измерения имеет свои недостатки; измеряется температура на одном ограниченном участке и к тому же не­ сколько удаленном от основных источников теплообразования; необходимо иметь специальные резцы; недолговечность резцов, так как после одной-двух переточек термопара разрушается.

из самого изделия и режущего инструмента (рис. 90). В процессе резания в месте контакта разнородных материалов изделия и резца вследствие нагрева возникает электродвижущая сила. Термоток в этом случае направляется по обрабатываемой детали 1 через' медное кольцо 2, а затем через ртуть в ванне 3, служащей для контакта вращающегося кольца 2 с проволокой 4. При этом милливольтметр покажет напряжение термотока, по которому можно судить о температуре резания. Обрабатываемое изделие изолировано от патрона и заднего центра, а резец от суппорта — при помощи прокладок.

В практике этот метод измерения был значительно упрощен тем, что отказались от изолирования обрабатываемого изделия от станка. Контактирование через кольцо и ртуть, как показано на рис. 90, а также изолирование заднего центра от изделия были продиктованы желанием освободиться от второй дополнительной термопары, получающейся в месте контакта заднего центра и изделия; казалось бы, при этом дополнительный термоток должен нарушить правильность показаний основной термопары. Но

164

в действительности роль второй термопары оказалась ничтожной вследствие слабого разогревания заднего центра по сравнению

срезцом, и поэтому практически стало вполне возможным работать

ибез изоляции заднего центра (рис. 91). Это значительно упро­ стило все устройство, освободив его от дополнительных приспо­ соблений, так как теперь второй провод присоединялся к любой точке станка.

Вэтом виде метод естественной термопары был бы вполне пригоден для применения, если бы не сложность тарирования подобного устройства, заключающаяся в том, что для каждого обрабатываемого материала и резца необходимо строить свою тарировочную кривую зависимости между температурой и пока­

Рис. 91. Упрощенная схема естественной термопары

заниями милливольтметра. Для этого применяют различные ме­ тоды тарирования. Наиболее простой из них состоит в следующем: в ванну с расплавленным оловом (или алюминием для тарировки выше 600° С) погружаются сливная стружка, снятая с обрабаты­ ваемой детали, и резец. Стружка и резец соединяются проволо­ ками с гальванометром. При нагреве ванны (например, в элек­ тропечи) температура ее регистрируется контрольной термопарой и одновременно записываются показания гальванометра. В даль­ нейшем оказалось, что при тарировании вместо стружки можно использовать брусок обрабатываемого материала [145].

В действительности условия нагрева в процессе резания отли­ чаются от условий тарирования, поскольку в обоих случаях не обеспечиваются одинаковые площади контакта обрабатываемого металла с резцом. К тому же при тарировании измеряется постоян­ ная температура контакта образца и инструмента, между тем как на площади контакта стружки и передней поверхности инстру­ мента в процессе резания развивается температура различной напряженности в разных точках контакта и естественная термопара измеряет некоторую усредненную температуру.

165

На рис. 92 показана схема полуестественной термопары, при­ мененной в Л П И для измерения температуры резания при тонком

Оптические пирометры для измерения температуры резания при­ меняются при скоростной обработке металла, когда стружка и

Рис. 92. Термопара для измерения температуры резания минералокерамическим резцом:

/ — р е з е ц ; 2 — о б р а б а т ы в а е м а я д е т а л ь ; 3 — м и н е р а л о к е р а м и ч е с к а я п л а с т и н а ; 4 — э л е ­ мент т е р м о п а р ы (алюмель); 5 — п р о в о д ; 6 — д и с к ; 7 — ртуть; 8 — ванна; 9 — г а л ь в а н о ­

метр

резец нагревались весьма сильно вплоть до светлого каления. Однако опыт использования этого метода недостаточен, чтобы

ный от наблюдаемого участка, проходит через две линзы, отвер­ стие на экране и падает на фотоэлемент. Высокочувствительный гальванометр, соответственно проградуированный, показывает температуру наблюдаемого участка. Этот метод позволяет деталь­ нее исследовать температуру стружки и инструмента, но он не получил широкого распространения из-за следующих недостатков.

1. Появление тонких окислов на поверхности стружки иска­ жает правильность показаний прибора.

1 66

ИЗНОС И СТОЙКОСТЬ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

в течение определенного времени работы. Затупление резца про­ исходит в результате молекулярно-термических процессов и ме­ ханического износа его граней и режущей кромки. На скорость разрушения режущего клина в большой степени влияет темпе­ ратура резания. Эти факторы всегда действуют одновременно и друг друга обусловливают, но в зависимости от параметров ре­ зания (скорости резания, обрабатываемого материала, и др.) преимущественное влияние на стойкость инструмента могут ока­ зывать или физико-химический эффект, или механическое исти­ рание рабочих граней инструмента. В связи с этим различают следующие три основных вида износа.

1. Механическое изнашивание, царапание инструмента твер­ дыми частицами стружки и особенно частицами твердого нароста, карбидными или другими твердыми включениями, имеющимися в обрабатываемом металле; такой вид износа часто называют аб­ разивно-механическим.

3. Растворение материала инструмента в обрабатываемом ма­ териале — диффузионный износ; происходит преимущественно при относительно больших скоростях резания и температурах.

Кроме того, необходимо подчеркнуть, что при работе хруп­ кими твердосплавными и минералокерамическими резцами на­ блюдаются выкрашивание режущих кромок инструмента и даже местная пластическая деформация его, обусловленная одновре­ менным действием высокого давления и температуры.

Абразивно-механический износ. Резание металлов — чрезвы­ чайно сложный процесс, и здесь возможны самые разнообразные схемы износа инструмента. Например, износ может протекать следующим образом. При относительном перемещении твердой частицы / инструмента по поверхности сравнительно мягкого ме­ талла отрывается слой в виде стружки (рис. 94). Снимаемая струж­

168

выкрашивается. Стали аустенитного класса обладают особенно большой склонностью к наклепу. Как известно, в результате деформации в стружке происходят фазовые превращения с выде­ лением мельчайших карбидов, способствующих изнашиванию трущихся поверхностей.

Под влиянием высоких давлений и температур, достигающих на отдельных участках контакта огромных величин, на трущихся поверхностях образуются тончайшие слои окислов. Эти окисные пленки оказывают значительное влияние на характер износа. При прочном соединении с телом они могут предохранять трущиеся поверхности от непосредственного контакта и тем значительно уменьшать их износ, или, наоборот, при слабом соединении с по­ верхностью они, отрываясь в виде тончайшей аморфной пыли, будут усиливать трение и^ износ трущихся поверхностей."

Вот почему отдельные характерис­ тики физико-механических свойств металла далеко еще не определяют его истирающей способности. В этом отношении наиболее показательной является структура материала. Ис­ тирающая способность углеродистых сталей возрастает с увеличением содержания углерода, а легирован­ ных сталей — с увеличением карбидообразующих элементов: вольф­

рама, молибдена, марганца, ванадия и хрома. С повышением твердости углеродистой стали увеличивается ее истирающая способность, однако этого нельзя сказать в отношении легирован­ ных сталей. Здесь сказываются недостатки методов измерения твердости приборами Роквелла, Виккерса и др., так как они определяют не твердость карбидных включений, а твердость более мягкой основной массы металла.

Исследования Э. И. Фельдштейна подтвердили явную тенден­ цию к увеличению истирающей способности металла с возраста­ нием его твердости, однако строгой закономерности здесь нет. Например, среднеуглеродистые стали со структурами пластин­ чатого и зернистого перлита имеют почти одинаковую твердость, между тем как относительные показатели их истирающей спо­ собности различаются в 3,5 раза (сталь 40), в-8 раз (сталь 40Х) и даже в 20 раз (сталь 35ХГС).

В то же время истирающая способность весьма твердых ме­ таллов резко возрастает. Так, для стали 35ХГС при НВ 400 зна­ чение истирающего коэффициента в 5 раз больше, чем для той же

Из всех структурных • составляющих стали наименьшей ис­ тирающей способностью обладает феррит. За ним следует зерни-

169