319 / 530
Актуальные проблемы в машиностроении. 2016. №3
Технологическое оборудование,
оснастка и инструменты
____________________________________________________________________
319
Методика проведения исследований
Для определения оптимальной толщины режущей пластины были выполнены расчёты
распределения главного нормального напряжения в режущей пластине из твёрдого сплава
ВК8 при обработке труднообрабатываемого титанового сплава ВТ3-1. Расчёты выполнялись
методом конечных элементов с использованием программного обеспечения ANSYS 14.0.
Для увеличения точности расчётов в зоне контакта инструмента со стружкой и заготовкой
внешние нагрузки рассматривались не как сосредоточенные, а как распределённые. Распре-
деление этих внешних контактных нагрузок ранее было получено экспериментально с по-
мощью метода разрезного резца и метода изменения ширины искусственной фаски на задней
поверхности резца при свободном прямоугольном точении диска из титанового сплава ВТ3-1
[1]. Последний метод использовался при изучении распределения контактных нагрузок на
фаске задней поверхности резца вблизи режущей кромки, т.к. составные пластины разрезно-
го резца выкрашиваются, когда зазор, их разделяющий, приближается к режущей кромки на
расстоянии менее 0,6 мм. При обработке титанового сплава ВТ3-1 на скоростях резания, ис-
пользуемых на производстве, возможно применение только твёрдого сплава для изготовле-
ния составных пластин, но его прочность недостаточна при больших контактных нагрузках
на фаске задней поверхности у режущей кромки.
Расчёты внутренних напряжений в режущем клине выполнялись при неизменной гео-
метрии режущей части и режиме резания: передний угол γ=0°, главный задний угол α=10°;
ширина искусственной фаски на задней поверхности, моделирующей износ по задней по-
верхности, h
з
=0,2 мм, задний угол на этой фаске α
h
=0 º, скорость резания v=1 м\с, радиальная
подача s= 0,21 мм\об. Толщина h режущей пластины изменялась от 2 до 20 мм (рис. 1, 2).
Результаты и обсуждение
При резании титанового сплава резцом, оснащённым режущей пластиной малой тол-
щины h = 2 мм (рис. 1) рядом с режущей кромкой наблюдаются сжимающие главные нор-
мальные напряжения очень большой величины (σ
3
= -6866 МПа), что превышает предел
прочности твёрдого сплава ВК8 на сжатие (σ
max
= -4200 МПа). На практике это подтвержда-
ется разрушением режущих пластин толщиной менее 2 мм при обработке титанового сплава
ВТ3-1.
На передней и нижней
опорной поверхностях пласти-
ны возникает растягивающее
напряжение (σ
1
= +542 МПа),
приближающееся к пределу
прочности твёрдого сплава ВК8
на растяжение (σ
max
= +750
МПа). Расположение этой зоны
растягивающих напряжений на
большом удалении от места
приложения силы резания
(около четырёх длин контакта
стружки с передней поверхно-
стью) объясняет скол большого
объёма инструментального ма-
териала.
Рис.
1.
Распределение
главного
нормального
напряжения
σ (МПа)
в режущем клине при толщине
пластины h=2 мм.
ВТ3-1 – ВК8, γ=0°, v=1 м\с,
s= 0,21 мм\об, h
з
=0,2 мм