149 / 457
Современные технологии и автоматизация в машиностроении
149
енты данного закона получают посредством проведения испытаний на статическое и динамическое
кручение.
Закон контакта между поверхностью режущей пластины и обрабатываемой поверхностью оп-
ределяется совокупностью механических и тепловых явлений.
Контактные механические явления опишем изотропной моделью трения Кулона:
n
t
;
n
t
,
где
n t
,
– составляющие вектора контактного напряжения,
– средний коэффициент трения [5].
Контактные тепловые явления представлены коэффициентом распределения теплового пото-
ка, образующегося на границе контакта обрабатываемого материала и режущей пластины. В случае
динамического контакта проблема усложняется тем, что граница контакта представляет собой источ-
ник тепла. Если пренебречь толщиной контакта и накоплением тепла в зоне данного контакта, тогда
всё тепло генерируемое на границе контакта
g
Ф
будет разделяться между двумя телами. Введём по-
нятие коэффициента распределения
, определяющего долю теплового потока
g
Ф
направленного в
тело 1. В нашем случае тело 1 – это режущая пластина, а тело 2 – обрабатываемый материал. В уп-
рощённом случае, где два тела находятся в идеальном контакте, отношение Вернотта вместе с коэф-
фициентом распределения
может быть описано в зависимости от следующего отношения физиче-
ских характеристик двух материалов [3]:
2 2 2
1 1 1
2
1
1
p
p
g
g
c
c
Ф
Ф
,
где
1
и
2
– коэффициент теплопроводности,
1
и
2
– плотность,
1
p
c
и
2
p
c
– удельная теплоём-
кость режущей пластины и обрабатываемого материала соответственно.
Граничные условия задаются на основе Произвольного подхода Лагранжа-Эйлера [3]. Под-
робная методика термомеханического моделирования представлена в работе [6].
Для создания модели распределения тепловых полей в режущей пластине с покрытием (Heat
transfert) в программной среде SIMULIA/Abaqus разрабатывается CAD-модель режущей пластины с
покрытием с соответствующими физико-механическими свойствами материалов. Задаются гранич-
ные условия и прикладывается контактное тепловое нагружение, полученное из термомеханической
модели. В качестве выходных данных получают распределение тепловых полей в режущем инстру-
менте.
Моделирование распределения тепловых полей в твердосплавной режущей пластине с TiAlN-
покрытием для продольного точения стали 42CrMo4. Моделирование выполнялось для продольного
точения стали 42CrMo4 (
в
= 2500 МПа, закалка в масле в течение 180 минут после нагрева до тем-
пературы 850°С и отпуск при температуре 600°С в течение 240 минут, твёрдость 38 HRC) проходным
резцом, оснащённым режущей пластиной ATI Stellram CNMG542A
‐
4E SP0819 CNMI60608E
‐
4E
для заданного режима резания (скорость резания 150 м/мин, подача 0,3 мм/об, глубина резания 3 мм).
Режущая пластина, состоящая из подложки мелкозернистого наноструктурированного карбида
SP0819 и сверхтвёрдого PVD-нанопокрытия TiAlN, значительно повышает теплостойкость и сопро-
тивление инструмента износу при точении указанного материала. Максимальная рабочая температу-
ра составляет 1000°С. Державка Sandvik Coromant DCLNR3232P-16 обеспечивает наклон режущего
инструмента: передний угол
= 9°; задний угол
= 6°; главный угол в плане
= 50°, вспомога-
тельный угол в плане
1
= 50°. Режущая кромка пластины закруглённая.
Физико-механические свойства режущей пластины были заданы на основании [7 – 9], а обра-
батываемого материала - [10, 11].
Значения параметров закона поведения стали 42CrMo4 при больших деформациях Джонсона-
Кука представлены в таблице 1.
Таблица 1
Значения параметров закона поведения материала 42CrMo4
при больших деформациях Джонсона-Кука [12]
A
, MПa
B
, MПa
С
n
m
0
f
0
595
580
0,023
0,133
13
1000
1520
20
Средний коэффициент трения для пары TiAlN/42CrMo4 - 0,32 [12].