Тульский государственный университет, Тула, Россия:

А. С. Ямников, профессор, эл. почта: Yamnikovas@mail.ru

ПАО «Тульский оружейный завод», Тула, Россия:
А. О. Чуприков, начальник отдела, эл. почта: artemline@rambler.ru

Для эффективного резания металлов режущая часть инструмента должна обладать твердостью, прочностью и теплостойкостью. Показано, что авторы зарубежных и отечественных исследований анализируют надежность инструмента (выход из строя до завершения периода стойкости), распределение энергии, подводимой в систему резания и затрачиваемой на пластическую деформацию срезаемого слоя, а также эксплуатационные возможности новых отечественных твердосплавных пластин и причины их повышенного изнашивания. Дан обзор применяемых методов математического моделирования процессов с большими деформациями и перемещениями на существенные расстояния частей первоначально единой области. Обосновано применение программного продукта трехмерного проектирования (SolidWorks Simulation) для моделирования напряжений в теле сборного инструмента, включающего державку резьбового резца вместе с установленной в ней трехгранной резьбовой пластиной со стандартной геометрией из режущей керамики ВОК-60, которую механически закрепляли в державке с целью аналитического определения предельно допустимых («ломающих») подач на врезание резца в тело высокопрочной заготовки. Для проведения моделирования была подготовлена трехмерная модель для приложения сил резания. Были получены результаты перемещений (растяжение) передней поверхности. Определено, что для конкретного случая моделирования процесса нарезания упорной резьбы с шагом 2 мм на детали из вязкой стали сσ_в = 950 МПа при толщине срезаемого вершинным лезвием слоя 0,22 мм, значение напряжения ~5500 МПа и выше, что превышает допустимые значения. При численных экспериментах с увеличением врезания напряжение уменьшается и подачу можно увеличивать. Предложено и запатентовано решение, заключающееся в том, что для снижения отрицательного влияния изгибающего момента на прочность пластинки целесообразно уменьшить момент действия силы резания путем введения дополнительной упрочняющей фаски на задней поверхности с отрицательным углом при вершине. Анализ результатов испытаний показывает, что значения ломающих подач для пластин предложенной геометрии на всех глубинах предварительного врезания больше, чем для пластин стандартной геометрии, в 1,7–1,6 раза, причем наиболее значительно это проявляется на меньших глубинах профиля резьбы.

Результаты исследования опубликованы при финансовой поддержке ТулГУ в рамках научного проекта № 8701.

1. Бобров В. Ф. Основы теории резания металлов. — М. : Машиностроение, 1975. — 344 с.
2. Rehorn A. G., Jin J., Orban P. E. State-of-the-art methods and results in tool condition monitoring: a review // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2005. Vol. 26. P. 693–710.
3. Byrne G., Dornfeld D., Inasaki I., Kettele G., Konig W., Teti R. Tool condition monitoring (TCM) — The status of research and industrial application // Annals of the CIRP. 1995. Vol. 44 (2). P. 541–567.
4. Yeo S. H., Khoo L. P., Neo S. S. Tool condition monitoring using reflectance of chip surface and neural network // Journal of Intelligent Manufacturing. 2000. Vol. 11. P. 507–514.
5. Астахов В. П. Принцип наименьшей энергии пластической деформации при разрушении как основа понимания и оптимизации обработки металлов резанием // Известия ТулГУ. Технические науки. 2016. № 8. Ч. 1. С. 141–153.
6. Astakhov V. P. Machinability: existing and advanced concepts // Machinability of advanced materials / ed. J. P. Davim. — London : Waley, 2014. P. 1–56.
7. Atkins A. G. Modelling metal cutting using modern ductile fracture mechanics: quantitative explanations for some longstanding problems // International Journal of Mechanical Science. 2003. Vol. 43. P. 373–396.
8. Иванов В. В., Пряжникова А. А. Эксплуатационные возможности новых отечественных твердосплавных пластин при точении // Известия ТулГУ. Технические науки. 2017. Вып. 8. Ч. 1. С. 49–57.
9. Иванов В. В., Сорокин Е. В. Оценка режущих свойств твердого сплава марки Н05 производства ОАО «КЗТС» // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2012. № 1. С. 371–373.
10. Иванов В. В., Пряжникова А. А. Особенности изнашивания СМП с различными углами при вершине и формой передней поверхности в условиях чистового точения // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2012. № 1. С. 354–360.
11. Yamnikov А. S., Chuprikov A. O., Khar’kov A. I. Extending tool life in buttress-thread cutting on high-strength blanks // Russian Engineering Research. 2015. Vol. 35, No. 12. P. 953–956.
12. Limido J., Espinosa C., Salaün M., Lacome J. L. SPH method applied to high speed cutting modeling // International Journal of Mechanical Sciences. 2007. Vol. 7. P. 898–908.
13. Bagci E. 3-D numerical analysis of orthogonal cutting process via mesh-free method // International Journal of the Physical Sciences. 2011. Vol. 6. P. 1267–1282.
14. Алямовский А. А. Инженерные расчеты в SolidWorks Simulation. — М. : ДМК-Пресс, 2010. — 230 с.
15. Бобров В. Ф. Многопроходное нарезание крепежных резьб резцом. — М. : Машиностроение, 1982. — 104 с.
16. Пат. 2595158 C2 РФ, МПК B 23 B 27/16, B 23 F 21/12. Режущая сменная многогранная пластина из керамики / В. М. Грязев, Е. Ю. Кузнецов, А. О. Чуприков, А. С. Ямников, А. И. Харьков ; заявл. 04.03.2014 ; опубл. 20.08.2016, Бюл. № 23.
17. Чуприков А. О., Ямников А. С. Нарезание наружной резьбы по комбинированной схеме // Известия ТулГУ. Технические науки. 2014. Вып. 9. Ч. 2. С. 200–204.
18. Завод технической керамики. URL: http://techceram.ru (Дата обращения 20.06.2017).