Page 30 - СтаночныйПарк

СОВЕТЫ СПЕЦИАЛИСТОВ СОВЕТЫ СПЕЦИАЛИСТОВ
Математические модели позволяют меняются при воздействии температур около 900 ˚C, возникающих при металлообработке.

Следовательно, модель Арчарда сама по себе недостаточно полно описывает стойкость
эффективно рассчитывать стойкость инструментов, используемых в металлообработке. Модель Тейлора

В начале 1900-х гг. американский ин-
инструмента товку, и материал сходит в виде стружки. Процесс деформа- женер Ф.В. Тейлор разработал модель для
В процессе обработки инструмент деформирует заго-
ции требует существенных усилий, и инструмент подвергает- расчёта срока службы инструментов, которая
ся мощным механическим, температурным, химическим и трибологическим нагрузкам. За учитывает факторы, характерные для метал-
определённый период эти нагрузки неизбежно приводят к износу, требующему замены лообработки. Тейлор отметил, что увеличе-
инструмента. Точное прогнозирование срока службы инструмента позволяет планировать ние глубины резания оказывает минимальное
технологические процессы металлообработки в зависимости от износа инструмента, кон- влияние на срок службы инструмента, увели-
тролировать расходы и избегать незапланированных простоев по причине непредсказуе- чение подачи влияет чуть больше, а наиболее
мого поведения инструмента или неприемлемого качества обработки. важным фактором является высокая скорость
резания. На рисунке 1 показано увеличение
Более ста лет учёные и инженеры разрабаты- износа инструмента в результате повышения
вали и создавали математические модели, которые скорости резания (синяя линия vc), скорости
учитывают воздействующие на инструмент силы, с це- подачи (серая линия f) и глубины резания
лью определения расчётной стойкости инструмента. (чёрная линия ap).
Многие из этих моделей ориентированы на произво- Эта информация помогла Тейлору создать модель, основанную на влиянии различ-
дительность конкретного инструмента при обработ- ных скоростей резания. Базовая модель Тейлора описывается следующим уравнением: vc*
ке определённых материалов. В этом случае простые Tm = CT, где vc − скорость резания, T − стойкость инструмента, а m и CT − постоянные
формулы и регулярные испытания позволяют делать величины (CT представляет скорость резания, при которой стойкость инструмента состав-
относительно точные прогнозы износа инструмента. ляла бы одну минуту).
Однако общие модели, которые можно применять для Тейлор также установил, что скорость изнашивания инструмента обычно увеличи-
широкого спектра материалов и инструментов, более вается в начале эксплуатации, стабилизируется на середине срока службы и, наконец,
полезны для использования в промышленности. По- значительно возрастает на третьем и последнем этапе вплоть до окончания срока службы
скольку данные модели учитывают множество факторов, влияющих на износ инструмента, инструмента. Его модель представляет период между вторым и третьим этапами.
их математическая сложность увеличивается пропорционально количеству принимаемых Соответственно, модель Тейлора неприменима при низких скоростях резания, когда
во внимание факторов. материал заготовки налипает на режущую кромку и скапливается на ней, что влияет на ка-
Если простые уравнения для расчёта стойкости инструмента можно решить с помо- чество обработки и повреждает инструмент. Также модель не описывает достаточно высо-
щью ручки и калькулятора, то для оперативного решения уравнений сложных математиче- кие скорости резания, которые могут спровоцировать химический износ. Как при низкой,
ских моделей в производственных условиях необходим компьютерный анализ. Цифровые так и при высокой скорости резания износ непредсказуем – износ в результате адгезии
расчёты очень надёжны, но технологи должны критически относиться к результатам, осо- или химического воздействия может развиваться и быстро, и медленно. Модель Тейлора
бенно при обработке современных материалов и при использовании максимальных пара- основана на втором этапе срока службы инструмента, а для этого этапа характерен ста-
метров обработки. В целом современные методы разработки моделей расчёта стойкости бильный и предсказуемый абразивный износ.
инструмента теснее соединяют теорию с практикой. Оригинальная модель Тейлора уде-
Модель Арчарда ляет особое внимание влиянию скорости
Моделирование процессов износа не огра- резания и применима, если глубина реза-
ничивается металлообработкой. В 1950-х гг. ния и скорость подачи не меняются. После
британский инженер Джон Ф. Арчард разработал определения глубины резания и скорости
эмпирическую модель расчёта скорости абразив- подачи можно подбирать скорость в зависи-
ного износа поверхностей трения, основанную мости от требуемой стойкости. Дальнейшие
на шероховатости поверхностей. Он вывел сле- эксперименты привели к созданию расши-
дующее уравнение: ренного уравнения Тейлора для определе-
В этом уравнении Q представляет собой ния стойкости инструмента, которое учи-
скорость износа, K − постоянный коэффициент тывало большее количество переменных и,
износа, W – общую нормальную нагрузку, L − соответственно, было более сложным:
путь трения поверхностей, а H − твёрдость бо- Здесь T = стойкость инструмента в минутах, vc − скорость резания, h − толщина
лее мягкой из двух поверхностей. Данная модель стружки и b – ширина стружки. Это уравнение также учитывает переменное значение пе-
утверждает, что объём материала, удалённого в реднего угла инструмента, а также постоянные значения для различных материалов. Не-
результате абразивного износа, пропорционален смотря на дополнительные факторы, данная модель обеспечивает наибольшую точность
силам трения. при изменении только одного условия резания за один раз. Одновременное изменение
Однако модель Арчарда не описывает износ инструмента, а, скорее, прогнозирует нескольких условий может привести к противоречивым результатам.
темпы износа с течением времени. Данная модель учитывает общее влияние следующих Кроме того, модель Тейлора не могла полностью учесть геометрического положения
факторов: скорость взаимодействия поверхностей, механическая нагрузка, прочность по- режущего инструмента относительно заготовки. Режущая кромка может вступать в контакт
верхности, свойства материала и коэффициент износа. с заготовкой под прямым углом (перпендикулярно направлению подачи) или под наклоном
Тем не менее, необходимо отметить, что модель Арчарда не предназначалась для (передний угол относительно направления подачи). При этом режущая кромка считается
учёта высоких скоростей, характерных для металлообработки, и не учитывает влияние «свободной», если вершина инструмента участвует в процессе резания, и «несвободной»
температуры на процессы износа. Как прочность поверхности, так и коэффициент износа

30 Станочный парк Станочный парк 31