Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 8
1.1. Транспортная система Республики Мьянма и перспективы её развития... 8
1.2. Организация изготовления и восстановления профиля катания колесных пар подвижной состав Мьянмы 16
1.3. Пути повышения эффективности колесотокарной обработки 28
1.4. Цели и задачи исследований 35
ГЛАВА 2 37
2.1. Классификация способов изготовления и восстановления профиля поверхности катания цельнокатаных колес 37
2.2. Используемое оборудование 39
2.2.1. Режущий инструмент 40
2.3. Применяемые режимы изготовления и восстановления профиля 42
2.4. Исследуемые методики планирование эксперимента 44
ГЛАВА 3. Исследование причин износа инструмента и его влияния на качество поверхности катания колесной пары 49
3.1. Исследование влияния износа инструмента на шероховатость обработанной поверхности 49
3.2. Исследование износа режущего инструмента при колесотокарной обработке
3.2.1. Общие закономерности изнашивания твердосплавных пластин 51
3.2.2. Исследование динамики изнашивания инструмента 59
3.3 Выводы по главе 3 66
ГЛАВА 4. Разработка математической модели расчета трехмерного температурного поля, возникающего в инструменте при колесотокарной обработке
4.1. Анализ распределения мощности тепловых потоков, возникающих при обработке колёсных пар 68
4.2. Математическое моделирование температурного поля в инструменте при колесотокарной обработке 77
4.3. Сравнение экспериментальных данных с полученными расчетами (адекватность представленной модели) 86
4.4. Общие выводы по главе 88
ГЛАВА 5. Разработка способов снижения термонапряженности режущего клина при колесотокарной обработке 90
5.1. Анализ способов снижения температуры резания 90
5.2. Совершенствование конструкции режущего инструмента 95
5.3. Определение температурных полей в разработанном инструменте для колесотокарной обработки
5.3.1. Расчет температурных полей 100
5.3.2. Результаты тепловизионных исследований 107
5.4. Стойкостные испытания разработанного инструмента 111
5.5. Выводы по главе 5 121
Заключение 122
Список литературы
- Организация изготовления и восстановления профиля катания колесных пар подвижной состав Мьянмы
- Режущий инструмент
- Общие закономерности изнашивания твердосплавных пластин
- Сравнение экспериментальных данных с полученными расчетами (адекватность представленной модели)
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Республика Союз Мьянмы располагает развернутой сетью железных дорог общей эксплуатационной длиной -5844,3 км. Приблизительный объем грузооборота 3,327 млн т-км, а пассажирских перевозок - 71,6 млн пассажиров/год. В настоящее время ещё строится 2865 км железнодорожных путей. В планах строительство метрополитена в г. Янгон. В этих условиях для надежного функционирования железнодорожного транспорта необходима организация изготовления и восстановления колесных пар. Качество поверхности катания является важнейшей характеристикой колесной пары и формируется в процессе её механической обработки. Основным используемым видом механообработки как в условиях Мьянмы, так и РФ является колесотокарная обработка. Поэтому её совершенствование во многом обеспечивает требуемое техническое состояние колесной пары. Исходя из вышеизложенного тема диссертационной работы является актуальной.
Цель работы - повышение эффективности колесотокарной обработки в условиях железных дорог Мьянмы.
Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:
Определение направлений, обеспечивающих повышение эффективности колесотокарной обработки в условиях железных дорог Мьянмы.
Выявление закономерностей изнашивания и разрушения режущих пластин в процессе колесотокарной обработки при изготовлении и восстановлении профиля поверхностей катания колесных пар.
Разработка математической модели и алгоритмов расчета результатов реализации при колесотокарной обработке, определяющих изнашивание и разрушение режущих пластины.
Разработка рациональных конструкций инструмента для колесотокарнои обработки.
Разработка рекомендаций по повышению эффективности колесотокарнои обработки с учетом особенностей железных дорог Мьянмы.
Объект исследования - обработка профиля поверхности катания колесных пар железнодорожного транспорта.
Предмет исследования - условия формообразования профиля поверхности катания колесной пары и инструмент для колесотокарнои обработки.
Научная новизна диссертации заключается в следующем:
Выявлена роль инструментального фактора в совершенствовании процесса колесотокарнои обработки в условиях железных дорог Мьянмы.
Установлены закономерности изнашивания и разрушения инструмента при колесотокарнои обработке, заключающиеся в интенсификации данных процессов за счет начального пластического деформирования контактных слоев режущей пластины.
Разработана математическая модель теплового состояния режущей пластины при колесотокарнои обработке.
Разработаны конструкции инструментов для колесотокарнои обработки, обеспечивающие снижение теплонапряженности режущего клина.
Теоретическая значимость исследования. Поставлена и решена задача, имеющая большое народно-хозяйственное значение, направленная на повышение эффективности операций формообразования поверхности катания колесных пар подвижного состава и позволяющая усовершенствовать колесотокарную обработку в условиях железных дорог Мьянмы.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
Получен патент на полезую модель №143100 Ш Российская Федерация, МІЖ В23В 27/00(2006.01) «Режущий инструмент для колесотокарной обработки».
Разработаны рекомендации эффективного использования инструмента для колесотокарной обработки в условиях железных дорог Мьянмы.
Методология и методы исследования. Поставленные задачи решались с помощью методов исследований процесса формообразования при механообработке поверхности катания колесной пары, методов математической физики, а также метода итерации. Кроме этого использовались основные положения теплофизики резания. Расчет и статистическая обработка полученных данных проводилась в табличной редакции Excel.
Личный вклад автора в полученные результаты:
Выявлена определяющая роль инструментального фактора в повышении эффективности колесотокарной обработки в условиях железных дорог Мьянмы.
Выявлены причины, определяющие изнашивание и разрушение инструмента при колесотокарной обработке.
Разработаны алгоритм и программное обеспечение, позволяющее опеределять температурные поля в режущем клине инструмента, возникающие при колесотокарной обработке.
Предложен способ эффективного отвода тепла из контактных слоев инструмента при обработке поверхности катания колесной пары.
Положения диссертации, выносимые на защиту:
Выявлены причинно-следственные связи факторов
технологической системы колесотокарной обработки в условиях железных
дорог Мьянмы.
Установлены закономерности изнашивания и разрушения режущих пластин в условиях токарной обработки поверхности катания колесных пар.
Разработаны математическая модель и алгоритм расчета температурного поля, возникающего в режущем клине инструмента при колесотокарной обработке.
Предложены конструкции эффективности инструмента для колесотокарной обработки.
Достоверность результатов работы подтверждается:
Использованием современных методов и методик исследований.
Высокой сходимостью теоретических и экспериментальных результатов исследований и испытаний.
Положительными результатами производственных испытаний.
Апробация и внедрение результатов работы. Основные результаты по
диссертации были доложены на следующих международных и российских научно-технических конференциях: «Наука - транспорту» (2012-2014 гг., г. Москва); «Безопасность движения поездов», (2012, 2013 и 2014 гг., г. Москва); «Инновационные материалы и технологии: достижения, проблемы, решения: Школа-семинар по фундаментальным основам создания инновационных материалов и технологий» (2013 г., г. Комсомольск-на-Амуре); «Состояние и перспективы развития электротехнологии: Международная научно-техническая конференция» (2013 г., г. Иваново); «VIII Региональная научно-практическая студенческая конференция» (2013 г., г. Кинешма); «Selected, peer reviewed papers from the 7th international congress of precision machining (ICPM 2013)» (Miskolc, Hungary 2013); «Tran-Mech-Art-Chem», (2014 г., г. Москва). Основные положения диссертации докладывались на научных семинарах кафедры «ТТМ и РПС» МГУПС (МИИТ).
Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 16 печатных работах, в том числе 6 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 1
патент на полезную модель, 9 работ опубликовано в других научных изданиях. Общий объем публикаций составляет 50 п.л.
Структура диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы из 101 наименований. Общий объем работы -135 страниц, 18 таблиц и 41 рисунка.
Организация изготовления и восстановления профиля катания колесных пар подвижной состав Мьянмы
Рост подвижного состава, увеличение максимальной скорости поездов привело к разному увеличению объемов ремонтно-восстановительных работ, в том числе и обработки поверхностей катания колесных пар. Из данных, что до 2010 года основным параметром, по которому обтачивали колесные пары, была обработка по кругу катания. Однако, начиная с 1990 года колесные пары уже обтачивались для восстановления профиля гребней, износ которых за период 1990-2010 гг. вырос в 8 и более раз. По данным [63], при поступлении вагонов в деповской ремонт в период 1999-2003 гг. около 65-70 % выкаченных колесных пар были пригодны по толщине гребней для подкатки до следующего ремонта, в 1999-2000 гг. количество таких колесных пар сократилось до 15-20 %. Например, на Янгон-Мандалай железной дороге количество обточек профилю катания локомотивов возросло с 2003 по 2006 гг. в 4,5 раза в летние месяцы, в 7 раз в дождливые месяцы и в 6 раз в зимние [2,14,15,62,63,65,88].
По данным работы [2,14,15,62,65,88 и др], в 2003-2005 гг. по сравнению с периодом 1999-2001 гг. средний износ колес на 100 тыс. км пробега вагона возрос в 4 раза, причем в 2,4 увеличилось количество случаев наплыва металла на наружную грань обода колеса, т.е. возросла пластическая деформация поверхностных слоев металла (местные уширения). В 2005 году 53 % всех обточек бандажей колесных пар тепловозов на Янгон-Мандалай железной дороге производилось из-за предельного износа гребней. Даже при эксплуатации пассажирских тепловозов на линии Пьи - Янгон бандажи колес обтачивались из-за предельного износа гребней уже после пробега 40 тыс. км.
По данным MR, если в начале 1990-х годов средний срок службы локомотивных бандажей составлял 6-7 лет, то к 2006 году средний ресурс бандажей составлял только около двух лет, т.е. ресурс бандажей даже по сравнению с 1996 г. упал к 2005 году более чем 2 раза, что повлекло за собой пропорциональное увеличение числа обточек по сети дорог.
По данным MR, средний срок службы колес грузовых вагонов до распрессовки по предельной толщине обода в начале 90-х годов составлял около 18 лет, а при интенсивном износе гребней в 1996 году средний срок службы сократился до 7 лет, и это при годовом пробеге вагона около 40 тыс. км. Следовательно, ежегодная потребность в замене колес увеличилась с 5,5 до 14 % от всего парка колесных пар, т.е. в 2,5 раза.
Технологическая система механической обработки колесной пары содержит в качестве составляющих элементов обрабатываемый материал, оборудование, инструмент, технологическую среду и т.д., объединенные одним рабочим процессом. Этот процесс (точение) достаточно разнообразен не столько по форме и материалам обрабатываемых деталей, условиям обработки, требованиям, себестоимости и многим другим факторам, сколько по используемому станочному оборудованию и токарному инструменту, проектируемых с использованием большого числа исследований и экспериментов. Колесотокарные станки различают по компоновке, типу копировального устройства, способу регулирования частоты вращения шпинделя и подачи и др. Инструмент, применяемый сегодня при обточке колес, характеризуется геометрией материала режущего клина, формой и способом закрепления сменной пластины в корпусе державки, а также конструкцией державки и другими критериями. Станочное оборудование и токарный инструмент являются продуктом постоянного многолетнего совершенствования как отечественных, так и зарубежных ученых.
Основным технологическим оборудованием при восстановлении и изготовлении профиля поверхности катания колесных пар являются колесотокарные станки. В нашей стране и за рубежом разработано и используется большое количество станков подобного типа [14,15,16,63,66,88]. В Мьянме большое распространение получили колесотокарные станки модели WF-1100 (HITACHI SEIKI) (рис. 1.5) производства Японии. Характеристика этого станка:
Общий вид колесотокарного станка, который используется в Мьянме Данные станки могут быть различного конструктивного исполнения (компоновки), определяемого способом загрузки и выгрузки колесной пары до и после обточки, и иметь различные технические характеристики. В общем случае, все используемое станочное оборудование должно находиться в технически исправном состоянии и соответствовать установленным нормативам точности и жесткости, согласно регламентирующей технической документации.
Обрабатывающая система, помимо технологического оборудования, включает в себя и режущий инструмент различной конструкции. Конструкция инструмента должна обеспечить достаточно высокие эксплуатационные свойства и экономичность процесса восстановления колесных пар. Инструмент обычно выполняется в виде сборной державки с креплением пайкой или механическим креплением сменных твердосплавных многогранных неперетачиваемых пластин в резцовых кассетах или оправках. Наиболее слабым звеном сборного инструмента является его рабочая часть, а именно режущая твердосплавная пластина, так как корпус или державка изготавливается с достаточным запасом прочности и жесткости [2,15,63]. Для режущей части инструмента используют различные по форме (чашечные, трехгранные, призматические, устанавливаемые тангенциально), с отверстием или с уступом в каком-либо месте или без них, различные по составу пластины. В Мьянме используется только чашечный инструмент, который показан на рис 1.6.
Режущий инструмент
Анализ методов изготовления и восстановления профиля обода колесных пар [3, 4, 14, 15, 31] показал, что в ближайшем будущем основной способ изготовления и восстановления геометрии поверхности катания и гребня колес при их ремонте - точение по копиру (программе) на станках, выпускаемых фирмами КЗТС (Украина), Рафамет (Польша), Хегеншайдт (Германия), Симмонс (США) и др. Одной из основных особенностей обработки колесных пар на станках данных производителей является их многоинструментность (от 2 до 16 резцов). При постоянной частоте вращения колеса режущие инструменты при обточке разных поверхностей обода работают с различными скоростями и нагрузками.
Систематизация способов обработки и восстановления профиля поверхности обода колес позволила объединить их в три основные группы [4, 15,16,32]: 1 - механическая обработка резанием по копиру (программе), для которой характерно задание требуемой траектории движения инструмента путем использования систем механического, гидравлического и электрического копирования или программного управления (ЧПУ); 2 - обработка фасонным режущим инструментом с профилем, обратным профилю обода колеса; 3 - комбинированная обработка, при которой предусматривается возможность совмещения методов обработки резанием по копиру и фасонным инструментом. При этом целесообразно совмещение таких способов восстановительной обработки, у которых угловые скорости вращения колесной пары совпадают. Несовпадение скоростей ведет к необходимости последовательного использования совмещенных способов и увеличению штучного времени. В эту же, третью, группу включены упомянутые отдельные способы обточки, но с дополнительным подводом энергии (электрической, химической, тепловой и др.) в зону обработки до, после или во время процесса резания для улучшения обрабатываемости, а также способы восстановления с использованием наплавки [13, 50].
В нашей стране Мьянме используется только механическая обработка резанием по копиру, для которой характерно задание требуемой траектории движения инструмента путем использования систем механического, гидравлического и электрического копирования или программного управления (ЧПУ).
Изучение колесотокарной обработки проводилось в Российской Федерации на базе предприятия "Люблинский литейно-механический завод (ЛЛМЗ)", "Московский Локомотиворемонтный завод (МЛРЗ)", "ВКМ Москва-3" и "ВЧД-Люблино" и в Мьянме на железнодорожном предприятии г. Пьи.
Исследования проводились на колесотокарных станках, на заводе МЛРЗ "Rafamet UDA - 112" и "КЗТС 1836", на заводе ВЧД Люблино "КЗТС 1836 Ml 0" и "Rafamet UBB-112N", на заводе ВКМ Москва - 3 "Hegensheid 165" и "HITACHI SEIKI Model WF-1100"(Мьянма).
Использовался сборный (РФ) и напайной (Мьянма) инструмент для колесотокарной обработки с режущими пластинами типа LNMX, LNUX (тангенциальные), TNGN (треугольные) и RPUX (чашечные).
Для измерения шероховатости обработанной поверхности катания использовался контактный мобильный профилометр со специальным приспособлением, обеспечивающим объективность измерений.
Металлографические исследования проводились на электронном портативном микроскопе "PS01-001". Тепловизионные исследования проводились с помощью портативного компьютерного термографа марки UPTUC-2000. Данный термограф внесен в госреестр и является средством измерения с точностью до 0,08 С по всему полю кадра.
Режущий инструмент Обрабатывающая система, помимо технологического оборудования, включает в себя и режущий инструмент различной конструкции. Конструкция инструмента должна обеспечить достаточно высокие эксплуатационные свойства и экономичность процесса изготовления и восстановления колесных пар. Инструмент обычно выполняется в виде сборной державки с креплением пайкой или механическим креплением сменных твердосплавных многогранных неперетачиваемых пластин в резцовых кассетах или оправках. Наиболее слабым звеном сборного инструмента является его рабочая часть, а именно режущая твердосплавная пластина, так как корпус, или державка, изготавливается с достаточным запасом прочности и жесткости [63]. Для режущей части инструмента используют различные по форме (чашечные, трехгранные, призматические, устанавливаемые тангенциально), как с отверстием или с уступом в каком-либо месте, так и без него, и различные по составу пластины. На рисунках 2.2-2.3 представлены конструкции чашечного и тангенциального резцов, широко применяющихся для изготовления и восстановления колесных пар по профилю поверхности катания, и их геометрия [13, 22, 63].
Общие закономерности изнашивания твердосплавных пластин
Производительность обработки поверхностей катания колесных пар ограничивается недостаточной прочностью и износостойкостью режущего инструмента [27]. Статистические данные [40] об использовании станков свидетельствуют о том, что значительная доля простоев оборудования (до 40%) при колесотокарной обработке имеет место в связи с низкой стойкостью и надежностью инструмента. Возникающие в процессе обработки колебания глубины резания вызывают изменение температурно-силовых нагрузок в широких пределах, что в совокупности отрицательно влияет на режущий инструмент, оборудование и в целом на производительность и качество процесса обработки.
В этой связи повышение износостойкости режущего инструмента позволяет повысить не только качественные характеристики обработанных поверхностей колёсных пар, но и стабильность процесса обработки по всему рабочему контуру колёс, что, в свою очередь, увеличивает долговечность и надежность колесных пар при эксплуатации. Кроме того, повышение работоспособности инструмента для обработки колёсных пар может служить хорошим резервом экономии дорогостоящего твёрдого сплава, что гарантирует значительный экономический эффект.
Ряд проведенных исследований [3, 27] показал, что при резании в нестационарных условиях с переменными режимами резания, к которым относится колесотокарная обработка, практически невозможно проводить прогнозирование стойкости инструмента, так как в предшествующих условиях работы инструмент приобретает эксплуатационную наследственность и топографию износа, неблагоприятно сказывающиеся на стойкости инструмента в последующих условиях эксплуатации [3]. Данное положение делает невозможным применение при обточке колесных пар широко известного метода, основанного на замене режущего инструмента по истечении расчетного (определенного ранее вероятностными методами) ресурса работоспособности.
Отсутствие достоверных данных о надежности режущего инструмента при механической обработке колесных пар требует постоянного контроля за его состоянием со стороны рабочего-станочника. При таком подходе к оценке состояния инструмента решение о его замене носит субъективный характер и определяется в основном квалификацией и опытом рабочего-станочника [3].
Известно [17, 19], что определение причин выхода из строя режущих пластин позволяет в конечном счете изыскать пути повышения его работоспособности. Однако определение истинных причин является сложней исследовательской задачей, так как процессы, приводящие к разрушению, происходят в сверхмалых объемах режущей пластины и характеризуются большим многообразием. Существует большое количество классификаций выхода из строя режущего инструмента [7, 19 и т.д.]. В фундаментальном труде В.И. Третьякова, посвященном производству и применению спеченных твердых сплавов [84], инструментальному материалу, из которого состоит режущая пластина для колесотокарной обработки, выделяется 5 различных видов износа твердосплавного режущего инструмента при резании. В зависимости от условий обработки он выделяет: а - округление режущей кромки; б - износ задней поверхности; в - образование лунки на передней поверхности; г - площадка износа на передней поверхности; д -пластическая деформация. Сложность классификации видов разрушения режущих пластин при колесотокарной обработки заключается в многообразии и схожести процессов изнашивания и разрушения, протекающих в контактных слоях инструмента. При колесотокарной обработке наиболее полная классификации видов выхода режущей пластины из строя приведена в работе [63]. В этом исследовании автор, проанализировав большое количество режущих пластин, изношенных после обработки поверхностей катания, в основном восстанавливаемых колесных пар, классифицировал 5 видов разрушения: 1) интенсивный износ по главной и вспомогательной задним поверхностям; 2) пластическая деформация режущей кромки; 3) выкрашивание режущей кромки в зоне резания; 4) скалывание (поломка) твердосплавной пластины; 5) интенсивный износ по передней поверхности в зоне стружколомающей канавки. В нашей работе проводились исследования по выявлению причин износа и определению структруры отказов инструмента при обработке поверхностей катания новых и восстановливаемых колесных пар. Режущие пластины после обработки изучались на инструментальном микроскопе "PS 01-001 PEN SCOPE". Рисунок 3.1 - Вид изношенной режущей пластины LNMX 301940 после изготовления профиля катания (Новые): а) передняя поверхность б) задняя поверхность
На рис 3.1 (а, б) демонстрируются микрофотографии режущей пластины после резания при обработке новых колес, на которой фиксируется фаска износа по задней поверхности величиной h3 = 0,5 мм. Анализ передней поверхности этой пластины показывает, что в процессе резания происходит вдавливание контактных слоев режущей пластины, в результате чего идет изменение направления режущей кромки и образование на задней поверхности площадки износа. Деформация режущей кромки начинается на начальных стадиях износа инструмента. На рис. 3.2 демонстируется микрофотография режущей пластины с максимальной величиной фаски по задней поверхности h3= 0,65 мм. Анализ передней поверхности этой пластины показал, что данная фаска образуется в результате деформации (вдавливания) режущей кромки пластины. Максимальная величина деформации в этом случае составлает 1 мм. Степень деформации такова, что происходит разрушение (зона А рис. 3.2а) периферийной области пластины, примыкающей к режущей кромке.
Сравнение экспериментальных данных с полученными расчетами (адекватность представленной модели)
Для обеспечения нормального отвода тепла весь воздух из зазоров должен быть вытеснен специальным теплопроводящим эластичным составом, имеющим гораздо более высокую теплопроводность. Однако в любом случае тепловые свойства самых лучших теплопроводных паст ниже, чем у металлов, поэтому качество сопрягаемых поверхностей и толщина слоя теплопроводной пасты имеют определяющие значение.
Толщина пасты в месте контакта не должна превышать величины шероховатости на сопрягаемых элементах, наносить пасту необходимо равномерным слоем на обезжиренную поверхность, размазывая её для гарантированного заполнения всех неровностей поверхности.
Уменьшение термического сопротивления в узкой области контакта опорных поверхностей предлагается проводить путём применения теплопроводного интерфейса, формируемого специальной теплопроводной пастой (рис. 5.2), которой тонким слоем покрывают опорные поверхности резцедержателя и твердосплавной режущей пластины.
При стандартной шероховатости опорной поверхности твердосплавных пластин у российских и зарубежных производителей Ra 0,4-0,63 мкм, шероховатость опорной поверхности резцовых оправок достигает Ra 1.25-2,5 мкм, а шероховатость отверстия в корпусе резцовой державки под резцовую оправку может достигать Rz = 60 мкм. При контактировании поверхностей из-за наличия на них шероховатости в контактной зоне образуются воздушные карманы [58]. Поверхностного контакта между опорными поверхностями тангенциальные пластины и резцовой оправки (см. рис. 5.3), а также между опорной поверхностью резцовой оправки и корпусом державки резко снижается передача тепла в корпус режущего инструмента, являющийся массивным теплопоглотилелем [58].
Для обеспечения нормального отвода тепла весь воздух из зазоров (теплопроводность воздуха 0,03 Вт/(м К)), должен быть вытеснен специальным теплопроводящим вязким составом, имеющим гораздо более высокую теплопроводность - кремнииорганическои теплопроводной пастой (с теплопроводностью - 2-3 Вт/(м К)). Толщина наносимого термоинтерфейса (термопасты) не должна превышать 100 мкм, что позволяет полностью заполнить воздушные зазоры шероховатости в сопрягаемых поверхностях [9]. - резцовая оправка; 2 - пластина; 3 - термопаста
Так как при колесотокарной обработке возникают большие усилия резания, то для обеспечения надежности закрепления режущей пластины в державке необходимо прикладывать большое усилие зажима. Поэтому использование вязких теплопроводных интерфейсов (термопаст) в данном случае неэффективно, так как толщина слоя наносимой термопасты не должна превышать 100 мкм, что не позволяет заполнить стружколомающие канавки на передней поверхности пластины, кроме того, при большом усилии зажима паста выдавливается из контакта и снижает надежность закрепления. Использование теплопроводящих заливочных компаундов (термоклеи) также невозможно из-за необходимости индексации изношенных режущих пластин.
Методом интенсификации отвода тепла от режущего клина является замена пасты на теплопроводные эластичные прокладки. В этом случае на переднюю поверхность режущей пластины наклеиваются теплопроводящие эластичные прокладки из листового армированного материала (например, из материала НОМАКОН КПТД-2), по форме и толщине соответствующие размерам стружколомающих канавок. Данные прокладки из керамико-полимерного теплопроводящего материала обладают большой эластичностью (не менее 50 %) и теплопроводностью (0,8-1,4 Вт/(м К)), обеспечивают эффективную теплопередачу по всей опорной поверхности, ликвидируя при этом воздушные зазоры (рис. 5.2). За счет армирования стекловолокном материал выдерживает сжатие до 40 МПа, что гарантирует надежное закрепление режущей пластины. При индексации режущей пластины, когда опорная поверхность пластины превращается в переднюю поверхность, части прокладки, находящиеся в контактной зоне, легко удаляются сходящей стружкой [6, 23].
В данной работе рассматривается способ снижения теплонапряженности режущего клина, который заключается в повышении интенсивности теплоотвода из зоны резания в процессе работы режущего инструмента за счёт увеличения фактической площади взаимодействия опорной поверхности режущей пластины и державки с помощью установки теплопроводящих эластичных прокладки из листового армированного керамико-полимерного теплопроводящего материала, обладающего большой эластичностью и теплопроводностью, обеспечивающего эффективную теплопередачу по всей опорной поверхности.
Одним из главных преимуществ показанного метода снижения тепловой напряженности в зоне резания путем отвода тепла от режущей пластины в резцедержатель являются низкая себестоимость и отсутствие необходимости применения сложной оснастки. В процессе работы инструмента теплопроводный интерфейс не требует частой замены, так как его достаточно сформировать на весь срок службы режущей пластины, а замену производить только при демонтаже и замене изношенной режущей пластины. При этом перед формированием нового слоя теплопроводного интерфейса старую пасту следует удалить с использованием моющего средства, а поверхности обезжирить и полностью просушить. Указанное выше свидетельствует о большой технологичности использования теплопроводной пасты в производственных условиях.
Для режущих пластин типа RPUX 3009МО и TNGN 391060, имеющих гладкие опорные поверхности, эффективно использовать в качестве теплопроводного интерфейса пасты типа Алсил-3.
Проведенные расчёты с использованием разработанной математической модели показали, что применение предложенных конструкций инструмента позволяет снижать температуру контактных слоев при колесотокарной обработке на 15-20 %.
Температурное поле - это совокупность значений температуры во всех точках данной расчетной области и во времени. В зависимости от числа координат различают трехмерное, двумерное, одномерное и нульмерное (однородное) температурные поля. Температурное поле, которое изменяется во времени, называют нестационарным температурным полем. И наоборот, температурное поле, которое не изменяется во времени, называют стационарным температурным полем [60].
Далее температура резания была ограничена рациональным значением, в качестве которого была принята «оптимальная температура», работа на которой обеспечивает инструменту наибольшую размерную стойкость, а детали - наиболее высокую точность и благоприятные свойства металла ее поверхностного слоя [60]. Установлено также, что при резании с оптимальной температурой силы резания имеют стабильно минимальные значения, а износ инструмента и шероховатость обработанной поверхности -минимальны. Оптимальная температура резания является своего рода физической константой, а именно принимает определенное значение для каждой пары «инструментальный материал - обрабатываемый материал», то есть зависит от их химического состава.