RU2804202C1 - Method for mechanical processing of austenitic class steel blank with chip crushing - Google Patents

Abstract

FIELD: mechanical processing.

SUBSTANCE: invention is intended for the processing of steels of the austenitic class. The method of mechanical treatment of a steel billet with chip crushing includes preliminary preparation of the machined surface by thermal action on the depth of the allowance to be removed. Preliminary preparation is carried out along a straight path parallel to the axis of the workpiece at right angles to the surface being treated by local cryogenic continuous exposure to liquid nitrogen under pressure from 0.2 MPa to 0.5 MPa and temperature from -120 to -130°C. A contact patch with a diameter d _p ensures structural transformations and phase transitions in austenitic steel to a depth of 0.3 to 0.5 of the allowance being removed and forms a metastable structure from which the metal layer is removed with a cutting tool to a cutting depth t _p , which should exceed depth of the metastable structure. The frequency of intersections of the cutting plane with the zone of local cryogenic impact f _m is determined based on the diameter of the workpiece D _w , the required cutting speed V _c m/min and the length of the formed segments L _str straight chips by the dependence f _m = π D _w n _w / 60 L _str ξ = 1000 V _c / 60 L _str ξ.

EFFECT: increased reliability of crushing of drain chips during machining of austenitic stainless steels.

1 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к области механической обработки и предназначено для обработки сталей нержавеющего аустенитного класса. Основным требованием являются обеспечение сегментирования и дробления стружки, с последующим обеспечением качества поверхностей обрабатываемой стальной заготовки.The invention relates to the field of mechanical processing and is intended for processing stainless steels of the austenitic class. The main requirement is to ensure segmentation and crushing of chips, followed by ensuring the quality of the surfaces of the processed steel workpiece.

Известен способ дробления стружки (авторское свидетельство SU № 664753, опубл. 30.05.1979 г.), при котором стружку завивают в спираль, диаметр которой вписывается в область термического влияния дуги, а затем осуществляют дополнительную ориентацию стружки в направлении, перпендикулярном оси ее перемещения с помощью свободно вращающегося на оси ролика.There is a known method of crushing chips (author's certificate SU No. 664753, published on May 30, 1979), in which the chips are curled into a spiral, the diameter of which fits into the area of thermal influence of the arc, and then additional orientation of the chips is carried out in the direction perpendicular to the axis of its movement with using a roller freely rotating on an axis.

Недостатком является необходимость обеспечивать изменение ориентации стружки в зависимости от изменяющихся режимов резания и размеров припуска в рабочем пространстве технологического оборудования с помощью свободно вращающегося на оси ролика.The disadvantage is the need to ensure a change in chip orientation depending on changing cutting conditions and allowance sizes in the working space of the technological equipment using a roller freely rotating on the axis.

Известен способ механической обработки с подогревом (авторское свидетельство SU № 665983, опубл. 05.06.1979 г.), заключающиеся в том, что для осуществления дробления стружки создаются периодические кратковременные воздействия импульса тока плазматрона на поверхность резания для нанесения стружкоразделительных канавок.There is a known method of machining with heating (author's certificate SU No. 665983, published 06/05/1979), which consists in the fact that in order to crush chips, periodic short-term effects of a plasmatron current pulse are created on the cutting surface to apply chip separating grooves.

Недостатком является наличие ударных нагрузок на режущий клин при прохождении стружкоразделительных канавок, приводящих к возникновению вибраций резца и снижению стойкости режущего инструмента. Помимо этого, одновременное совмещение нанесения канавок и лезвийной обработки для устойчивой сегментации стружки является технологически сложным процессом.The disadvantage is the presence of shock loads on the cutting wedge during the passage of chip separating grooves, leading to vibrations of the cutter and a decrease in the durability of the cutting tool. In addition, the simultaneous combination of grooving and blade machining for stable chip segmentation is a technologically complex process.

Известен способ механической обработки с подогревом (авторское свидетельство SU № 860936, опубл.07.09.1981 г.), при котором перед резцом на поверхности резания источником-плазмотроном на пересечении поверхности резания и обработанной поверхности, образуют канавку при помощи нагрева слоя металла, подлежащего удалению до температуры, при которой его механические свойства изменяются, с последующим удалением обычным резцом.There is a known method of machining with heating (author's certificate SU No. 860936, publ. 09/07/1981), in which a groove is formed in front of the cutter on the cutting surface with a plasma torch source at the intersection of the cutting surface and the machined surface by heating the metal layer to be removed to a temperature at which its mechanical properties change, followed by removal with a conventional cutter.

Недостатком способа является возможность обеспечения стружкодробления исключительно на технологических операциях обдирки литых и кованых слитков, что является энергозатратным процессом.The disadvantage of this method is that it is possible to ensure chip breaking exclusively during the technological operations of stripping cast and forged ingots, which is an energy-consuming process.

Известен способ механической обработки труднообрабатываемых материалов с подогревом срезаемого слоя (авторское свидетельство SU
№ 982847, опубл. 23.12.1982 г.), в соответствии с которым осуществляют локальный нагрев срезаемого слоя выше температуры рекристаллизации металла.There is a known method of mechanical processing of hard-to-cut materials with heating of the cut layer (author's certificate SU
No. 982847, publ. 12/23/1982), according to which local heating of the cut layer is carried out above the metal recrystallization temperature.

Недостатком способа является высокий коэффициент износа режущего кромки лезвийного инструмента, вызванного тем, что в зоне резания образуются высокие температуры из-за одновременного опережающего нагрева срезаемого слоя и операции точения, приводящего к увеличению вязкости обрабатываемого металла, что не позволяет обеспечить равномерную сегментацию сливной стружки.The disadvantage of this method is the high wear rate of the cutting edge of the blade tool, caused by the fact that high temperatures are formed in the cutting zone due to simultaneous advanced heating of the cut layer and the turning operation, leading to an increase in the viscosity of the metal being processed, which does not allow for uniform segmentation of the drain chips.

Известен способ механической обработки с дроблением стружки (авторское свидетельство SU №1024155, опубл. 23.06.1983 г.), включающий нагрев обрабатываемой поверхности заготовки, осуществляемый газовой горелкой по винтовой линии с последующим охлаждением.There is a known method of machining with chip crushing (author's certificate SU No. 1024155, published on June 23, 1983), which includes heating the workpiece surface being processed by a gas burner along a helical line with subsequent cooling.

Недостатком способа является неустойчивость сегментирования стружки при механической обработке на различных режимах вследствие неопределенности параметров теплового воздействия и несогласованности их с параметрами механической обработки, приводя к неравномерным нагрузкам на режущий инструмент.The disadvantage of this method is the instability of chip segmentation during machining in different modes due to the uncertainty of the parameters of the thermal effect and their inconsistency with the machining parameters, leading to uneven loads on the cutting tool.

Известен способ механической обработки с дроблением стружки (патент РФ № 2578875, опубл. 27.03.2016 г.), включающий нагрев обрабатываемой поверхности заготовки пламенем газовой горелки, при этом ось факела расположена по касательной к обрабатываемой поверхности, за счёт чего на этапе механической обработки обеспечивается безударное врезание лезвийного инструмента, вследствие параллельного расположения главной режущей кромки, в линию с локальным термическим воздействием, что приводит к дроблению стружки вследствие изменения упругих ее свойств.There is a known method of machining with chip crushing (RF patent No. 2578875, published on March 27, 2016), which includes heating the workpiece surface to be machined with the flame of a gas burner, while the axis of the torch is located tangential to the machined surface, due to which, at the stage of mechanical processing, impact-free cutting of a blade tool, due to the parallel position of the main cutting edge, into a line with local thermal effects, which leads to crushing of chips due to a change in its elastic properties.

Недостатком способа является длительный нагрев поверхностного слоя и низкая скорость охлаждения после термической обработки. Сформировавшаяся структура неравномерно распределяется в поверхностном слое по объёму термического воздействия, приводя в процессе резания к периодическим ударным нагрузкам инструмента, что сказывается на кинетике изнашивания режущей кромки, а также понижает надёжность стружкодробления.The disadvantage of this method is the prolonged heating of the surface layer and the low cooling rate after heat treatment. The formed structure is unevenly distributed in the surface layer throughout the thermal impact volume, leading to periodic impact loads on the tool during the cutting process, which affects the wear kinetics of the cutting edge and also reduces the reliability of chip breaking.

Известен способ лазерно-механической обработки (авторское свидетельство SU № 1583216, опубл.07.08.1990г.), с целью повышения точности и расширения технологических возможностей, включающий нагрев заготовки лучом лазера, охлаждения её до температуры окружающей среды, причем глубину лазерного воздействия определяют из соотношения , где - глубина лазерного воздействия; - допустимая глубина дефектного слоя; - глубина резания.There is a known method of laser-mechanical processing (author's certificate SU No. 1583216, publ. 07.08.1990), in order to increase accuracy and expand technological capabilities, including heating the workpiece with a laser beam, cooling it to ambient temperature, and the depth of laser exposure is determined from the ratio , Where - depth of laser exposure; - permissible depth of the defective layer; - cutting depth.

Недостатком предлагаемого способа является скалывание режущей кромки по передней и задней поверхности в результате ударной нагрузки инструмента об упрочнённый слой с микротвёрдостью Н = 165 кг/мм², что не позволит достичь снижения шероховатости по параметру R _z в 2.5 раза.The disadvantage of the proposed method is the chipping of the cutting edge along the front and _rear surfaces as a result of the impact load of the tool on a hardened layer with microhardness H = 165 kg/mm ² , which will not allow achieving a reduction in the roughness parameter Rz by 2.5 times.

Известен способ механической обработки стальной заготовки с дроблением стружки (патент РФ № 2641444, опубл. 17.01.2018 г.), принятый за прототип, включает предварительную подготовку обрабатываемой поверхности путем нагрева непрерывным лазерным лучом на глубину снимаемого припуска. Лазерный луч перемещают по прямой траектории с линейной скоростью и с постоянными мощностью излучения и длиной волны под углом наклона к обрабатываемой поверхности заготовки в пределах от 75 до 80° в виде сфокусированного светового пятна, диаметр которого выбирают из условия обеспечения плотности мощности, достаточной для фазовых превращений в структуре заготовки на глубину припуска и формирования в ней локальной метастабильной зоны с измененными упругими свойствами, пересечение которой с плоскостью резания обеспечивает сегментацию и дробление стружки. Достигается повышение надежности стружкодробления.There is a known method of mechanical processing of a steel workpiece with chip crushing (RF patent No. 2641444, published on January 17, 2018), adopted as a prototype, includes preliminary preparation of the processed surface by heating with a continuous laser beam to the depth of the allowance being removed. The laser beam is moved along a straight path at a linear speed and with constant radiation power and wavelength at an angle of inclination to the workpiece surface being processed ranging from 75 to 80° in the form of a focused light spot, the diameter of which is selected from the condition of ensuring a power density sufficient for phase transformations in the structure of the workpiece to the depth of the allowance and the formation in it of a local metastable zone with changed elastic properties, the intersection of which with the cutting plane ensures segmentation and crushing of the chips. An increase in the reliability of chip breaking is achieved.

Недостатком является высокая динамическая силовая нагрузка на вершину резца, образованной передней и вспомогательной режущей кромкой, возникающая при соударении с метастабильной структурой, сформированной на глубину припуска, что приводит к снижению стойкости, возникновению механических дефектов на вершине и формирующих её прилегающих кромках, увеличению вибраций, ухудшению шероховатости поверхности, снижению сегментирующих свойств. Кроме того, лазерное воздействие приводит к большим энергетическим затратам.The disadvantage is the high dynamic force load on the tip of the cutter, formed by the front and auxiliary cutting edges, which occurs upon collision with a metastable structure formed to the depth of the allowance, which leads to a decrease in durability, the occurrence of mechanical defects at the tip and the adjacent edges that form it, increased vibration, and deterioration surface roughness, decreased segmenting properties. In addition, laser exposure leads to high energy costs.

Техническим результатом является повышение надежности дробления сливной стружки при механической обработке нержавеющих аустенитных сталей.The technical result is to increase the reliability of crushing drain chips during machining of stainless austenitic steels.

Технический результат достигается тем, что предварительную подготовку осуществляют по прямой траектории параллельно оси заготовки под прямым углом к обрабатываемой поверхности путем локального криогенного непрерывного воздействия жидким азотом под давлением от 0,2 МПа до 0,5 МПа и температуре от - 120 до - 130°С, при этом пятно контакта диаметром d _п обеспечивает структурные превращения, и фазовые переходы в аустенитной стали на глубину от 0,3 до 0,5 величины снимаемого припуска и формирует метастабильную структуру, с которой снимают слой металла режущим инструментом на глубину резания t _p , которая должная превышать глубину метастабильной структуры, при этом частота пересечений плоскостью резания с зоной локального криогенного воздействия f _m определяют исходя из диаметра заготовки D _з , необходимой скорости резания V _p м/мин и длины образуемых отрезков L _пр прямой стружки зависимостьюThe technical result is achieved by the fact that preliminary preparation is carried out along a straight path parallel to the axis of the workpiece at a right angle to the surface being processed by local cryogenic continuous exposure to liquid nitrogen under pressure from 0.2 MPa to 0.5 MPa and temperature from - 120 to - 130 ° C , while the contact patch with a diameter d _p provides structural transformations and phase transitions in austenitic steel to a depth of 0.3 to 0.5 of the allowance being removed and forms a metastable structure from which the metal layer is removed with a cutting tool to a cutting depth t _p , which should exceed the depth of the metastable structure, while the frequency of intersections of the cutting plane with the zone of local cryogenic influence f _m is determined based on the diameter of the workpiece D _z , the required cutting speed V _p m/min and the length of the formed segments L _{pr of} straight chips according to the dependence

f _m = π D _з n _з / 60 L _пр ξ = 1000 V _p / 60 L _пр ξ, где f _m = π D _z n _z / 60 L _pr ξ = 1000 V _p / 60 L _pr ξ , where

ξ - коэффициент продольной усадки стружки, ξ - coefficient of longitudinal shrinkage of chips,

n _з - частота вращения заготовки, об/мин, n _z - workpiece rotation speed, rpm,

D _з - диаметр цилиндрической заготовки, мм, D _з - diameter of the cylindrical workpiece, mm,

L _пр - длина отрезков прямой стружки, мм, L _etc -length of straight chip segments, mm,

а длину отрезков прямой стружки L _пр , мм, которые образуются при точении заготовок и предварительно подвергнутых локальному криогенному воздействию, определяют по формуле:and the length of straight chip segments Lpr , mm, which are _formed during turning of workpieces and previously subjected to local cryogenic effects, is determined by the formula:

L _пр = π d _c L _B / h _c , где L _etc = πd _c L _B /h _c , Where

L _B - длина образуемых отрезков витой стружки; L _B - length of the formed sections of twisted chips;

h _c - шаг витка стружки, мм; h _c - chip coil pitch, mm;

d _c - диаметр витка стружки. d _c is the diameter of the chip coil.

Способ механической обработки стальной заготовки аустенитного класса с дроблением стружки поясняется следующими фигурами:The method of machining an austenitic steel workpiece with chip crushing is illustrated by the following figures:

фиг. 1 - схема предварительного локального криогенного воздействия на поверхность цилиндрической заготовки;fig. 1 - diagram of preliminary local cryogenic impact on the surface of a cylindrical workpiece;

фиг. 2 - схема процесса механической обработки заготовки с метастабильной структурой;fig. 2 - diagram of the process of machining a workpiece with a metastable structure;

фиг. 3 - микроструктура поверхностного слоя заготовки из стали 45Х14Н14В2М с зоной криогенного воздействия;fig. 3 - microstructure of the surface layer of a workpiece made of steel 45Х14Н14В2М with a cryogenic impact zone;

фиг. 4 - графическая зависимость влияния давления на глубину метастабильной структуры при различных значениях температуры криогенного воздействия; fig. 4 - graphical dependence of the influence of pressure on the depth of the metastable structure at different temperatures of cryogenic exposure;

фиг. 5 - стружки при точении с локальным криогенным воздействием в области параметров выше линии a-b;fig. 5 - chips during turning with local cryogenic influence in the parameter range above line a-b;

фиг. 6 - стружки при точении с локальным криогенным воздействием в области параметров a-b-c-d;fig. 6 - chips during turning with local cryogenic influence in the range of parameters a-b-c-d;

фиг. 7 - стружки при точении с локальным криогенным воздействием в области параметров ниже линии c-d; где: fig. 7 - chips during turning with local cryogenic influence in the parameter range below line c-d; Where:

1 - цилиндрическая заготовка;1 - cylindrical blank;

2 - устройство с жидким азотом;2 - device with liquid nitrogen;

3 - сопло устройства с жидким азотом;3 - nozzle of the device with liquid nitrogen;

4 - метастабильная структура;4 - metastable structure;

5 - ширина метастабильной структуры;5 - width of the metastable structure;

6 - глубина метастабильной структуры;6 - depth of metastable structure;

7 - режущий инструмент;7 - cutting tool;

8 - стружка;8 - shavings;

9 - поверхностный слой;9 - surface layer;

10 - зона локального криогенного воздействия;10 - zone of local cryogenic impact;

11 - исходная структура.11 - initial structure.

Способ осуществляется следующим образом. На стадии предварительной технологической подготовки, к локальной поверхности цилиндрической заготовки 1 (фиг. 1) с исходной структурой 11 (фиг. 3) с диаметром D _з под прямым углом подводится устройство с жидким азотом 2. Сопло устройства с жидким азотом 3 настраивается на поверхности цилиндрической заготовки 1 таким образом, чтобы пятно контакта диаметром d _n обеспечивало структурные превращения, и фазовые переходы в аустенитной стали на глубину от 0,3 до 0,5 величины снимаемого припуска и формирования в её поверхностном слое структурной зоны с измененными свойствами.The method is carried out as follows. At the stage of preliminary technological preparation, to the local surface of the cylindrical workpiece 1 (Fig. 1) with the initial structure 11 (Fig. 3) with a diameterD _h at right angles a device with liquid nitrogen 2 is supplied. The nozzle of the device with liquid nitrogen 3 is adjusted on the surface of a cylindrical workpiece 1 so that the contact spot with a diameter ofd _n provided structural transformations and phase transitions in austenitic steel to a depth of 0.3 to 0.5 the value of the allowance being removed and the formation of a structural zone with changed properties in its surface layer.

Соплу устройства с жидким азотом 2 сообщают линейное перемещение параллельно осевой линии цилиндрической заготовки 1 по поверхностному слою 9 (фиг. 3). Через сопло устройства с жидким азотом 3 происходит непрерывная подача локального криогенного воздействия под давлением от 0,2 МПа до 0,5 МПа и температурой в диапазоне от -120° до -130°С. В результате происходят фазовые превращения из аустенита в мартенсит, что формирует метастабильную структуру 4 шириной 5 и глубиной 6 (фиг. 1). Метастабильная структура 10 (фиг. 3) формируется в поверхностном слое 9 и в исходной структуре 11 заготовки.The nozzle of the device with liquid nitrogen 2 is imparted linear movement parallel to the axial line of the cylindrical workpiece 1 along the surface layer 9 (Fig. 3). Through the nozzle of the device with liquid nitrogen 3 there is a continuous supply of local cryogenic effects under pressure from 0.2 MPa to 0.5 MPa and temperature in the range from -120° to -130°C. As a result, phase transformations from austenite to martensite occur, which forms a metastable structure 4 with a width of 5 and a depth of 6 (Fig. 1). Metastable structure 10 (Fig. 3) is formed in the surface layer 9 and in the original structure 11 of the workpiece.

На этапе механической обработки цилиндрической заготовке 1 диаметром D _з с метастабильной структурой 4 придается вращение с частотой n _з . В результате происходит съем слоя металла режущим инструментом 7 на глубину резания t _p , которая должная превышать глубину метастабильной структуры 6 (фиг. 2). При этом частота пересечения плоскостью резания с зоной локального криогенного воздействия f _p определяется исходя из диаметра заготовки D _з , необходимой скорости резания V _p м/мин и длины образуемых отрезков L _B витой стружки 8 зависимостью:At the stage of mechanical processing, a cylindrical workpiece 1 with a diameter D _z with a metastable structure 4 is given rotation with a frequency n _z . As a result, the metal layer is removed by the cutting tool 7 to a cutting depth t _p , which should exceed the depth of the metastable structure 6 (Fig. 2). In this case, the frequency of intersection of the cutting plane with the zone of local cryogenic influence f _p is determined based on the diameter of the workpiece D _z , the required cutting speed V _p m/min and the length of the formed segments L _B of twisted chips 8 by the dependence:

f _p = π D _з n _з / 60 L _пр ξ = 1000 V _{p /} 60 L _пр ξ, f _p = π D _z n _z / 60 L _pr ξ = 1000 V _{p /} 60 L _pr ξ ,

где: ξ - коэффициент продольной усадки стружки; where: ξ - coefficient of longitudinal shrinkage of chips;

n _з - частота вращения заготовки, об/мин; n _z - workpiece rotation speed, rpm;

L _пр - длина отрезков прямой стружки. L _straight - length of straight chip segments.

Длина отрезков прямой стружки L _пр , мм, образующейся при точении заготовок, предварительно подвергнутых локальному криогенному воздействию, определяется по формуле:The length of straight chip segments Lpr , mm, formed during turning of workpieces previously subjected to local cryogenic _effects , is determined by the formula:

L _пр = π d _c L _B / h _c , L _etc = πd _c L _B /h _c ,

где: L _B - длина образуемых отрезков витой стружки;where: L _B - length of the formed sections of twisted chips;

h _c - шаг витка стружки, мм; h _c - chip coil pitch, mm;

d _c - диаметр витка стружки. d _c - chip coil diameter.

При пересечении режущим инструментом 7 зоны с метастабильной структурой 4 происходит сегментация сливной стружки 8 на равные участки в диапазоне L _B от 100 до 200 мм.When the cutting tool 7 crosses a zone with a metastable structure 4, the drain chips 8 are segmented into equal sections in the range L _B from 100 to 200 mm.

Предлагаемый способ механической обработки стальной заготовки аустенитного класса с дроблением стружки позволяет: существенно снизить динамические нагрузки на режущий инструмент и колебательный процесс при механической обработке; увеличить стойкость режущих кромок резцов; обеспечить устойчивое сегментирование сливной стружки.The proposed method of machining an austenitic steel workpiece with chip crushing allows: to significantly reduce the dynamic loads on the cutting tool and the oscillatory process during machining; increase the durability of the cutting edges of the incisors; ensure stable segmentation of drain chips.

Способ поясняется следующим примером. Устройством осуществляют нанесение жидкого азота под прямым углом на поверхность заготовки из стали 45Х14Н14В2М.The method is illustrated by the following example. The device applies liquid nitrogen at right angles onto the surface of a workpiece made of steel 45Х14Н14В2М.

На стадии предварительной технологической подготовки, к локальной поверхности цилиндрической заготовки диаметром D _з = 50 мм под прямым углом подводится устройство с жидким азотом. Сопло устройства с жидким азотом настраивается на поверхность цилиндрической заготовки под прямым углом к обрабатываемой поверхности и осуществляет с линейной скоростью по прямой траектории параллельно оси заготовки локальное криогенное воздействие жидким азотом под давлением в диапазоне P _ЛКВ и при температуре T _ЛКВ . В поверхностном слое заготовки по прямой траектории параллельно оси заготовки создается пятно контакта диаметром d _п криогенного воздействия, которое осуществляет фазовый структурный переход из аустенита в мартенсит в обрабатываемой стали на глубину t _ЛКВ , что позволяет сформировать метастабильную структуру с измененными свойствами по сравнению с исходным материалом заготовки. На металлографическом микроскопе мод. МИМ8М наблюдается структура поверхностного слоя заготовки из стали 45Х14Н14В2М с зоной локального криогенного воздействия (фиг. 3).At the stage of preliminary technological preparation, to the local surface of a cylindrical workpiece with a diameter of D _з = 50 mm at a right angle a device with liquid nitrogen is supplied. The nozzle of the device with liquid nitrogen is adjusted to the surface of a cylindrical workpiece at a right angle to the surface being processed and carries out a local cryogenic effect with liquid nitrogen under pressure in the range P _LKV and at temperature T _LKV at a linear speed along a straight path parallel to the axis of the workpiece. In the surface layer of the workpiece, along a straight path parallel to the axis of the workpiece, a contact spot with a diameter d _p of cryogenic action is created, which carries out a phase structural transition from austenite to martensite in the processed steel to a depth t _LKV , which allows the formation of a metastable structure with changed properties compared to the original material of the workpiece . On a metallographic microscope mod. MIM8M, the structure of the surface layer of a workpiece made of steel 45Х14Н14В2М with a zone of local cryogenic influence is observed (Fig. 3).

Проводя эксперименты при разных значениях температуры локального криогенного воздействия от -100°С до -150°С, полученные глубины метастабильной структуры с увеличением давления локального криогенного воздействия от 0,1 МПа до 0,6 МПа, действующего на поверхности заготовки, увеличивается с 0,1 мм до 0,75 мм (фиг.4). Так как необходимые значения глубины локального криогенного воздействия находятся в диапазоне 0,3 мм до 0,5 мм, поэтому нужно выбрать температуру и давление локального криогенного воздействия так, чтобы обеспечивать устойчивую сегментацию и дробление стружки на равные участки.Conducting experiments at different temperatures of local cryogenic influence from -100°C to -150°C, the obtained depths of the metastable structure with increasing pressure of local cryogenic influence from 0.1 MPa to 0.6 MPa acting on the surface of the workpiece increases from 0. 1 mm to 0.75 mm (Fig. 4). Since the required depths of local cryogenic influence are in the range of 0.3 mm to 0.5 mm, it is therefore necessary to select the temperature and pressure of local cryogenic influence so as to ensure stable segmentation and crushing of chips into equal sections.

Исходя из экспериментальных исследований получена графическая зависимость, позволяющая определить параметры устойчивой сегментации и дробления стружки. В области параметров выше линии a-b (фиг. 4) при осуществлении локальных криогенных воздействий происходит сегментация стружки, но концентратора напряжения недостаточно для осуществления ее дробления. В области параметров a-b-c-d (фиг. 4) происходит устойчивая сегментация и дробление стружки. В области параметров ниже линии c-d (фиг. 4) при осуществлении локальных криогенных воздействий не происходит сегментация стружки, так как концентратор напряжения не достаточный для сегментации стружки;Based on experimental studies, a graphical dependence was obtained that allows one to determine the parameters of stable segmentation and crushing of chips. In the region of parameters above line a-b (Fig. 4), when local cryogenic effects are implemented, chip segmentation occurs, but the stress concentrator is not enough to crush it. In the area of parameters a-b-c-d (Fig. 4), stable segmentation and crushing of chips occurs. In the region of parameters below line c-d (Fig. 4), when local cryogenic effects are implemented, chip segmentation does not occur, since the stress concentrator is not sufficient for chip segmentation;

Таким образом, для обеспечения устойчивой сегментации и дробления стружки, можно выбрать температуру локального криогенного воздействия от -120°С до -130°С и давления локального криогенного воздействия от 0,2МПа до 0,5МПа. При этом глубина метастабильной структуры равна от 0,3 до 0,5 глубины срезаемого припуска. Thus, to ensure stable segmentation and crushing of chips, you can select the local cryogenic impact temperature from -120°C to -130°C and the local cryogenic impact pressure from 0.2 MPa to 0.5 MPa. In this case, the depth of the metastable structure is equal to from 0.3 to 0.5 of the depth of the cut allowance.

На этапе механической обработки изделия типа «тело вращения» из стали 45Х14Н14В2М диаметром D _з = 50 мм, с режимными параметрами: скорость резания V _p = 70 м/мин, подача S = 0,12 мм/об и глубина резания t = 1мм режущей пластиной марки Т5К10 с геометрическими параметрами: передний угол , задний угол , осуществляется процесс резания, при котором происходит пересечение в плоскости резания поверхностного слоя припуска с траекторией локальной метастабильной структуры, что формирует сегментацию и последующее отделение витков стружки. Длина образуемых отрезков витой стружки равна 120 мм, что соответствует ГОСТ 2787-75 по формированию отрезков витой стружки в диапазоне L _B от 100 до 200 мм. Фотография стружки при точении с локальным криогенным воздействием приведена на фиг. 4.At the stage of mechanical processing of a product of the “body of revolution” type made of steel 45Х14Н14В2М with a diameterD _h = 50 mm, with operating parameters: cutting speedV _p = 70 m/min, feedS = 0.12 mm/rev and cutting deptht = 1mm cutting insert brand T5K10 with geometric parameters: rake angle, back angle, a cutting process is carried out in which the surface layer of the allowance intersects in the cutting plane with the trajectory of the local metastable structure, which forms the segmentation and subsequent separation of chip turns. The length of the formed sections of twisted shavings is 120 mm, which corresponds to GOST 2787-75 for the formation of sections of twisted shavings in the rangeL _B from 100 to 200 mm. A photograph of chips during turning with local cryogenic action is shown in Fig. 4.

Таким образом, частота пересечения плоскостью резания с зоной локального криогенного воздействия определяется зависимостью:Thus, the frequency of intersection of the cutting plane with the zone of local cryogenic influence is determined by the relationship:

f _p = π D _з n _з / 60 L _пр ξ = 1000 V _p / L _пр ξ, f _p = π D _z n _z / 60 L _pr ξ = 1000 V _p / L _pr ξ,

где: ξ - коэффициент продольной усадки стружки, ξ = 1,2; where: ξ - coefficient of longitudinal shrinkage of chips, ξ = 1.2;

n _з - частота вращения заготовки, об/мин; n _z - workpiece rotation speed, rpm;

V _p - скорость резания, м/мин; V _p - cutting speed, m/min;

D _з - диаметр цилиндрической заготовки, мм; D _h - diameter of the cylindrical workpiece, mm;

L _пр - длина отрезков прямой стружки, мм. L _straight - length of straight chip segments, mm.

Длина отрезков прямой стружки L _пр , мм, образующейся при точении заготовок, предварительно подвергнутых локальному криогенному воздействию, определяется по формуле:The length of straight chip segments Lpr , mm, formed during turning of workpieces previously subjected to local cryogenic _effects , is determined by the formula:

L _пр = π d _c L _B / h _c , L _etc =π d _c L _B /h _c ,

где: L _B - длина образуемых отрезков витой стружки;where: L _B - length of the formed sections of twisted chips;

h _c - шаг витка стружки, h _c = 10,5 мм; h _c - chip coil pitch,h _c =10.5 mm;

d _c - диаметр витка стружки, d _c = 4,5 мм. d _c - chip coil diameter,d _c =4.5 mm.

L _пр = π d _c L _B / h _c = 3,14 4,5 120 / 10,5 = 161,5 мм, L _etc =π d _c L _B /h _c =3.14 4.5 120 / 10.5 = 161.5 mm,

Следует:You should:

f _p = 1000 V _p / 60 L _пр ξ = 1000 70 / 60 161,5 1,2 = 6 Гц. f _p = 1000 V _p / 60 L _pr ξ = 1000 70 / 60 161.5 1.2 = 6 Hz.

Способ позволяет уменьшить силовые нагрузки и износ оборудования, а также обеспечивает повышение производительности технологического процесса, за счет применения в зоне локального криогенного воздействия фазового превращения, которое приводит к формированию метастабильной структуры с измененными свойствами на глубину, а в точках пересечений плоскости резания с метастабильной структурой формируется концентратор напряжений, который обеспечивает сегментацию и дробление стружки на равные участки.The method makes it possible to reduce power loads and wear of equipment, and also ensures an increase in the productivity of the technological process, due to the use of a phase transformation in the zone of local cryogenic influence, which leads to the formation of a metastable structure with changed properties to depth, and at the points of intersection of the cutting plane with a metastable structure is formed a stress concentrator that ensures segmentation and crushing of chips into equal sections.

Claims (12)

Способ механической обработки стальной заготовки с дроблением стружки, включающий предварительную подготовку обрабатываемой поверхности путем термического воздействия на глубину снимаемого припуска, отличающийся тем, что предварительную подготовку осуществляют по прямой траектории параллельно оси заготовки под прямым углом к обрабатываемой поверхности путем локального криогенного непрерывного воздействия жидким азотом под давлением от 0,2 МПа до 0,5 МПа и температуре от - 120 до - 130°С, при этом пятно контакта диаметром d _п обеспечивает структурные превращения и фазовые переходы в аустенитной стали на глубину от 0,3 до 0,5 величины снимаемого припуска и формирует метастабильную структуру, с которой снимают слой металла режущим инструментом на глубину резания t _р , которая должная превышать глубину метастабильной структуры, при этом частоту пересечений плоскостью резания с зоной локального криогенного воздействия f _m определяют исходя из диаметра заготовки D _з , необходимой скорости резания V _р м/мин и длины образуемых отрезков L _пр прямой стружки зависимостьюA method of mechanical processing of a steel workpiece with chip crushing, including preliminary preparation of the machined surface by thermal exposure to the depth of the allowance to be removed, characterized in that the preliminary preparation is carried out along a straight path parallel to the axis of the workpiece at a right angle to the machined surface by local cryogenic continuous exposure to liquid nitrogen under pressure from 0.2 MPa to 0.5 MPa and temperature from - 120 to - 130 ° C, while the contact spot with a diameter d _p ensures structural transformations and phase transitions in austenitic steel to a depth of 0.3 to 0.5 of the allowance removed and forms a metastable structure, from which the metal layer is removed with a cutting tool to a cutting depth t _p , which must exceed the depth of the metastable structure, while the frequency of intersections of the cutting plane with the local cryogenic impact zone f _m is determined based on the workpiece diameter D _z , the required cutting speed V _r m/min and the length of the formed segments L _in straight chips depending f _m = π D _з n _з / 60 L _пр ξ = 1000 V _р / 60 L _пр ξ, f _m = π D _z n _z / 60 L _pr ξ = 1000 V _r / 60 L _pr ξ , гдеWhere ξ – коэффициент продольной усадки стружки, ξ – coefficient of longitudinal shrinkage of chips, n _з – частота вращения заготовки, об/мин, n _з – workpiece rotation speed, rpm, D _з – диаметр цилиндрической заготовки, мм, D _з – diameter of the cylindrical workpiece, mm, L _пр – длина отрезков прямой стружки, мм, L _pr – length of straight chip segments, mm, а длину отрезков прямой стружки L _пр , мм, которые образуются при точении заготовок и предварительно подвергнутых локальному криогенному воздействию, определяют по формуле:and the length of straight chip segments Lpr , mm, which are _formed during turning of workpieces and previously subjected to local cryogenic effects, is determined by the formula: L _пр = π d _с L _В / h _с , где L _etc = πd _With L _IN /h _With , Where L _В – длина образуемых отрезков витой стружки; L _B – length of the formed sections of twisted chips; h _с – шаг витка стружки, мм; h _с – chip coil pitch, mm; d _с – диаметр витка стружки. d _с is the diameter of the chip coil.