maplantsМашины и установки: проектирование, разработка и эксплуатацияMachines and Plants: Design and Exploiting2412-592XМОО "Стратегия объединения"10.24108/aplts.0317.0000068maplants-68Research ArticleТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ И ОБРАБОТКА КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВCONSTRUCTIONAL MATERIAL PROCESSING IN MACHINE BUILDINGРасчет параметров теплофизики резания пластичных материаловCalculating Cutting Thermal Physics Parameters of Plastic MaterialsГрубыйС. В.GrubyiS. V.

Грубый Сергей Витальевич

кафедра МТ-2, профессор, 8423-5670

grusv@yandex.ruМГТУ им. Н.Э. Баумана, МоскваРоссияBauman Moscow State Technical University, MoscowRussian Federation201722082017035569Copyright © Грубый С.В., 20172017Грубый С.В.Grubyi S.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.maplants-journal.ru/jour/article/view/68

Параметры теплофизики и температура резания относятся к выходным показателям, характеризующим процесс и позволяют рационально выбрать режимы и условия обработки. При обработке труднообрабатываемых материалов предельная температура резания является технологическим ограничением и определяет скорость и интенсивность изнашивания инструмента. Температура резания также влияет на тепловое удлинение инструмента и погрешность чистовой обработки.

Предметом исследования являются параметры теплофизики и температура резания при обработке пластичных материалов твердосплавным инструментом. Целью исследований является разработка методики для расчета этих параметров. Использован расчетный метод для анализа параметров процесса.

Результаты расчетов по температуре резания сравнивались с опубликованными в литературных источниках экспериментальными данными. Новизна предложенной методики заключается в том, что для расчета теплофизических параметров не требуется проведения экспериментальных исследований. Расчет основан на использовании известных механических и теплофизических характеристик обрабатываемого и инструментального материалов. Результатами расчетов являются параметры: интенсивности тепловых потоков в условной плоскости сдвига, на контактных поверхностях инструмента, температуры этих поверхностей, усредненная температура резания – в зависимости от скорости резания, толщины среза, величины износа инструмента.

Последовательность расчетов реализована в разработанной программе на алгоритмическом языке программирования с результатами, представленными в графическом или табличном виде. Расчетная методика предназначена для использования при проведении научных исследований и инженерных расчетов в предметной области механической обработки резанием.

The thermal physics parameters and a cutting temperature belong to the output performances to characterise a process and allow a rational selection of machining modes and conditions. In machining hard-to-cut materials the utmost cutting temperature is a technological restriction and defines tool wear rate and intensity. The cutting temperature also has impact on the heat extension of tool and the finished machining.

The subject is to study thermal physics parameters and cutting temperature when machining the plastic materials by a hard-alloy tool. The objective is to develop a technique to calculate these parameters. A calculation method for the analysis of process parameters is used.

Calculation results for the cutting temperature were compared with experimental ones published in the literature sources. A novelty of the technique is that there is no need in conducting the experimental studies to calculate the thermal physics parameters. Calculation is based on using known mechanical and thermal physics characteristics of machined and tool materials. The calculation results are parameters, namely heat flow intensities in the conditional shear plane, on the contact surfaces of tool, temperatures of theses surfaces, averaged cutting temperature - depending on the cutting speed, thickness of cutting layer, tool wear value.

A sequence of calculations is implemented in the developed software in the programming algorithmic language with results in graphic and tabular representations. The calculation technique is designed for conducting research activities and engineering designs in the field of machining.

тепловая мощностьинтенсивность теплового потокатемпературатолщина срезаскорость резанияизнос инструментаthermal capacityheat flow intensitytemperaturethickness of the cutting layercutting speedtool wearReferencesГрубый С.В. Оптимизация процесса механической обработки и управление режимными параметрами. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. 149 с.Grubyj S.V. Optimizatsiia protsessa mekhanicheskoj obrabotki iupravlenie rezhimnymi parametrami [Optimization of the machining process and control regime parameters]. Moscow: BMSTU Publ., 2014. 149 p. (in Russian).Розенберг Ю.А. Резание материалов: учебник. Курган: Изд-во Курган. гос. ун-та, 2007. 294 с.Rosenberg Yu.A. Rezanie materialov [Cutting of materials]: a textbook. Kurgan: Kurgan State Univ. Publ., 2007. 294 p. (in Russian).Верещака А.С., Кушнер В.С. Резание материалов: учебник. М.: Высш. школа, 2009. 534 с.Vereshchaka A.S., Kushner V.S. Rezanie materialov [Cutting of materials]: a textbook. Moscow: Vysshaia Shkola Publ., 2009. 534 p. (in Russian).Циркин А.В., Смирнов М.Ю. Физические основы процесса резания и изнашивания режущего инструмента с износостойкими покрытиями: методические указания к лабораторным работам. Ульяновск: Изд-во Ульянов. гос. техн. ун-та, 2007. 30 с.Tsirkin A.V., Smirnov M.Yu. Fizicheskie osnovy protsessa rezaniia i iznashivaniia rezhushchego instrumenta s iznosostojkimi pokrytiiami [Physical fundamentals of the cutting process and wear of cutting tools with wear-resistant coatings]. Ul’ianovsk: Ul’ianovsk State Technical Univ. Publ., 2007. 30 p. (in Russian).Неумоина Н.Г., Белов А.В. Тепловые процессы в технологической системе резания: учеб. пособие. Волгоград: Изд-во Волгоград. гос. техн. ун-та, 2006. 83 с.Neumoina N.G., Belov A.V. Teplovye protsessy v tekhnologicheskoj sisteme rezaniia [Thermal processes in technological cutting system]: a textbook. Volgograd: Volgograd State Technical Univ. Publ., 2006. 83 p. (in Russian).Ismail Lazoglu, Yusuf Altintas. Prediction of tool and chip temperature in continuous and interrupted machining // Intern. J. of Machine Tools & Manufacture. 2002. Vol. 42. No. 9. Pр. 1011–1022. DOI: 10.1016/S0890-6955(02)00039-1Ismail Lazoglu, Yusuf Altintas. Prediction of tool and chip temperature in continuous and interrupted machining. Intern. J. of Machine Tools & Manufacture, 2002, vol. 42, no. 9, pр. 1011–1022. DOI: 10.1016/S0890-6955(02)00039-1Силин С.С. Метод подобия при резании материалов. М.: Машиностроение, 1979. 152 с.Silin S.S. Metod podobiia pri rezanii materialov [The method of similarity during cutting materials]. Moscow: Mashinostronie Publ., 1979. 152 p. (in Russian).Резников А.Н. Теплофизика процессов механической обработки материалов. М.: Машиностроение, 1981. 279 с.Reznikov A.N. Teplofizika protsessov mekhanicheskoj obrabotki materialov [Thermophysics of machining of materials]. Moscow: Mashinostronie Publ., 1981. 279 p. (in Russian).Резников А.Н., Резников Л.А. Тепловые процессы в технологических системах: учебник для вузов. М.: Машиностроение, 1990. 287 с.Reznikov A.N., Reznikov L.A. Teplovye protsessy v tekhnologicheskikh sistemakh [Thermal processes in technological systems]: a textbook. Moscow: Mashinostronie Publ., 1990. 287 p. (in Russian).Пушных В.А., Бибик В.Л. Сравнение двух методов расчета температуры резания // Известия Томского политехн. ун-та. 2004. Т. 307. № 3. С. 102-104.Pushnykh V.A., Bibik V.L. Comparison of two methods for calculating the temperature of the cutting. Izvestiia Tomskogo politekhnicheskogo universiteta [Bulletin of the Tomsk Plytechnic Univ.], 2004, vol. 307, no. 3, pp. 102-104 (in Russian).Мазур Н.П. Усовершенствование аналитических методов расчетов температурных полей в системе резания // Вектор науки Тольяттинского гос. ун-та. 2015. № 3-1(33-1). С. 92-99.Mazur N.P. Improvement of analytical methods of calculation of temperature fields in the cutting system. Vektor nauki Tol’iattinskogo gosudarstvennogo universiteta [Vector Science of the Tol’iatti State Univ.], 2015, no. 3-1(33-1), pp. 92-99 (in Russian).Грубый С.В. Расчетные параметры стружкообразования при несвободном косоугольном резании пластичных материалов // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2017. № 1. С. 4-15. DOI: 10.18698/0536-1044-2017-1-4-15Grubyj S.V. Calculated parameters of chip formation for restricted oblique cutting of plastic materials. Izvestiia vysshikh uchebnykh zavedenij. Mashinostroenie [Proc. of Higher Educational Institutions. Machine Building], 2017, no. 1, pp. 4-15. DOI: 10.18698/0536-1044-2017-1-4-15 (in Russian)Грубый С.В. Расчет параметров стружкообразования и сил резания пластичных материалов // Машины и установки: проектирование, разработка и эксплуатация. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2017. № 1. С. 25–37. DOI: 10.24108/aplts.0117.0000058Grubyj S.V. Calculating parameters of chip formation and cutting forces of plastic materials. Mashiny i ustanovki: Proektirovanie, razrabotka i ekspluatatsiia [Machines and Plants: Design and Exploiting], 2017, no. 1, pp. 25-37. DOI: 10.24108/aplts.0117.0000058 (in Russian)Режимы резания труднообрабатываемых материалов: Справочник / Я.Л Гуревич и др. 2-е изд. М.: Машиностроение, 1986. 239 с.Rezhimy rezaniia trudnoobrabatyvaemykh materialov [Cutting hard materials]: a handbook / Ia.L. Gurevich a.o. 2nd ed. Moscow: Mashinostronie Publ., 1986. 239 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.