Контактные напряжения на передней поверхности инструментов, оснащенных композитами на основе кубического нитрида бора, при точении закаленной стали

Abstract

В работе представлены результаты экспериментальных исследований по определению геометрических параметров зоны контакта стружки с передней поверхностью инструментов, а также усадки стружки при чистовом точении закаленной стали ХВГ инструментами, оснащенными композитами из поликристаллических сверхтвердых материалов cBN-Si3N4 (3–5 % об.) и cBN-Si3N4 (3–5 % об.)-TiC (45 % об.) с различным содержанием кубического нитрида бора. На основе экспериментально установленных значений составляющих сил резания выполнен теоретический расчет уровня максимальных нормальных и касательных контактных напряжений для двух типов инструментов: с высоким (BH) и низким (BL) содержанием бора, а также показан характер их распределения вдоль участка контакта стружки с передней поверхностью инструментов. Показано, что при точении закаленной стали ХВГ инструментом с композитом группы BL в зоне контакта возникают нормальные напряжения до 3,0 ГПа и касательные – 0,18 ГПа при скорости резания 200 м/мин, при точении инструментом с композитом группы BH – 2,1 ГПа и 0,58 ГПа соответственно при скорости резания 100 м/мин.

У статті наведені результат експериментальних досліджень щодо визначення геометричних параметрів зони контакту стружки з передньою поверхнею інструментів, а також усадження стружки при чистовому точінні загартованої сталі ХВГ інструментами, оснащеними композитами з полікристалічних надтвердих матеріалів cBN-Si3N4 (3–5 % об.) і cBN-Si3N4 (3–5 % об.)-TiC (45 % об.) з різним вмістом кубічного нітриду бору. На підставі експериментально встановлених значень складових сили різання виконаний теоретичний розрахунок рівня максимальних нормальних і дотичних контактних напружень для двох типів інструментів: з високим (BH) і низьким (BL) умістом кубічного нітриду бору, а також показаний характер їх розподілу вздовж ділянки контакту стружки з передньою поверхнею інструментів. Установлено, що під час точіння загартованої сталі ХВГ інструментом з композитом групи BL у зоні контакту виникають нормальні напруження до 3,0 ГПа і дотичні – 0,18 ГПа при швидкості різання 200 м/хв, під час точіння інструментом із композитом групи BH – 2,1 ГПа і 0,58 Па відповідно при швидкості різання 100 м/хв.

The paper presents the results of experimental study of determination of the geometric parameters of the contact zone of the chips with the rake face of cutting tools, as well as the shrinkage of chips during the final turning of hardened HVG steel by the tools from polycrystalline superhard materials with different contents of cubic boron nitride. Based on the experimentally established values of the cutting force components, a theoretical calculation of the level of maximum normal and tangential contact stresses for two types of tools: with high (BH) and low (BL) boron content has been conducted, and the nature of their distribution along the contact area of the chips with the rake face of the tools is shown. It is shown that during the turning of hardened HVG steel by the tool with composite of the BL group normal stresses up to 3.0 GPa arise in the contact zone and the tangential are 0,18 GPa at a cutting speed of 200 m/min, while turning by the tool with composite of group BH – 2,1 GPa and 0,58 GPa, respectively, at a cutting speed of 100 m/min.