CC BY
13Дуюн Т.А., д-р техн. наук, проф., Бешевли О.Б., аспирант
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ И ПОЛУЧАЕМОЕ КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ФРЕЗЕРОВАНИИ БАББИТОВ
Применение крупногабаритных вращающихся агрегатов в промышленности становится возможным благодаря использованию подшипников качения значительных размеров, в которых используются антифрикционные материалы, такие как баббит. Баббиты в основе своей состоят из свинца или олова и различных примесей. Баббиты используются в большом количестве изделий самых различных предназначений и размеров, но литературе, которая находится в свободном доступе практически не встречаются рекомендации по режимам обработки баббитов. Для подбора оптимальных режимов резания и изучения влияния различных факторов на процесс фрезерования баббитов марок Б 83 и Б16 была проведена серия экспериментов, которая показала сильную зависимость качества обработанной поверхности от температуры в зоне резания. Использование баббитов для вкладышей подшипников скольжения накладывает жесткие ограничения на качество обработанной поверхности, которое необходимо достигнуть после обработки.
Ключевые слова: механическая обработка баббита; температура в зоне резания; зависимость шероховатости от режимов резания; получаемое качество при фрезеровании баббита._
Баббиты широко применяются в качестве антифрикционного материала опор подшипников скольжения. Баббит является легкоплавким пластичным материалом, поэтому его механическая обработка связана с такими явлениями как оплавление и наростообразование. Оплавление возникает в случаях, когда температура в зоне резания превышает температуру плавления баббита. Обеспечение допустимой температуры в зоне резания является особенно важной задачей, так как исходя из физико-механических свойств уже при 240°С баббиты размягчаются, интенсифицируется наростообразование и процесс резания существенно усложняется [1].
При фрезеровании баббитов на фрезе образуются постоянно изменяющиеся в размерах наросты обработанного материала, которые создают нестабильную геометрию режущей части инструмента и, участвуя в процессе формообразования обработанной поверхности, негативно сказываются на формировании качества обрабатываемой поверхности [2], что недопустимо с точки зрения обеспечения функционального назначения поверхности скольжения.
Для выявления взаимосвязи режимов обработки с температурой в зоне резания и получаемой шероховатостью поверхности были проведены экспериментальные исследования при фрезеровании оловянного и свинцового баббитов марок Б83 и Б16. При проведении эксперимента использовалось следующее оборудование и контрольно-измерительный инструмент: широкоуниверсальный фрезерный станок 675, профилометр TIME TR100, пирометр инфракрасный «ADA TemPro 550».
В качестве исследуемых режимов резания были выбраны предположительно оказывающие
наибольшее влияние: скорость резания, подача режущего инструмента, глубина резания [3]. Выбор данных факторов обоснован следующими соображениями: скорость резания обуславливает условия теплообмена в зоне резания, подача режущего инструмента и глубина резания формируют сечение среза, а, следовательно, мощность и температуру резания.
Приняты следующие интервалы варьирования режимов резания: скорость резания 63.. .126 м/мин, подача режущего инструмента 0,935.3,71 мм/об, глубина резания 0,5.3 мм. При изменении одного из параметров два других остаются постоянными: скорость резания 78 м/мин, подача режущего инструмента 1,25 мм/об, глубина резания 2 мм. Результаты проведенных серий экспериментов по измерению температуры резания представлены в табл. 1.3.
Таблица 1
Зависимость температуры в зоне резания
№ 1 2 3 4 5 6
V 63 78 94,2 100 117,75 126
м/мин
Т1,°С 174 189 203 207 221 226
(Б-83)
Т2,°С 37 40 43 44 46 47
(Б-16)
Таблица 2
Зависимость температуры в зоне резания от подачи
№ 1 2 3 4 5 6
s 0,935 1,17 1,87 2,33 2,92 3,71
мм/об
Т1, °С 178 188 212 224 237 252
(Б-83)
Т2, °С 28 29 33 35 37 39
(Б-16)
Таблица 3
Зависимость температуры в зоне реза-
№ 1 2 3 4 5 6
1;, мм 0,5 1 1,5 2 2,5 3
Т1,°С 163 176 187 197 205 211
(Б-83)
Т2,°С 28 30 31 32 33 34
(Б-16)
Полученные результаты показывают, что значения температуры в зоне резания для этих марок баббитов имеют существенные отличия [4]. Фрезерование баббита Б16 протекает при достаточно низких температурах, лежащих в интервале 28...470С, поэтому процессы наро-стообразования практически не наблюдаются. Фрезерование баббита Б83 протекает при достаточно высоких температурах, лежащих в интервале 174...25 60С. При определенных сочетаниях режимов резания температура превышает критическое значение, в частности: при подаче режущего инструмента свыше 2 мм/об. Процессы наростообразования протекают весьма интенсивно [5]. На рис. 1 представлены фрагменты а
фрезерования баббитов Б16 и Б83. На рис. 2.4 представлены графические зависимости влияния исследуемых параметров режимов резания на температуру в зоне резания, интерполированные с использованием канонического полинома.
Анализируя графические зависимости рис. 2.4 можно сделать вывод, что увеличение скорости резания, подачи инструмента и глубины резания увеличивает температуру в зоне резания, что соответствует традиционным представлениям. Наибольшее влияние оказывают скорость резания и подача. Все зависимости близки к линейным.
Для возможности анализа корреляционных связей между температурой резания и шероховатостью поверхности при исследовании шероховатости обработанной поверхности приняты интервалы варьирования режимов резания, аналогичные измерению температуры. Результаты проведенных серий экспериментов по измерению шероховатости обрабатываемой поверхности представлены в табл. 4.6.
Рис. 1. Процесс фрезеровании баббитов: а - Б-83, б - Б-16
Рис. 2. Зависимость температуры в зоне резания от скорости резания при з = 1,25 мм/об, 1 = 2 мм
б
Рис. 3. Зависимость температуры резания от подачи при V = 78 м/мин, 1 = 2 мм
075 1 05 1.5 1 75 2 2^5 2^5 2_75 3
Рис. 4. Зависимость температуры резания от глубины резания при V = 78 м/мин, з = 1,25 мм/об
Таблица 4
№ 1 2 3 4 5 6
Яа1, мкм (Б-83) 4,2 5,1 7,1 8,1 12,3 20
Ка2, мкм (Б-16) 6,3 6,3 6,3 6,3 6,3 6,3
V м/мин 63 78 94,2 100 117,75 126
Таблица 5
Зависимость шероховатости поверхности от подачи инструмента _
№ 1 2 3 4 5 6
Да1, мкм (Б-83) 4,1 4,9 6,8 7,9 9,3 11,1
Ка2, мкм (Б-16) 3,3 3,7 4,6 5,1 5,7 6,3
з мм/об 0,935 1,17 1,87 2,33 2,92 3,71
Таблица 6
Зависимость шероховатости поверхности от глубины резания_
№ 1 2 3 4 5 6
Да1, мкм (Б-83) 5,2 6 6,4 7 7,4 7,7
Ка2, мкм (Б-16) 3,2 3,2 6,3 6,3 6,3 6,3
г, мм 0,5 1 1,5 2 2,5 3
Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод, что при фрезеровании баббита Б16 шероховатость обрабатываемой поверхности не превышает требуемое значение Яа = 6,3 во всем диапазоне изменения исследуемых режимов резания. При фрезеровании баббита Б83, напротив, для ряда значений в изменяемом диапазоне режимов резания величина шероховатости поверхности существенно превышает допустимое значение.
Полученные результаты шероховатости обрабатываемой поверхносит хорошо корелируются с результатми измерения температуры резания. При фрезеровании бабби-
та Б16 температура резания не превышает 50°С, следовательно тепловой режим процесса резания способствует благоприятным условиям стружкообразования и формирования шероховатости поверхности. При фрезеровании баббита Б83 тепловой режим весьма напряженный, близкий к критическим значениям, а для ряда режимов, превышающий температуру размягчения, что создает условия для интенсивного процесса наростообразования и негативно сказывается на формировании шероховатости обрабатываемой поверхности.
60 67 ТА II О 95 1(П 109 116 123 130
Рис. 5. Зависимость шероховатости поверхности от скорости при s = 1,25 мм/об, t = 2 мм
Рис. 6. Зависимость шероховатости поверхности от подачи при v = 78 м/мин, t = 2 мм
Анализируя графическую зависимость влияния скорости резания на шероховатость поверхности при фрезеровании баббита Б83 можно выделить 3 характерных участка кривой [6]: в интервале скоростей - до 80 м/мин, в интервале скоростей - 80.117 м/мин и в интервале -свыше 117 м/мин. В первом интервале относительно небольших скоростей шероховатость поверхности, так же, как и для фрезерования баббита Б16 практически не зависит от изменения скорости и сохраняет значение, близкое к посто-
янному. При переходе во второй интервал скоростей свыше 80 м/мин увеличение скорости начинает существенно влиять на формирование шероховатости поверхности, увеличивая ее значение. При переходе в интервал скоростей свыше 117 м/мин шероховатость поверхности критически возрастает с увеличением скорости. Полученные результаты имеют хорошую корреляцию с полученными значениями температуры резания и объясняют наличие трех характерных участков кривой: в интервале низких скоростей
температура резания не превышает 190°С, являясь допустимой для благоприятного формирования шероховатости поверхности; во втором интервале скоростей температура приближается к 220°С, интенсифицируя процессы наростообра-зования и негативно сказываясь на формирова-
нии шероховатости; в третьем интервале температура резания превышает 220°С, приближаясь к критическому значению размягчения баббита, что приводит к критическому росту шероховатости.
Рис. 7. Зависимость шероховатости от глубины резания при V = 78 м/мин, з = 1,25 мм/об
Увеличение значений подачи инструмента и глубины резания увеличивают значения шероховатости обрабатываемой поверхности для обоих марок баббита. Следовательно, влияние этих параметров в большей степени связано не с температурой резания [7], а с формированием сечения среза и упруго-пластическими деформациями материала. Зависимости изменения шероховатости поверхности от этих параметров близки к линейным.
Проведенные экспериментальные исследования позволили выявить характер влияния технологических параметров при фрезеровании баббитов на температуру в зоне резания и шероховатость обрабатываемой поверхности, что дает возможность обоснованно назначать технологические режимы для обеспечения благоприятных условий формообразования и требуемого качества поверхности.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Щербаков С.В., Рогачев А.А., Ярмоленко М.А. Цветные металлы и сплавы: учеб.-метод. Пособие. М-во образования Респ. Бела-
русь, Белорус. гос. ун-т трансп. Гомель: БелГУТ, 2009. 86 с.
2. Сахаров Д.В., Дуюн Т.А. Методика определения жесткости фрезы, установленной в цанговый патрон при обработке нержавеющих сталей // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2013. №2. С.97-99.
3. Шрубченко И.В., Мурыгина Л.В., Щетинин Н.А. Технологический процесс реконструкции бандажей типа «П» в тип «В» // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2014. №1. С.73-77.
4. Дуюн Т.А. Моделирование тепловых деформаций с целью обеспечения точности механической обработки // Вестник Брянского государственного технического университета. 2009. №2. С. 17-23.
5. Кувшинский В.В. Фрезерование. М., «Машиностроение», 1977. 240 с.
6. Неумоина Н.Г., Белов А.В. Тепловые процессы в технологической системе резания: Учеб. пособие //ВолгГТУ, Волгоград, 2006. 84 с.
7. Резников А.Н. Теплообмен при резании и охлаждение инструментов. М., Машгиз, 1963. 199 с.
