Тульский государственный университет, Тула, Россия:
А. С. Ямников, докт. техн. наук, профессор, эл. почта: Yamnikovas@mail.ru

АО «НПО «СПЛАВ», Тула, Россия:
О. А. Ямникова, докт. техн. наук, профессор, специалист 1-й категории, эл. почта: yamnikovaoa@mail.ru

ПАО «Тульский оружейный завод», Тула, Россия:
А. О. Чуприков, канд. техн. наук, начальник отдела, эл. почта: artemline@rambler.ru

Отмечено, что в передовых отраслях машиностроения с целью повышения эффективности используют высокопрочные материалы, которые обычно плохо поддаются обработке резанием вследствие высоких физико-механических свойств. Показано, что исследованию явлений в зоне резания металлов с начала XX в. до наших дней уделяют большое внимание зарубежные и отечественные ученые. Перспективным является применение в качестве режущего материала инструмента керамических пластин, однако в большинстве источников эти пластины не рекомендованы для нарезания резьб на заготовках из высокопрочных материалов из-за их недостаточно высокой прочности на изгиб. Ранее в литературе показано, что путем оптимизации углов заточки керамических пластин и наложения упрочняющих фасок по передней и задней поверхностям удается выполнять нарезание резьбы на приемлемых режимах резания. При этом для оптимизации схемы вырезания профиля впадины резьбы и задания рациональных значений подач для врезания на рабочий ход требуются объективные зависимости составляющих сил резания для параметров, характерных для нарезания резьбы керамическими пластинами. С этой целью спланировали и провели специальный эксперимент, для чего на круглой заготовке вала из стали 35Х3НМ HRC 52–54 с пределом текучести 880 МПа точили ступенчатую поверхность с заданными перепадами, разделенными кольцевыми канавками. Диаметр ступеней выполняли в соответствии с заданной глубиной врезания, прорезали сквозь все ступени начальную резьбу, затем резцу, установленному в динамометр на токарном станке, сообщали заданное значение подачи врезания и при точении резьбы на всех ступенях измеряли составляющие силы резания. Полученные экспериментальные данные аппроксимировали с помощью системы компьютерной алгебры Mathcad. В итоге найдены эмпирические показательные зависимости составляющих силы резания от параметров срезаемого слоя при характерных для использования режущей керамики режимов и углов резания, адекватно отражающие опытные данные.

1. Duan C. Z., Dou T., Wang M. Research on Influence of Material Hardness and Cutting Conditions on Serrated Chip Formation Process during High Speed Machining of AISI 1045 Hardened Steel. Computer Engineering and Technology (ICCET) // AMAE Int. J. on Production and Industrial Engineering. 2011. June. Vol. 2, No. 01. P. 321–324.
2. Taylor F. W. On the art of cutting metals // Transactions of ASME. 1907. Vol. 28. P. 248.
3. Kishawy H. A., Hosseini A., Moetakef-Imani B., Astakhov V. P. An Energy Based Analysis of Broaching Operation: Cutting Forces and Resultant Surface Integrity // CIRP Annals — Manufacturing Technology. 2012. Vol. 61. Iss. 1. P. 107–110.
4. Astakhov V. P., Shvets S. V. Interaction Between Deformation and Thermal Waves in Metal Cutting // Int. J. of Advances in Machining and Forming Operations. 2010. Vol. 2. P. 1–18.
5. Astakhov V. P., Xiao X. A Methodology for Practical Cutting Force Evaluation Based on the Energy Spent in the Cutting System // Machining Science and Technology. 2008. Vol. 12. P. 325–347.
6. Astakhov V. P., Xiao X. The principle of minimum strain energy to fracture of the work material and its application in modern cutting technologies in book Ed. J. P. Davim // Metal Cutting Technology. — Berlin : De Gruyter, 2016. P. 1–35.
7. Astakhov V. P. Machinability: Existing and Advanced Concepts. Chapter 1 in book Machinability of Advanced Materials. Ed. by J. P. Davim. 2014. Waley, London. P. 1–56.
8. Astakhov V. P. Mechanical Properties of Engineering Materials: Relevance in Design and Manufacturing // Introduction to Mechanical Engineering. 2018. 29 April. P. 3–41.
9. Guo Y. B., Yen D. W. Study of Discontinuous Chip Formation in Had Machining // Journal of Materials Processing Technology. 2004. Vol. 155-156. P. 1350–1356.
10. Ye G. G., Xue S. F., Ma W., Jiang M. Q., Ling Z., Tong X. H., Dai L. H. Cutting AISI 1045 Steel at Very High Speeds // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2012. Vol. 56. P. 1–9.
11. Шарова Т. В., Гарасев Э. Ю., Шаров С. И. Анализ путей повышения эффективности лезвийной обработки деталей // Вестник Рыбинского гос. авиац. техн. ун-та им. П. А. Соловьева. 2014. № 2(29). С. 57–63.
12. Kudryashov E. A. Smirnov I. M., Kameneva T. E. Eliminating problems in intermittent multitool thread cutting // Russian Engineering Research. 2018. Vol. 38. No. 7. P. 526–528.
13. Волков Д. И., Проскуряков С. Л., Тарасов С. С. Применение инструмента из минералокерамики для окончательной высокоскоростной токарной обработки деталей из жаропрочных литейных сплавов // Вестник Рыбинского гос. авиац. техн. ун-та им. П. А. Соловьева. 2013. № 3(26). С. 59–65.
14. Иванов В. В., Сорокин Е. В., Павлова Е. В. Сравнение режущих свойств керамики различных марок // СТИН. 2007. № 8. С. 39–40.
15. Yamnikov A. S., Kharkov A. I., Chuprikov A. O. Extending tool life in buttress-thread cutting on high-strength blanks // Russian Engineering Research. 2015. Vol. 35. No. 12. P. 953–956.
16. Ямников А. С., Чуприков А. О. Повышение эффективности применения режущей керамики для нарезания резьбы на заготовках из высокопрочных материалов // Цветные металлы. 2017. № 12. С. 85–89.
17. Ямников А. С., Ямникова О. А., Чуприков А. О., Харьков А. И. Влияние заднего угла и параметров упрочняющей фаски керамических резьбовых резцов на стойкость // Цветные металлы. 2018. № 12. С. 88–91.
18. Yamnikov A. S., Chuprikov A. O., Khar’kov A. I. Strengthening Chamfer at the Rear Surface of Ceramic Thread Cutters // Russian Engineering Research. 2018. Vol. 38. No. 1. P. 40–43.
19. Яцюк И. В., Погожев Ю. С., Новиков А. В. Синтез сверхвысокотемпературной керамики ZrB₂ — SiC в режиме горения // Цветные металлы. 2017. № 12. С. 71–77.
20. Каталог РИНКОМ. Пластина 3-гранная TNGN (01131)-160308. [Электронный ресурс]. URL: https://www.rinscom.com/katalog/plastiny-tverdosplavnye/plastiny-smennye/plastiny-3-grannye/39332/ (дата обращения: 21.03.2019).
21. Чуприков А. О., Ямников А. С. Определение напряжений в резьборежущей пластине численным моделированием в среде SOLIDWORKS // Известия Тульского гос. ун-та. Технические науки. 2016. № 8-1. С. 180–186.
22. Zhao J., Zhang J., Ai X. Relationship Between the Thermal Shock Behavior and Cutting Performance of a Functionally Gradient Ceramic Tool // Journal of Materials Processing Technology. 2002. Vol. 129. Iss. 1-3. P. 161–166.
23. Abushawashi Y., Xiao X., Astakhov V. P. FEM Simulation of Metal Cutting Using a New Approach to Model Chip Formation // Int. J. Advances in Machining and Forming Operations. 2011. Vol. 3. P. 71–92.
24. Atkins A. G. Modelling Metal Cutting Using Modern Ductile Fracture Mechanics: Quantitative Explanations for Some Longstanding Problems // International Journal of Mechanical Science. 2003. Vol. 43. P. 373–396.
25. Bai Y., Wierzbicki T. A New Model of Metal Plasticity and Fracture with Pressure and Lode Dependence // International Journal of Plasticity. 2008. Vol. 24. No. 6. P. 1071–1096.
26. Ямников А. С., Чуприков А. О., Харьков А. И. Определение составляющих силы резания при точении в зависимости от механических свойств обрабатываемого материала // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2016. № 11(65). С. 31–36.
27. ГОСТ 25003–81. Пластины режущие сменные многогранные керамические. Технические условия. — Введ. 01.07.1982.
28. Пирумов У. Г. Численные методы: учеб. пособие для вузов — 4-е изд., стер. — М. : Дрофа, 2007. — 222 с.
29. ООО «АЛЬЯНС». Пластины минералокерамические ВОК. [Электронный ресурс]. URL: http://master2000.ru/plastiny-mineralokeramicheskie-vok/ (дата обращения: 05.04.2019).