К.т.н. Малафеев Ю.М., Чепурко Е.Ю.

Национальный технический университет Украины «КПИ», г.Киев

Температурные и силовые зависимости при тонком точении электротехнической стали 1212.

Окончательная лезвийная обработка изделий из стали 1212 должна проводиться с учетом минимизации потерь ее магнитных свойств [5,6]. С этой целью, как показали экспериментальные исследования, технологический процесс изготовления цельных деталей из таких материалов должен проводиться в несколько этапов:

- предварительная обработка, в процессе которой снимается основной припуск. Этот этап осуществляется без учета потерь магнитных характеристик исходя из максимума производительности;

- восстановление магнитных характеристик детали с использованием высокотемпературного отжига в вакууме или среде защитной атмосферы [6]. Высокотемпературный отжиг в вакууме или защитной среде более дорогостоящая операция, чем просто высокотемпературный отжиг без доступа воздуха, но выигрыш в магнитных свойствах перекрывает дополнительные затраты;

- окончательная лезвийная обработка деталей из электротехнической стали 1212 должна проводиться на щадящих режимах резания с малыми глубинами и подачами с целью минимизации потерь магнитных свойств.

Общеизвестно [3,4], что теплота, выделяющаяся в процессе механической обработки, является одним из основных факторов, которые определяют оптимальные значения режимов резания, стойкость инструмента и производительность процесса обработки. Особое значение имеют тепловые явления при обработке специальных материалов, специфические свойства которых зависят от кристаллографической текстуры поверхностного слоя изделия. Поэтому исследование влияния температуры в зоне резания на магнитные свойства магнитномягких материалов имеет особое значение.

Изменение магнитного состояния ферромагнетика в зависимости от изменения температуры можно определить по формуле Вейсса [1,2]:

= tgh

Где Js - намагниченность насыщения при температуре Т;

Jо - намагниченность насыщения при температуре абсолютного нуля;

- точка Кюри.

Анализ зависимостей J_s/J_o = f(T/) для железа, никеля и их сплавов показывает, что с повышением температуры магнитная проницаемость в сильных магнитных полях понижается, а в слабых и средних – повышается. Это объясняется тем, что с увеличением температуры в слабых полях происходит снижение постоянной магнитной анизотропии, в результате чего имеет место увеличение проницаемости. Это явление, именуемое эффектом Гопкинса, наблюдается и для стали 1212.

Однако, незначительное изменение магнитных свойств происходит при существенном перепаде температур.

Эксперименты показали, что магнитная индукция стали 1212 увеличивается на 5% при изменении температуры от 200 до 400⁰С (напряженность поля Н = 50А/м). Уменьшение же индукции на 2-3% требует перепада температур от 200 до 500⁰С (Н = 2500А/м) [1, 2].

Аналогичные зависимости были получены и для ряда других электротехнических сталей.

Непосредственное измерение температуры в зоне резания при точении, проведенное нами методом естественной термопары позволило установить, что температура обрабатываемой поверхности в зоне контакта при точении стали 1212 с применением СОЖ лежит в пределах +80⁰ …+ 90⁰ С.

Таким образом, было экспериментально установлено, что температура обрабатываемой поверхности в зоне контакта детали с инструментом практически не влияет на структуру материала и не оказывает существенного влияния на магнитные свойства электротехнической стали 1212.

Поэтому температура в зоне резания, как технологический фактор, влияющий на магнитные свойства изделия при окончательной лезвийной обработке стали 1212, в экспериментах не учитывалась.

Опытные данные, полученные в результате проведения экспериментов позволили после их обработки получить математические модели исследуемой стали для силы резания Р и ее составляющих (Р_х, Р_у, Р_z ). В данном случае приведены модели для силы резания Р и осевой составляющей силы резания Р_у, как формирующей остаточные напряжения в поверхностном слое и оказывающей максимальное влияние на изменение магнитных свойств стали 1212.

При обработке исследуемой стали математические модели для общей силы Р и составляющей Р_у имеют следующий вид:

P = 3680,62 – 51,82V + 0,17V² – 123768S + 861770S² – 46572,70h₃ + +101993h + 1744,47VS – 12253,90VS² + 641,19Vh₃ – 1377,40Vh - 5,81V²S + +41,32V²S² – 2,11V²h₃ + 4,51V²h + 1514460Sh₃ – 324251Sh - 10232700S²h₃ + +21692100S²h₃² – 21236,50VSh₃ – 45127,20VSh + 144837VS²h₃ – 304605VS²h+ +70,13V²Sh₃ – 147,95V²Sh – 482,57V²S²h₃ +1005,89V²S²h₃²

Р_у = 3855,46 – 52,57V + 0,18V² - 128717S + 904860S² – 46427h₃ –

-101307h+ 1827,53VS – 12914,50VS² + 645,90Vh₃ – 1382,91Vh – 6,13V²S + +43,69V²S² – 2,14V²h₃ + 4,57 V²h + 1562250Sh₃ – 1073300S²h₃ – 3316940Sh + +22470000S²h– 22158,30VSh₃ + 46700,40 VSh + 153063VS²h₃ + 73,93V²Sh₃ –

- 154,75V²Sh – 513,98V²S²h₃ – 31838VS²h + 1061,28V²S²h

На рисунке представлена номограмма, которая позволяет быстро находить величину радиальной составляющей силы резания Р_у.

Номограмма для определения составляющей силы резания P_y

при точении стали 1212

Литература:

1. Вонсовский С.В. Магнетизм. М., «Наука», 1971- 1032 c.

2. Дружинин В.В. Магнитные свойства электротехнической стали. М. «Энергия», 1974 – 238с.

3. Лоладзе Т.Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента. - М. «Машиностроение», 1982.-320с.

4. Макаров А.Д. Оптимизация процессов резания. М. «Машиностроение», 1976-278с.

5. Преображенский А.А., Бишард Е.Г. Магнитные материалы и элементы.-М. «Высшая школа», 1986-352с.

6. Справочник по электротехническим материалам в 3-х т. Под ред. Ю.В.Корицкого и др. Т.3, Л. «Энергоатом», 1988 – 896с.