Search

To ensure the durability and working ability of cutting tools, especially carbide, it is promising to form a rational microgeometry of working surfaces, in particular, the shape and geometry of cutting edges, as well as their hardening. For this, it is necessary to carry out additional machining of the tool after its sharpening operation. The magneto-abrasive machining method in conditions of large working gaps with a rational ratio of the impact and frictional interaction of the magneto-abrasive tool with the machined elements makes it possible to form microgeometry and strengthen both the cutting edges and the working surfaces. To ensure effective machining, it is necessary to determine the regularities of forming the microgeometry of the cutting edges with pre-made protective chamfers. The paper presents the results of a complex study of the magneto-abrasive machining process of carbide not sharpened inserts with protective chamfers on the cutting edges made at different angles. It was shown that the process of edge rounding is linearly related to the duration of magneto-abrasive machining. Moreover, the rate of increase in the size of the radius of cutting edges rounding with protective chamfers increases linearly with an increase in the angle of inclination of the chamfers, all other process conditions being equal. The physical description of the hardening mechanism of the surface layer of the working elements of the carbide cutting tool was proposed. It was shown that the hardening process is associated with the rational imposition of forces arising as a result of the frictional and impact interaction of the particles and the formations of the magneto-abrasive tool with the machined surfaces. It was found that the nature of the change in surface hardness obtained after magneto-abrasive machining on the protective chamfers has the wavy shape depending on the time of the process. The greatest increase in surface hardness takes place on chamfers made at angles of 10 ° and 20 ° and is explained by the value of the ratio between the forces of normal and tangential origin arising from the contact of the magneto-abrasive tool with the machined surfaces., Для забезпечення надійності і працездатності різального інструменту, особливо твердосплавного, перспективним є формування раціональної мікрогеометрії робочих поверхонь, особливо форми і геометрії різальних кромок, а також їх зміцнення. Для цього необхідно виконувати додаткове оброблення інструменту після операції його заточування. Метод магнітно-абразивного оброблення в умовах великих робочих зазорів при раціональному співвідношенні ударної та фрикційного взаємодії магнітно-абразивного інструменту з оброблюваними елементами дозволяє формувати мікрогеометрію і зміцнювати як різальні кромки, так і робочі поверхні. Для забезпечення ефективного оброблення необхідно встановити закономірності формування мікрогеометрії різальних кромок з попередньо виконаними захисними фасками. У роботі наведені результати комплексного дослідження процесу магнітно-абразивного оброблення твердосплавних непереточуваних пластин з виконаними під різними кутами захисними фасками на різальних кромках. Показано, що процес округлення кромок лінійно пов'язаний з тривалістю магнітно-абразивного оброблення. Причому, швидкість збільшення розмірів радіусів округлення різальних кромок з захисними фасками лінійно зростає зі збільшенням кута нахилу фасок при інших рівних умовах процесу. Запропоновано фізичний опис механізму зміцнення поверхневого шару робочих елементів твердосплавного різального інструменту. Показано, що процес зміцнення пов'язаний з раціональним накладенням сил, що виникають в результаті фрикційної та ударної взаємодії частинок і формувань магнітно-абразивного інструменту з оброблюваними поверхнями. Встановлено, що характер зміни поверхневої твердості, отриманої після магнітно-абразивного оброблення на захисних фасках, має хвилеподібну форму в залежності від часу процесу. Найбільший ріст поверхневої твердості має місце на фасках, виконаних під кутами 10° та 20° і пояснюється величиною співвідношення між силами нормального і тангенціального походження, що виникають при контакті магнітно-абразивного інструменту з оброблюваними поверхнями.

Для забезпечення надійності і працездатності різального інструменту, особливо твердосплавного, перспективним є формування раціональної мікрогеометрії робочих поверхонь, особливо форми і геометрії різальних кромок, а також їх зміцнення. Для цього необхідно виконувати додаткове оброблення інструменту після операції його заточування. Метод магнітно-абразивного оброблення в умовах великих робочих зазорів при раціональному співвідношенні ударної та фрикційної взаємодії магнітно-абразивного інструменту з оброблюваними елементами дозволяє формувати мікрогеометрію і зміцнювати як різальні кромки, так і робочі поверхні. Для забезпечення ефективного оброблення необхідно встановити закономірності формування мікрогеометрії різальних кромок з попередньо виконаними захисними фасками. У роботі наведені результати комплексного дослідження процесу магнітно-абразивного оброблення твердосплавних непереточуваних пластин з виконаними під різними кутами захисними фасками на різальних кромках. Показано, що процес округлення кромок лінійно пов'язаний з тривалістю магнітно-абразивного оброблення. Причому, швидкість збільшення розмірів радіусів округлення різальних кромок з захисними фасками лінійно зростає зі збільшенням кута нахилу фасок при інших рівних умовах процесу. Запропоновано фізичний опис механізму зміцнення поверхневого шару робочих елементів твердосплавного різального інструменту. Показано, що процес зміцнення пов'язаний з раціональним накладенням сил, що виникають в результаті фрикційної та ударної взаємодії частинок і формувань магнітно-абразивного інструменту з оброблюваними поверхнями. Встановлено, що характер зміни поверхневої твердості, отриманої після магнітно-абразивного оброблення на захисних фасках, має хвилеподібну форму в залежності від часу процесу. Найбільший ріст поверхневої твердості має місце на фасках, виконаних під кутами 10° та 20° і пояснюється величиною співвідношення між силами нормального і тангенціального походження, що виникають при контакті магнітно-абразивного інструменту з оброблюваними поверхнями. To ensure the durability and working ability of cutting tools, especially carbide, it is promising to form a rational microgeometry of working surfaces, in particular, the shape and geometry of cutting edges, as well as their hardening. For this, it is necessary to carry out additional machining of the tool after its sharpening operation. The magneto-abrasive machining method in conditions of large working gaps with a rational ratio of the impact and frictional interaction of the magneto-abrasive tool with the machined elements makes it possible to form microgeometry and strengthen both the cutting edges and the working surfaces. To ensure effective machining, it is necessary to determine the regularities of forming the microgeometry of the cutting edges with pre-made protective chamfers. The paper presents the results of a complex study of the magneto-abrasive machining process of carbide not sharpened inserts with protective chamfers on the cutting edges made at different angles. It was shown that the process of edge rounding is linearly related to the duration of magneto-abrasive machining. Moreover, the rate of increase in the size of the radius of cutting edges rounding with protective chamfers increases linearly with an increase in the angle of inclination of the chamfers, all other process conditions being equal. The physical description of the hardening mechanism of the surface layer of the working elements of the carbide cutting tool was proposed. It was shown that the hardening process is associated with the rational imposition of forces arising as a result of the frictional and impact interaction of the particles and the formations of the magneto-abrasive tool with the machined surfaces. It was found that the nature of the change in surface hardness obtained after magneto-abrasive machining on the protective chamfers has the wavy shape depending on the time of the process. The greatest increase in surface hardness takes place on chamfers made at angles of 10 ° and 20 ° and is explained by the value of the ratio between the forces of normal and tangential origin arising from the contact of the magneto-abrasive tool with the machined surfaces.

Experimental investigations of influences of magneto-abrasive machining conditions on the quality parameters of keyway mills made of high speed steel were carried out. It was determined that an increasing in angular velocity of mills around its own axis during the machining does not lead to the intensification reducing of roughness parameters and formation radiuses of cutting edge rounding. But it increases the hardness of working surfaces due to the frictional hardening. The best results for hardening were obtained at using powdered with round shape, which provides increasing of hardness to value 10–11,5 GPa at the initial 8–9 GPa, reduction of roughness at using splinter powders with high abrasive ability, which provides value of Ra 0,45 µm at the initial 1,4 µm. By using the method of magneto-abrasive machining can be increased the keyway mills tool life by forming the necessary size of radiuses of cutting edge rounding and increasing of the hardness of the surface layers of the working elements. Experimentally was investigated that at the angular velocity of mills around its own axis 500 rpm and using as magneto-abrasive material the diffuse powder made from PR R6M5 with grain size 160/100 µm the tool life increases in 2–2,3 times., Исследовано влияние скорости вращения шпоночных фрез изготовленных из быстрорежущей стали вокруг собственной оси в процессе магнитно-абразивной обработки в рабочих зонах кольцевого типа и состава магнитно-абразивного инструмента на показатели качества. Установлено, что увеличение скорости вращения фрез вокруг собственной оси в исследуемом диапазоне приводит к повышению поверхностной твердости, уменьшает интенсивность формирования радиуса округления режущих кромок и существенно не влияет на изменение шероховатости рабочих поверхностей. Проведено исследование работоспособности шпоночных фрез после цикла магнитно- абразивной обработки, показано, что имеет место повышение их стойкости в 2 и более раз по сравнению с необработанными. Установлено, что больше всего на работоспособность влияет величина и форма радиуса округления режущих кромок и поверхностная твердость инструмента., Досліджено вплив швидкості обертання шпонкових фрез виготовлених з швидкорізальної сталі навколо власної осі в процесі магнітно- абразивного оброблення в робочих зонах кільцевого типу та складу магнітно-абразивного інструменту на показники якості. Встановлено, що збільшення швидкості обертання фрез навколо власної осі в досліджуваному діапазоні призводить до підвищення поверхневої твердості, зменшує інтенсивність формування радіусу округлення різальних кромок та суттєво не впливає на зміну шорсткості робочих поверхонь. Проведено дослідження працездатності шпонкових фрез після циклу магнітно-абразивного оброблення, показано, що відбувається підвищення їх стійкості в 2 і більше рази в порівнянні з необробленими. Встановлено, що найбільше на працездатність впливає величина та форма радіусу округлення різальних кромок та поверхнева твердість різального інструменту.

A mathematical model to estimate the average number of parts, processing which is possible to achieve the criterion of maximum allowable wear on the back of the cutter heavy lathe, and the maximum allowable amount of tool material, removed from the front surface of the tool. Experimental equipment for measuring tool wear has been developed. Insert wear curves derived from industrial test results. Confirmation of the adequacy of the models of the instrument gives a possibility of their adjustment to the basic criteria of their dullness., Для визначення періоду стійкості інструменту, а також базових показників процесу його експлуатації, які характеризують зношування інструменту, розроблено математичні залежності зношування різального інструменту по передній та задній поверхням від параметрів його експлуатації на важких верстатах. Для перевірки адекватності моделей зношування проведені експериментальні дослідження зміни геометричної форми різального клину методом неруйнівного контролю за допомогою спеціально розробленого приводу. Вимірювались геометричні розміри лунки зношування по передній поверхні. В результаті досліджень проаналізовані види відмов інструменту та побудовано криві зношування різальних пластин в умовах виробництва. Запропоновано методику розрахунку величин зношування контактних передньої та задньої поверхонь на основі енергетичної теорії зношування, що дозволяє визначити такі характеристики зношування різця, як величина й форма фаски зношування на його задній поверхні, величина радіального зношування, геометричні розміри й форма лунки зношування на його передній поверхні. Розроблено математичну модель для оцінки середньої кількості деталей, при обробці яких, можливе досягнення критерію максимально допустимого зносу на задній поверхні різця важкого токарного верстату та максимально допустимої кількості інструментального матеріалу, що знімається передньою поверхнею інструменту. Величина розбіжності розрахованої форми зношеного різального клину від певної, здобутої експериментальним шляхом, не перевищує 10%. Підтвердження адекватності моделей зношування інструменту дає змогу використовувати їх для розрахунку базових показників критеріїв його затуплення. Запропонована методика визначення розмірної стійкості різального інструменту з заданною імовірністю.

A significant part in the structure of production costs associated with restoring the current operability of locomotive wheels by processing on the KJ20 machine is amounted by tool costs. The cost of the tool, especially hard-alloy, is constantly increasing. The restoration of the working capacity of hard-alloy cutting elements is carried out by turning them in the tool holder (knife) at a certain angle around the axis of this element. The new technique for the effective use of special shaped mills is based on determining the rational angle of rotation of the cutting elements. A promising direction for the use of cutting elements is also the restoration of the properties of worn elements for their reuse. EDM processes are especially effective in tool production in the manufacture of special tools. The authors developed and proposed a technology for restoring the working capacity of cutting elements that have already worked out their resources. The technology proposed by the authors makes it possible to introduce a system of cost-effective and rational operation for the use of part of worn out, but suitable for restoration, replaceable cutting elements, for their reuse in the repair of the working surface of wheelsets of rail vehicles on KJ20 machines., Значну частину в структурі виробничих витрат, пов’язаних з відновленням поточної працездатності локомотивних коліс за допомогою їх обробки на верстаті КЖ20, займають витрати на інструмент. Вартість інструменту, особливо твердосплавного, постійно зростає. Відновлення працездатності твердосплавних ріжучих елементів здійснюється шляхом повороту їх в різцетримачі (ножі) на визначений кут навколо осі цього елемента. Запропоновано методику ефективного використання спеціальних фасонних фрез, що заснована на визначенні раціонального кута повороту ріжучих елементів. Перспективним напрямом використання ріжучих елементів є також відновлення властивостей зношених елементів для їх повторного використання. Процеси електроерозійної обробки особливо ефективні в інструментальному виробництві під час виготовлення спеціального інструменту. Авторами розроблено і запропоновано технологію відновлення працездатності ріжучих елементів, які вже відпрацювали свій ресурс. Запропонована авторами технологія дозволяє впровадити систему економічно ефективної і раціональної експлуатації для використання частини зношених, але придатних до відновлення змінних ріжучих елементів для їх повторного використання під час ремонту робочої поверхні колісних пар машин рейкового транспорту на верстатах КЖ20.

In the work, on the bases of the existing theory of determination of the geometrical parameters of the cutting part of the tool, there have been developed the main principles of the methodology for their determination at the design stage, taking into account the conditions of the cutting process, the tool, the operating conditions of the cutting tool, the cutting process, the plane of cutting., У роботі на основі існуючої теорії визначення геометричних параметрів різальної частини інструмента, розроблено основні положення методології їх визначення на стадії проектування з врахуванням умов проведення процесу різання, інструмента, умови роботи різального інструменту, процесу різання, площини різання.

Виконано аналіз методів фінішної обробки твердосплавних пластин та вказано їх переваги та недоліки. В дисертації представлені результати дослідження к омплексного підвищення працездатності твердосплавних пластин , що включає формування мікрогеометрії робочих поверхонь , радіусів округлення різальних кромок, та їх фізико - механічних властивостей, при магнітно - абразивному обробленні (МАО) в кільцевій ванні, щ о забезпечує підвищення їх працездатний стан . В изначено вплив формування захисних фасок на стійкість твердосплавних пластин. Встановлено, що для токарної обробки інструментальної вуглецевої сталі раціональний радіус округлення рі зальних кромок інструменту знаходиться в діапазоні 48 – 53 мкм . Після МАО поверхнева твердість збільшується на 2 - 3 Г Па. Так и й комплексний вплив МАО забезпечує підвищення стійкості не менше ніж в 1,5 – 2 рази, що підтверджено результатами стійкісних випробувань. Зроблено висновки, щодо доцільності використання захисних фасок на передній поверхні твердосплавних пластин при токарному обробленні сталей . Практично доведено ефективність використання захисних фасок на твердосплавних пластинах з подальшим округленням різальних кромок The analysis of finishing methods of hard - alloy plates has been carried out and their advantages and disadvantages were indicated. The dissertation presents the results of the study of the complex increase of the working capacity of hard - alloy plates , which includes the formation of microgeometry of the working surfaces, the radi uses of cutting edges rounding , and their physical and mechanical properties by the magnet o - abrasive machining (MA M ) in the ring - type working area, which provides an in creasing of state of operability . The influence of the formation of protective chamfers on the stability of hard - alloy plates has been determined. It was established that for the turning of carbon tool steel rational radius of rounding of cutting edge is i n the range of 48 - 53 μ m . After MA M the surface hardness increases by 2 - 3 GPa. Such integrated impact of the MA M ensures a stability increase of tool life at least 1 , 5 - 2 times, which is confirmed by the results of wear tests. Were made conclusions that it is expedient to use protective chamfers on face surface of hard - alloy plate s by turning of steel . Practically proved the effectiveness of using protective chamfers on hard - alloy plate s, with subsequent rounding of cutting edge

Досліджено вплив швидкості обертання шпонкових фрез виготовлених з швидкорізальної сталі навколо власної осі в процесі магнітно-абразивного оброблення в робочих зонах кільцевого типу та складу магнітно-абразивного інструменту на показники якості. Встановлено, що збільшення швидкості обертання фрез навколо власної осі в досліджуваному діапазоні призводить до підвищення поверхневої твердості, зменшує інтенсивність формування радіусу округлення різальних кромок та суттєво не впливає на зміну шорсткості робочих поверхонь. Проведено дослідження працездатності шпонкових фрез після циклу магнітно-абразивного оброблення, показано, що відбувається підвищення їх стійкості в 2 і більше рази в порівнянні з необробленими. Встановлено, що найбільше на працездатність впливає величина та форма радіусу округлення різальних кромок та поверхнева твердість різального інструменту. Experimental investigations of influences of magneto-abrasive machining conditions on the quality parameters of keyway mills made of high speed steel were carried out. It was determined that an increasing in angular velocity of mills around its own axis during the machining does not lead to the intensification reducing of roughness parameters and formation radiuses of cutting edge rounding. But it increases the hardness of working surfaces due to the frictional hardening. The best results for hardening were obtained at using powdered with round shape, which provides increasing of hardness to value 10-11,5 GPa at the initial 8-9 GPa, reduction of roughness at using splinter powders with high abrasive ability, which provides value of Ra 0,45 µm at the initial 1,4 µm. By using the method of magneto-abrasive machining can be increased the keyway mills tool life by forming the necessary size of radiuses of cutting edge rounding and increasing of the hardness of the surface layers of the working elements. Experimen tally was investigated that at the angular velocity of mills around its own axis 500 rpm and using as magneto-abrasive material the diffuse powder made from PR R6M5 with grain size 160/100 µm the tool life increases in 2-2,3 times.

Розглянуті методики досліджень різних видів зношування (бічного, крайового) для вивчення впливу зміцнення ріжучих елементів штампів електроіскровим легуванням. Визначені оптимальні технологічні параметри процесу електроіскрового легування, зокрема, струму в імпульсі розряду. Встановлена глибина зміцненого шару, його мікротвердість та досліджена суцільність нанесеного покриття. Виконана перевірка отриманих результатів шляхом проведення натурних випробувань, за результатами яких зносостійкість ріжучих кромок підвищилася в 2–2,5 рази. The methods of research of various kinds of wear (lateral, regional) to study the impact of the strengthening of cutting dies electricspark alloying elements. Experimental study on friction machine, resulting in the optimum technological parameters of electricspark alloying, including the amount of current pulse discharge, which is installed 35-40 A. hardened layer depth that reaches 0,15-0,20 mm, investigated continuity applied coating, which is about 80% at the hardened surface hardened layer microhardness investigated. Executed test results obtained through field tests, which resulted in wear resistance of the cutting edges has increased by 2-2.5 times.

У процесі буріння нафтових і газових свердловин долота різального типу, оснащені полікристалічними алмазами різцями (ПАР), є більш ефективними в порівнянні з алмазними та тришарошковими, однак вони володіють підвищеною енергоємністю, що обмежує їх використання при бурінні гідравлічними вибійними двигунами. На основі аналітичного та експериментального методів досліджень на модельних і повнорозмірних конструкціях у стендових і промислових умовах розроблено конструкції породоруйнівних інструментів різальної дії з пониженою енергоємністю буріння. Методами математичного моделювання проведено дослідження різних конструкцій різальної частини бурових доліт та визначено величини енергетичних параметрів роботи полікристалічних алмазних різців, розроблено технологічні засоби та методику експериментальних випробовувань. Розроблено математичну модель, що базується на взаємодії оснащення долота різальної дії з гірською породою під дією осьового навантаження і крутного моменту, де сила опору проникнення, що діє на елемент оснащення при різних глибинах проникнення в гірську породу, виражається степеневою залежністю. На відміну від існуючих математичних моделей, які ґрунтуються на принципах забезпечення рівностійкого зношування різальної кромки лопаті по всій її геометричній довжині, розрахунки прогнозних енергетичних показників процесу буріння проводились для породоруйнівного інструменту загалом. На основі аналізу результатів прогнозних розрахунків встановлено, що долота з плоским дном різальної частини мають найвищі значення механічної швидкості буріння і найменші величини крутного моменту і питомої об’ємної роботи руйнування. Однак, породоруйнівний інструмент з таким профілем різальної частини має понижену зносостійкість внаслідок обмеженої площі для розміщення достатньої кількості оснащення, яке формує вибій свердловини. З метою перевірки теоретичних даних проведено експериментальні дослідження параметрів роботи доліт різальної дії з різними формами лопатей на гірських породах різної твердості. Отримано залежності енергетичних і динамічних параметрів буріння долотами з дослідними варіантами різальної частини від осьового навантаження й частоти обертання долота. Результати порівняння енергетичних характеристик роботи доліт різального типу свідчать, що при бурінні порід малої і середньої твердості вибійними двигунами доцільно використовувати породоруйнівні інструменти конструкції, що поєднують кругло-ступінчасту і плоску форми різальної частини., The cutting bits, equipped with polycrystalline diamond cutters (PDC), are more effective in comparison with diamond and three-roller-cone bits for oil and gas well drilling, however they consume more power and it limits their use. New structures of rock destruction tools of cutting type were designed for lower power consumption during drilling by analytical-experimental research methods on model and full-size structures under stand/industrial conditions. Various designs of cutting parts of drilling bits were studied by mathematical modeling methods; as a result of them the energy parameters of polycrystalline diamond cutters operation were defined, technological means and experimental testing methods were worked out. The mathematical model, based on consideration of interaction of cutting bit with rocks under axial load and torque (as concerns penetration resistance force, applied on cutting structure element, connected with depth of its penetration into rock), is expressed by power dependence. In contrast to existing mathematical models, based on the principles of ensuring stable position of cutting blade tip in space, the calculations of projected energy performance of drilling process were carried out for rock destruction tool in whole. It was found out on the ground of analysis of predictive calculations results, that bits with cutting flat-bottomed parts have the highest values of mechanical drilling speed, the smallest values of torque and specific volume of destruction. However, rock destruction tool with such a shape of cutting part has lower wear resistance due to limited area for placing a sufficient number of cutting structures, forming the borehole bottom. In order to test theoretical data, experimental study of operating parameters of cutting bits of various wing forms were carried out on rocks of different hardness. The thesis includes dependencies of energy and dynamic parameters of drilling with bits, equipped with researched types of cutting parts, on axial load and bit speed. Comparison of power characteristics of cutting bits shows, that it is reasonable to use rock destruction tools of design, which combines round-staged and flat forms of cutting part, during drilling with bottomhole motors on rocks of low and medium hardness.