donstuAdvanced Engineering Research (Rostov-on-Don)Advanced Engineering Research (Rostov-on-Don)2687-1653Don State Technical University10.12737/22162donstu-114Research ArticleMACHINE BUILDING AND MACHINE SCIENCEМАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕTechnoeconomic and thermodynamic aspects of the edge cutting machining optimizationТехнико-экономические и термодинамические аспекты оптимизации лезвийной обработкиРыжкинАнатолий АндреевичRyzhkinAnatoliy A.noemail@neicon.ruОлейниковаЮлия АнатольевнаOleynikovaJuliya A.noemail@neicon.ruМоисеевДенис ВитальевичMoiseevDenis V.noemail@neicon.ruФоминовЕвгений ВалерьевичFominovEvgeniy V.noemail@neicon.ruДонской государственный технический университетРоссияDon State Technical UniversityRussian Federation2016301220161644150Copyright © Ryzhkin A.A., Oleynikova J.A., Moiseev D.V., Fominov E.V., 20162016Рыжкин А.А., Олейникова Ю.А., Моисеев Д.В., Фоминов Е.В.Ryzhkin A.A., Oleynikova J.A., Moiseev D.V., Fominov E.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnik-donstu.ru/jour/article/view/114

The investigation objective is to develop a calculation method of selecting the optimum cutting speed corresponding to the minimum tool-wear rate. The analysis of the known optimization criteria such as tribological, thermal, energy and thermodynamic ones is made. The characteristics of their optimality through the cutting velocity (friction) are identified. Particular attention is paid to the experimental thermodynamic optimization criteria reflecting the fluctuating nature of friction and wear which are developed in Don State Technical University. It is shown that the maximum values of fluctuation criteria through varying the cutting speed characterize the increased dissipation capabilities of the cutting area. The formula for calculating the optimum cutting speed under the conditions of thermal balance on the lathe knife pads is determined. The formula contains cutting mode elements, tool geometry, contact loads and the deformation characteristic of the cutting process - chip velocity factor. The proposed analytical dependence allows selecting the optimum condition using calculations without costly wear resistant experiments.

Целью данного исследования является разработка расчетного метода выбора оптимальной скорости резания, соответствующей минимальной интенсивности изнашивания инструмента. Выполнен анализ известных критериев оптимизации: трибологических, температурных, энергетических и термодинамических. Выявлены признаки их оптимальности при вариации скорости резания (трения). Особое внимание уделено разработанным в Донском государственном техническом университете экспериментальным термодинамическим критериям оптимизации, отражающим флуктуационную природу трения и износа. Показано, что максимальные значения флуктуационных критериев при вариации скорости резания характеризуют повышенные диссипативные возможности зоны резания. Получена формула для расчета оптимальной скорости резания из условий теплового равновесия на контактных площадках токарного резца. Кроме элементов режима резания, геометрии инструмента и контактных нагрузок в формулу входит деформационная характеристика процесса резания - коэффициент укорочения стружки. Предложенная аналитическая зависимость позволяет выбирать оптимальный режим с помощью расчетов, без проведения дорогостоящих стойкостных экспериментов.

режимы резанияоптимальная скоростькритерии оптимизациитермодинамика изнашиванияcutting modesoptimum cutting speedoptimization criteriathermodynamics of wear processReferencesРыжкин, А. А. Термодинамические критерии оптимизации процесса изнашивания / А. А. Рыжкин // Надежность и эффективность станочных и инструментальных систем : сб. науч. тр. - Ростов-на-Дону : Изд. центр ДГТУ, 1993. - С. 3-16.Ryzhkin, А.А. Termodinamicheskie kriterii optimizatsii protsessa iznashivaniya. [Thermodynamic optimization criteria of wear process.] Nadezhnost' i effektivnost' stanochnykh i instrumental'nykh sistem: sb. nauch. tr. [Reliability and efficiency of machine tool and development systems: Coll.of sci.papers.] Rostov-on-Don: DSTU Publ. Centre, 1993, pp. 3–16 (in Russian).Рыжкин, А. А. Физические основы обработки материалов резанием / А. А. Рыжкин, К. Г. Шучев, М. М. Климов. - Ростов-на-Дону : Изд. центр ДГТУ, 1996. - 342 с.Ryzhkin, А.А., Shuchev, K.G., Klimov, M.M. Fizicheskie osnovy obrabotki materialov rezaniem. [Basic physics of materials machining.] Rostov-on-Don: DSTU Publ. Centre, 1996, 342 p. (in Russian).Ryshkin, A. A. Optimization of Metal Cutting Conditions / A. A. Ryshkin, L. S. Vorovich, B. I. Gordienko. - Radom : The Institute for Terotechnology, 2000. - 315 p.Ryshkin, A.A., Vorovich, L.S., Gordienko, B.I. Optimization of Metal Cutting Conditions. Radom: The Institute for Terotechnology, 2000, 315 p.Способ определения оптимальной скорости резания : а. с. 657918 СССР / А. Д. Макаров [и др.]. - № 233161/08 ; заявл. 03.03.76 ; опубл. 28.04.79, Бюл. № 15. - 5 с.Makarov, A.D., et al. Sposob opredeleniya optimal'noy skorosti rezaniya: a. s. 657918 SSSR . [Method of optimum cutting speed determination.] Invention certificate USSR, no. 657918, 1979 (in Russian).Рыжкин, А. А. Обработка материалов резанием: физические основы / А. А. Рыжкин. - Ростов-на-Дону : Изд. центр ДГТУ, 1995. - 291 с.Ryzhkin, А.А. Obrabotka materialov rezaniem: fizicheskie osnovy. [Materials machining: basic physics.] Rostovon- Don: DSTU Publ. Centre, 1995, 291 p. (in Russian).Выбор режимов резания труднообрабатываемых жаропрочных интерметаллидных сплавов тепловизионным методом / И. В. Анухин [и др.] // Станки, инструмент. - 2015. - № 1. - С. 16-20.Anukhin, et al. Vybor rezhimov rezaniya trudnoobrabatyvaemykh zharoprochnykh intermetallidnykh splavov teplovizionnym metodom. [Selection of the cutting conditions for hard-to-machine heat-proof intermetallic alloys by thermalimaging method.] Stanki i instrument, 2015, no. 1, pp. 16–20 (in Russian).Способ определения оптимальной скорости резания твердосплавного инструмента : патент 2173611 Рос. Федерация : С2 B23 B1/00 / Е. В. Артамонов [и др.]. - № 99121439/02 ; заявл. 12.10.99 ; опубл. 20.09.01, Бюл. № 17. - 5 с.Artamonov, E.V., et al. Sposob opredeleniya optimal'noy skorosti rezaniya tverdosplavnogo instrumenta: patent 2173611 Ros. Federatsiya: S2 B23 B1/00. [Method for determining optimum cutting speed of the carbide-tipped tool.] Patent RF, no. 2173611, 2001 (in Russian).Силин, С. С. Метод подобия при резании металлов / С. С. Силин. - Москва : Машиностроение, 1979. - 152 с.Silin, S.S. Metod podobiya pri rezanii metallov. [Similarity method under metal cutting.] Moscow: Mashinostroenie, 1979, 152 p. (in Russian).Старков, В. К. Дислокационные представления о резании металлов / В. К. Старков. - Москва : Машиностроение, 1979. - 160 с.Starkov, V.K. Dislokatsionnye predstavleniya o rezanii metallov. [Dislocation concept of metal cutting.] Moscow: Mashinostroenie, 1979, 160 p. (in Russian).Силин, С. С. Оптимизация операций механической обработки по энергетическим критериям / С. С. Силин, А. В. Баранов // Станки, инструмент. - 1999. - № 1. - С. 16-17.Silin, S.S., Baranov, A.V. Optimizatsiya operatsiy mekhanicheskoy obrabotki po energeticheskim kriteriyam. [Optimization of machining operations on the energy criteria.] Stanki i instrument, 1999, no. 1, pp. 16–17 (in Russian).Тавстюк, А. А. Применение удельных энергетических параметров при оптимизации и управлении процессом резания / А. А. Тавстюк, А. Г. Лютов, Г. Н. Коуров // Станки, инструмент. - 2014. - № 2. - C. 29-34.Tavstyuk, А.А., Lyutov, A.G., Kourov, G.N. Primenenie udel'nykh energeticheskikh parametrov pri optimizatsii i upravlenii protsessom rezaniya. [Application of specific energy parameters during the optimization and control of the cutting process.] Stanki i instrument, 2014, no. 2, pp. 29–34 (in Russian).Закураев, В. В. Оценка условий оптимального режима резания по энергетическим характеристикам процесса / В. В. Закураев, С. И. Хадеев. - Новокузнецк : Межотраслевой НТК, 2007. - 187 с.Zakuraev, V.V., Khadeev, S.I. Otsenka usloviy optimal'nogo rezhima rezaniya po energeticheskim kharakteristikam protsessa. [Assessment of the conditions for optimum cutting mode on the energy performance of the process.] Novokuznetsk: Mezhotraslevoy NTK, 2007, 187 p. (in Russian).Рыжкин, А. А. Способ определения оптимальной скорости резания : патент 2521943 Рос. Федерация : B23B1/00/ А. А. Рыжкин [и др.]. - № 2012105415/02 ; заявл. 15.02.12; опубл. 10.07.14, Бюл. № 19. - 7 с.Ryzhkin, А.А., et al. Sposob opredeleniya optimal'noy skorosti rezaniya: patent 2521943 Ros. Federatsiya: B23B1/00. [Method for determining the optimum cutting speed.] Patent RF, no. 2521943, 2014 (in Russian).Рыжкин, А. А. Теплофизические процессы при изнашивании инструментальных режущих материалов / А. А. Рыжкин. - Ростов-на-Дону : Изд. центр ДГТУ, 2005. - 312 с.Ryzhkin, А.А. Teplofizicheskie protsessy pri iznashivanii instrumental'nykh rezhushchikh materialov. [Thermophysical processes under the tool cutting materials wear]. Rostov-on-Don: DSTU Publ. Centre, 2005, 312 p. (in Russian).Виноградов, А. А. Определение оптимальной скорости резания по коэффициенту усадки стружки / А. А. Виноградов // Станки, инструмент. - 1991. - № 7. - С. 32-33.Vinogradov, А.А. Opredelenie optimal'noy skorosti rezaniya po koeffitsientu usadki struzhki. [Determination of optimum cutting speed by the chip shrinkage factor.] Stanki i instrument, 1991, no. 7, pp. 32–33 (in Russian).Бронштейн, И. Н. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов / И. Н. Бронштейн. - Москва : Физматгиз, 1962. - 608 с.Bronstein, I.N. Spravochnik po matematike dlya inzhenerov i uchashchikhsya vtuzov. [Handbook on mathematics for engineers and students of the technical colleges.] Moscow: Fizmatgiz , 1962, 608 p. (in Russian).Грановский, Г. И. Обработка результатов экспериментальных исследований резания металлов / Г. И. Грановский. - Москва : Машиностроение, 1982. - 112 с.Granovskiy, G.I. Obrabotka rezul'tatov eksperimental'nykh issledovaniy rezaniya metallov. [Elaboration of the experimental studies results of metal cutting.] Moscow: Mashinostroenie, 1982, 112 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.