Бордачев Евгений Валентинович – профессор, доктор технических наук.
ON K1K 2E1, Канада, Оттава, Монреаль-роуд, 1200
Rostov-on-Don
Лапшин Виктор Петрович - доцент кафедры «Автоматизация производственных процессов», кандидат технических наук.
344000, Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1
Ottawa
Introduction. Two factors of metal turning are compared: the dissipated temperature and the power of irreversible transformations in the material of the product and the tool. The paper is devoted to the issues of mathematical modeling of their link.
Materials and Methods. The mathematical apparatus is based on the modification of the Volterra equation which involves the use of double integral. It shows how the thermal energy released earlier during cutting affects the current state of temperature in the tool-to-work contact zone. In addition to the proposed new basic mathematical model, the processing effect of the observed data on the power of irreversible transformations and the measured temperature in the tool-to-work contact zone under metal turning are used. The experiments were carried out on 1K625 machine and STD.201-1 stand. A specialized software tool for processing information arrays describing the processes occurring during cutting (reaction forces, tool vibrations and power of irreversible transformations) was created in the Matlab package. The same tool has performed the temperature calculation in the tool-to-work contact zone.
Research Results. The procedure of parametric identification of the proposed basic mathematical model is carried out. The resulting model showed a high degree of proximity of the experimental data on the temperature in the cutting zone and the simulated level of thermal energy; but in the initial section of the measurable temperature dependence, the results of these two approaches are in rather poor agreement. This can be explained by an error of the experimental temperature measurement based on the estimate of the thermoelectromotive force (thermal EMF) output which is generated as a result of the dynamic thermocouple formation in the tool-to-work contact zone.
Discussion and Conclusions. The proposed mathematical model enables to adequately describe the conversion of the mechanical component of the cutting energy into the thermal component through the indicator of the total output power of the mechanical interaction in the cutting zone for all the processing time.
Введение. Сопоставлены два фактора токарной обработки металлов резанием: рассеиваемая температура и мощность необратимых преобразований в материале изделия и инструмента. Статья посвящена вопросам математического моделирования их связи.
Материалы и методы. Математический аппарат основан на модификации уравнения Вольтерры, которая предполагает использование двукратного интеграла. Он показывает, как выделенная ранее при резании тепловая энергия влияет на текущее состояние температуры в зоне контакта инструмента с обрабатываемой деталью. В работе помимо предложенной новой базовой математической модели использованы результаты обработки экспериментальных данных о мощности необратимых преобразований и об измеряемой температуре в зоне контакта инструмента с деталью при токарной обработке металла. Эксперименты проводились на станке 1К625 и стенде STD.201-1. В пакете Matlab была создана специализированная программа для обработки массивов информации, описывающих процессы, протекающие при резании (силы реакции, вибрации инструмента и мощность необратимых преобразований). В этой же программе выполнен расчет температуры в зоне контакта инструмента и детали.
Результаты исследования. Проведена процедура параметрической идентификации предлагаемой базовой математической модели. Полученная модель показала высокую степень близости экспериментальных данных о состоянии температуры в зоне резания и моделируемого уровня тепловой энергии, однако на начальном участке измеряемой температурной зависимости результаты двух этих подходов не вполне согласуются. Это можно объяснить погрешностью экспериментального измерения температуры на основе оценки вырабатываемой термоэлектродвижущей силы (термоЭДС), которая формируется в результате образования естественной термопары в зоне контакта инструмента и детали.
Обсуждение и заключения. Предлагаемая математическая модель позволяет адекватно описывать процесс преобразования механической составляющей энергии резания в тепловую составляющую через показатель суммарной выделяемой мощности механического взаимодействия в зоне резания за все время обработки.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.