Vestnik of Don State Technical UniversityVestnik of Don State Technical UniversityВестник Донского государственного технического университета1992-5980352310.12737/5718Технические наукиTechnical sciencesТехнические наукиOn estimation of energy quantity spent on wear under cutting conditionsК вопросу оценки доли энергии, затрачиваемой на износ в условиях резанияМоисеевДенис ВитальевичMoiseevDenis Витальевичdenisey2003@mail.ruШучевКонстантин ГригорьевичSHuchyevKonstantin ГригорьевичРыжкинАнатолий АндреевичRyzhkinAnatoliy АндреевичВисторопскаяФлора АлександровнаVistoropskayaFlora Александровнаflora.vistoropskaya@yandex.ru3009201430092014143152163https://zh-szf.ru/en/nauka/article/3523/view
Рассмотрены основные каналы диссипации энергии в условиях трения и резания материалов. На основании известных экспериментальных данных показано, что не вся выделившаяся в этих процессах энергия расходуется собственно на процесс изнашивания с образованием частиц износа. Для расчёта характеристик трения и износа используется новый подход. Предложенные зависимости отличаются от известных тем, что в более полной мере учитывают долю энергии трения, «ответственную» за износ. Проанализированы известные подходы к оценке энергетического баланса при трении и резании. Сравнением энергетических (тепловых) затрат в макрообъёмах и на пятнах фактического контакта показана связь между поверхностной и поглощённой энергией материалов. В первом приближении оценена доля энергии трения, «ответственная» за износ.
Primary channels of the energy dissipation under friction and material cutting are considered. On the basis of the known testing data, it is shown that not all the energy released in these processes is spent on the wear process with the formation of wear particles. A new approach is used to calculate friction and wear characteristics. Proposed dependences differ from the known ones in that they to the fuller extent take into account the quantity of the friction energy “responsible” for the deterioration.The known approaches to assess the energy balance under friction and cutting are analyzed. The relationship between the surface energy and absorbed energy of materials is shown through comparing energy (thermal) costs in macrovolumes and on the actual contact spots. A quantity of energy “responsible” for wear is estimated in the first approximation.
баланс энергии тренияпоглощённая энергияинтенсивность изнашиваниякоэффициент энергии трения«ответственный» за износ.friction energy balanceabsorbed energywear-out ratefriction energy coefficient“responsible” for wear.
Введение.Процесс изнашивания инструментальных режущих материалов, в том числе твёрдых сплавов, сопровождается интенсивным тепловыделением, и высокие температуры в инструменте в принципе определяют протекание диффузионных и окислительных процессов и стойкость инструмента. В теоретических формулах для расчёта интенсивности изнашивания в этих условиях должна быть учтена доля энергии, запасённой изнашиваемым объёмом материала (инструмента), в виде простых зависимостей, адекватно отображающих процесс трения и износа. Это имеет важное научно-практическое значение, так как позволяет априори оценить износостойкость материалов пары трения и прогнозировать её работоспособность.
Рыжкин, А. А. Обработка материалов резанием: физические основы / А. А. Рыжкин. - Ростов-на-Дону : Изд. центр Дон. гос. техн. ун-та, 1995. - 242 с.Ryzhkin, А. А. Obrabotka materialov rezaniem: fizicheskie osnovy. [Material-cutting technolo-gy : physical fundamentals.] Rostov-on-Don : DSTU Publ. Centre, 1995, 242 p. (in Russian).Рыжкин, А. А. Теплофизические процессы при изнашивании инструментальных режущих материалов / А. А. Рыжкин. - Ростов-на-Дону : Изд. центр Дон. гос. техн. ун-та, 2005. - 311 с.Ryzhkin, А. А. Teplofizicheskie protcessy pri iznashivanii instrumentalnykh rezhushchikh ma-terialov. [Thermophysical processes under wear of tool cutting materials.] Rostov-on-Don : DSTU Publ. Centre, 2005, 311 p. (in Russian).Кузнецов, В. Д. Физика твёрдого тела / В. Д. Кузнецов. - Томск: Полиграфиздат, 1947. - Т. 4. - 542 с.Kuznetsov, V. D. Fizika tverdogo tela. [Solid State Physics.] Tomsk : Poligrafizdat, 1947, vol. 4, 542 p. (in Russian).Епифанов, Г. И. Об энергетическом балансе процесса резания металлов / Г. И. Епифанов, П. А. Ребиндер // Докл. Акад. наук СССР. - 1949. - Т. 66, № 4. - С. 32-40.Yepifanov, G. I., Rebinder, P. A. Ob energeticheskom balanse protcessa rezaniia metallov. [On energy balance of the metal cutting process.] Doklady Akademii nauk SSSR, 1949, vol. 66, no. 4, pp. 32-40 (in Russian).Хрущов, М. М. Исследования изнашивания металлов / М. М. Хрущов, М. А. Бабичев. - Москва : Изд. центр Акад. наук СССР, 1960. - 351 с.Khrushchov, М. М., Babichev, M. A. Issledovaniia iznashivaniia metallov. [Studies on metal wear.] Moscow : Izdatelskii tcentr Akademii nauk SSSR, 1960, 351 p. (in Russian).Кузнецов, В. Д. Поверхностная энергия твёрдых тел / В. Д. Кузнецов. - Москва : Госте-хиздат, 1954. - 220 с.Kuznetsov, V. D. Poverkhnostnaia energiia tverdykh tel. [Surface energy of solids.] Moscow : Gostekhizdat, 1954, 220 p. (in Russian).Трояновский, Е. А. Связь поверхностной энергии металлов с микротвёрдостью / Е. А. Трояновский // Тр. Моск. энергет. ин-та. - 1975. - Вып. 213. - С. 44-49.Troyanovskiy, Е. А. Sviaz poverkhnostnoi energii metallov s mikrotverdostiu. [Relationship be-tween the metal surface energy and microhardness.] Trudy MEI, 1975, iss. 213, pp. 44-49 (in Russian).Кунин, Л. Л. О формулах для вычисления поверхностного натяжения металлов / Л. Л. Кунин // Докл. Акад. наук СССР. - 1952. - Т. 79, № 1.- С. 93-96.Kunin, L. L. O formulakh dlia vychisleniia poverkhnostnogo natiazheniia metallov. [On formulas for calculating metal surface tension.] Doklady Akademii nauk SSSR, 1952, vol. 79, no. 1, pp. 93-96 (in Russian).Демченко, В. В. О взаимной связи работы выхода электрона с поверхностным натяже-нием / В. В. Демченко, Н. Е. Хомутов // Тр. Моск. хим.-технол. ин-та им. Д. И. Менделеева. - 1962. - Вып. 39. - С. 115.Demchenko, V. V., Khomutov, N. E. O vzaimnoi sviazi raboty vykhoda elektrona s poverkh-nostnym natiazheniem. [On mutual relation of the electronic work function and surface tension.] Trudy MKhTI im. D. I. Mendeleeva, 1962, iss. 39, p. 115 (in Russian).Семенченко, В. К. Поверхностные явления в металлах и сплавах / В. К. Семенченко. - Москва : Гостехиздат, 1957. - 491 с.Semenchenko, V. K. Poverkhnostnye iavleniia v metallakh i splavakh. [Surface phenomena in metals and alloys.] Moscow : Gostekhizdat, 1957, 491 p. (in Russian).Карапетянц, М. Х. Химическая термодинамика / М. Х. Карапетянц. - Москва : Химия, 1975. - 584 с.Karapetyants, М. K. Khimicheskaia termodinamika. [Chemical Thermodynamics.] Moscow : Khimiia, 1975, 584 p. (in Russian).Костецкий, Б. И. Трение, смазка и износ в машинах / Б. И. Костецкий. - Киев : Технiка, 1970. - 396 с.Kostetskiy, B. I. Trenie, smazka i iznos v mashinakh. [Friction, lubrication, and wear in ma-chines.] Kiev : Tekhnika, 1970, 396 p. (in Russian).Поверхностная прочность материалов при трении / Б. И. Костецкий [и др.]. - Киев : Технiка, 1976. - 296 с.Kostetskiy, B. I., et al. Poverkhnostnaia prochnost materialov pri trenii. [Surface strength of materials under friction.] Kiev : Tekhnika, 1976, 296 p. (in Russian).Костецкий, Б. И. О роли вторичных структур в формировании механизмов трения сма-зочного действия и изнашивания / Б. И. Костецкий // Трение и износ. - 1980. - Т. 1, № 4. - С. 622-637.Kostetskiy, B. I. O roli vtorichnykh struktur v formirovanii mekhanizmov treniia smazochnogo deistviia i iznashivaniia. [On role of secondary structures in developing mechanisms of lubricity friction and wear.] Trenie i iznos, 1980, vol. 1, no. 4, pp. 622-637 (in Russian).Даниелян, А. М. Теплота и износ инструментов в процессе резания / А. М. Даниелян. - Москва : Машгиз, 1954. - 276 с.Daniyelyan, А. М. Teplota i iznos instrumentov v protcesse rezaniia. [Heat and tool wear under cutting.] Moscow: Mashgiz, 1954, 276 p. (in Russian).Даниелян, А. М. Тепловой баланс при резании титанового сплава ВТ-2 / А. М. Даниелян // Вестн. машиностроения.- 1957. - № 1. - С. 15-18.Daniyelyan, А. М. Teplovoi balans pri rezanii titanovogo splava VT-2. [Heat balance under ti-tanium alloy VT-2 cutting.] Vestnik mashinostroeniia, 1957, no. 1, pp. 15-18 (in Russian).Обработка резанием жаропрочных сталей, сплавов и тугоплавких металлов / А. М. Да-ниелян [и др.]. - Москва : Машиностроение, 1968. - 308 с.Daniyelyan, А. М., et al. Obrabotka rezaniyem zharoprochnykh staley, splavov i tugoplavkikh metallov. [Machining of heat-resistant steels, alloys, and refractory metals.] Moscow: Mashinostroenie, 1968, 308 p. (in Russian).Тепловые явления и обрабатываемость резанием авиационных материалов / А. И. Бе-лоусов [и др.]. - Москва : Машиностроение, 1966. - 180 с.Belousov, A. I., et al. Teplovye iavleniia i obrabatyvaemost rezaniem aviatcionnykh materi-alov. [Thermal phenomena and machinability of aviation materials.] Moscow : Mashinostroenie, 1966, 180 p. (in Russian).Грановский, Г. И. Резание металлов / Г. И. Грановский, В. Г. Грановский. - Москва : Высш. шк., 1985. - 304 с.Granovskiy, G. I., Granovskiy, V. G. Rezanie metallov. [Metal cutting.] Moscow : Vysshaia shkola, 1985, 304 p. (in Russian).Васин, С. А. Резание материалов / С. А. Васин, А. С. Верещака, В. С. Кушнер. - Москва : Изд-во Моск. гос. техн. ун-та им. Баумана, 2001. - 447 с.Vasin, S. A., Vereshchaka, A. S., Kushner, V. S. Rezanie materialov. [Material cutting.] Moscow : Izdatelstvo MGTU im. Baumana, 2001, 447 p. (in Russian).Ящерицын, П. И. Теория резания / П. И. Ящерицын, Е. Э. Фельдштейн, М. А. Корниевич. - Минск : Новое изд., 2007. - 512 с.Yashcheritsyn, P. I., Feldstein, E. E., Korniyevich, M. A. Teoriia rezaniia. [Cutting theory.] Minsk : Novoe izdanie, 2007, 512 p. (in Russian).Чичинадзе, А. В. Расчёт и исследование внешнего трения при торможении / А. В. Чи-чинадзе. - Москва : Наука, 1967. - 231 с.Chichinadze, А. V. Raschet i issledovanie vneshnego treniia pri tormozhenii. [Calculation and study of friction under braking.] Moscow : Nauka, 1967, 231 p. (in Russian).Способ определения оптимальной скорости резания : а. с. 983512 СССР / А. А. Рыжкин [и др.]. - Заявл. 06.04.81 ; опубл. 23.12.82, Бюл. № 47. - 5 с.Ryzhkin, А. А., et al. Sposob opredeleniia optimalnoi skorosti rezaniia: a. s. 983512 SSSR. [Method for determining the optimum cutting speed: invention certificate 983512 USSR.] Bull. no. 47, 1982, 5 p. (in Russian).Термодинамический подход к расчёту интенсивности окислительного изнашивания твёрдых сплавов / А. А. Рыжкин [и др.] // Вестн. Рост. гос. ун-та путей сообщ. - 2012. - № 1. - С. 28-38.Ryzhkin, А. А., et al. Termodinamicheskii podkhod k raschetu intensivnosti okislitelnogo iznashivaniia tverdykh splavov. [Thermodynamic approach to calculating oxidative wear intensity of hard alloys.] Vestnik RGUPS, 2012, no. 1, pp. 28-38 (in Russian).