Теория размерностей и моделирование температуры на границе раздела стружка–инструмент при точении SS304 на основе искусственных нейронных сетей

Введение. Во время механической обработки результирующая температура оказывает более широкое и критическое влияние на производительность обработки. Во время обработки потребляемая мощность в основном преобразуется в тепло вблизи режущей кромки инструмента. Почти вся работа, выполняемая при пластической деформации, превращается в тепло. Исследователи приложили много усилий для измерения температуры резания во время обработки, поскольку это существенно влияет на срок службы инструмента и общую производительность обработки. Цель работы: исследовать температуру на поверхности раздела стружка–инструмент с учетом влияния параметров резания и типа покрытия инструмента при точении SS304. Температура на границе раздела стружка–инструмент измеряется путем изменения скорости резания и подачи при постоянной глубине резания твердосплавными инструментами без покрытия; с однослойным покрытием TiAlN и многослойным покрытием TiN/TiAlN, нанесёнными методом осаждения паров (PVD). Кроме того, предпринята попытка разработать модель для прогнозирования температуры на границе раздела стружка–инструмент с использованием размерного анализа и моделирования на основе ИНС для лучшего понимания процесса. Методы исследования. Эксперименты проводили при изменении скорости резания (140…260 м/мин) и подачи (0,08…0,2 мм/об), но при сохранении постоянной глубину резания, равной 1 мм. Температуру на границе раздела стружка-инструмент измеряли с использованием принципа термопары для обработки инструмента. Калибровочная установка (Calibration Setup) предназначена для установления взаимосвязи между создаваемой электродвижущей силой (ЭДС) и температурой резания во время обработки. Для прогнозирования температуры на границе раздела стружка–инструмент был проведен статистический размерный анализ и построена модель на основе искусственных нейронных сетей. Тангенциальная сила резания и характеристики стружки, такие как ширина и толщина, также измерялись при различных условиях резания, что является необходимым при моделировании размерного анализа. Результаты и их обсуждение. Твердосплавный инструмент с PVD-покрытием из TiAlN имел более низкую температуру на границе раздела стружка–инструмент, чем инструмент с покрытием из TiN/TiAlN. Было замечено, что температура на границе раздела стружка–инструмент заметно возрастает с увеличением скорости резания, площадью поперечного сечения стружки и удельного давления резания. Однако меньшая сила резания наблюдалась при использовании твердосплавного инструмента с многослойным покрытием TIN/TiAlN, что можно объяснить более низким коэффициентом трения, создаваемым передней поверхностью этого инструмента для стекающей стружки. Вместе с тем наибольшая сила резания наблюдалась при использовании твердосплавного инструмента без покрытия. Было отмечено, что разработанные модели позволяют прогнозировать температуру на границе стружка–инструмент с абсолютной погрешностью 5 %. Однако наименьшая средняя абсолютная погрешность в 0,78 % наблюдалась в модели, построенной с использованием ИНС и, следовательно, может быть надежно использована для прогнозирования температуры интерфейса стружка–инструмент во время точения SS304.

Температуры поверхности стружка-инструмент, теория размерностей, искусственная нейронная сеть, инструменты с покрытием