CC BY
15
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО _ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА_
Том 133 1965
ИССЛЕДОВАНИЕ ОБРАБАТЫВАЕМОСТИ ТОЧЕНИЕМ ТВЕРДОСПЛАВНЫМ ИНСТРУМЕНТОМ СТАЛИ Г13Л
А. М. РОЗЕНБЕРГ, А. К. БАИКАЛОВ, В. И. ЛИВШИЦ
Сталь Г13Л имеет широкое распространение в технике как материал, обладающий большой износоустойчивостью при действии ударных нагрузок. Это ценное свойство данной стали обусловлено состоянием марганцевого аустенита, которое сталь Г13Л сохраняет при охлаждении на воздухе и в воде. Значительная склонность стали ПЗЛ к упрочнению серьезно затрудняет механическую обработку. Поэтому детали из стали Г13Л большей частью изготавливаются литыми. Ряд заводов применяет обработку плоскостей у деталей из ПЗЛ (например, сердечников стрелочных крестовин) строганием и фрезерованием твердосплавным инструментом. При этом снятие припуска производится за один проход. Это обстоятельство, а также специфическая геометрия инструмента, рекомендуемая в литературе [1], [2], ведут к сильным вибрациям, большим усилиям резания и систематическим выходам из строя тяжелых продольно-фрезерных и продольно-стро-гальных станков.
В лаборатории резания ТПИ по заданию красноярского завода „Сибтяжмаш" проведено исследование обрабатываемости стали ПЗЛ точением твердосплавным инструментом. Заготовки из стали ПЗЛ в виде литых втулок размерами 0 200 X 250 (отверстие 0 100) были закалены в воде до твердости HB = 210 --:- 225. Сталь содержала 1,0—1,3%С и 12—14% Мп. Микроструктура стали представлена на рис. 1. Исследование проводилось на станке модели 163. Пластины твердого сплава закреплялись механически в державке клином с углом 3°.
Выбор марки твердого сплава производился на двух типах геометрии инструмента — с положительным углом т и отрицательным углом 7. Были опробованы 10 марок твердого сплава: ВК4, Т5К10, ВК8В, Т5К12В, ТТ7К12, ТТ10К8Б, Т14К8, BKS, ВК6М, Т15К6. При этом работоспособными оказались лишь 4 сплава: ВК8, ВК6М, Т15К6, Т14К8. Остальные 6 сплавов на первых же секундах работы получали значительный износ носика, до 3—4 мм, и теряли способность к снятию стружки. Причиной этого является, по-видимому, низкая износостойкость этих сплавов.
С 4 сплавами, оказавшимися работоспособными, были проведены стойкостпые испытания. Износ твердосплавных пластин при обработке стали ПЗЛ идет интенсивно по передней и задней граням. Износ по задней грани в первую же минуту работы достигает 0,4 -0,5 мм
и в дальнейшем растет в виде полосы износа с максимумом или на носике, или на той части лезвия, которая снимает припуск с наружного диаметра. Появление значительного износа по задней грани (до 0,5 мм) сразу ведет к увеличению составляющей силы резания Ру и отжиму резца. Износ по передней грани идет с образованием резко выраженной лунки непосредственно вблизи режущей кромки. В дальнейшем лунка вырабатывается в уступ, максимальная глубина которого чаще всего приходится на ту часть режущей кромки, которая снимает припуск с наружного диаметра,
В качестве критерия затупления при работе сплавами Т14К8 и Т15К6 был принят износ по задней грани 1,5 1,7 мм. При этой
I
Рис. 1. Микроструктура стали Г13Л (х500).
величине износа начинает появляться прижог обработанной поверхности, значительный отжим резца, выпучивание внешнего края поверхности резания. Критерий затупления для сплавов ВК6М и ВК8 (угол 7 положительный) был выбран следующий: 2,0 мм для скоростей 20—30 м!мин; 1,3 1,5 мм для скоростей 35—50 м[мин. Разница в критериях затупления для двухкарбидных сплавов на низких и высоких скоростях связана с тем, что на высоких скоростях при износе более 1,5 мм сплавы ВК6М и ВК8 проявляют склонность к слому носика резца и вспомогательной задней грани, в то время как при низких скоростях пластины ВК6М и ВК8 устойчиво работают и при износе более 2 мм.
Опробование 4-х марок твердых сплавов производилось на режимах: V = 70 м.'мин, s==0,26 мм;об, t--=2,b мм. Результаты стойкост-ных испытаний приведены в табл. 1. Сплавы Т14К8 и Т15К6 при положительном у скалывались на первых же секундах работы, поэтому испытания были проведены лишь с отрицательным 7. По результатам опробования для отработки геометрии и режимов были отобраны сплавы Т14К8 (имеющий меньшую склонность к выкрашиванию, чем Т15К6) и ВК8.
Т а б л и ц а 1
Марка твердого сплава Геометрия Стойкость
Т15К6 7 - - 11 , 16 , >-ч-з% ? - 52% г - 1,5 мм 10 мин.
ВК8 7 -- — 11 , а - - 10 . А - -Г 3 9 " 52 . г 2 мм 4 мин.
ВК8 7 - -г 9 , 7 : 10% А +6% > 60% г = 1,0 мм 3 мин.
фаска : / - 0,2 мм. 7Ф' — = 5°
Т14К8 7 - - 12% 1 13 , А - + 3 т ' 50 , г 3,0 мм 9 мин.
ВК6М 7 - + 10% * - 8% А --- 4- 5% <Г ■ ^60° г 1,7 мм 2,5 мин.
фаска : / -- 0,3 мм, ТФ - — 5°
ВК6М 7 - - 13% ^ - 7% >• " ¡4% ¥ " 58% г - 1,5 мм 2.0 мин.
Выбор оптимальной геометрии производился для сплава Т14К8 на режимах; V = 70 м!ману я — 0,26 мм/об, £ ~ 2,5 мм. Задний угол
Ттин
М 90 80 70 60
50 45 40
35
30
25 20
10
9.0 8.0 Ю 6.3
50
45 Щ
3.5 25 Ю
ю го 25 30 35 40 45 50 60 70 80 90
Точение V ™/тин
Рис. 2. Зависимости „7 — Vя при точении стали Г13Л.
изменился в пределах от 6 до 18 . Передний угол изменялся в пределах от 0° до 17е. Угол ^ менялся в пределах от +2° до - 20'.
О&рабатЬд материал-Г137! НВ* 210^225 t3 2,5 тпт Д \
\ \
\ \ ■ 7- / С
у г. 6
\ \ /
\ V
1 V \ к-
/ / \
7"=- Сг уг/ ( р СР К * •V Г- 1 " 1 1 с*> 1 К л
V
\ \
\ ВН8 \ '.1-+М* о\ А- + 6* 9 = 60" \ г ,- 2.0 лш фаска -¡¡ф --5° л = + '3" У = к0° /-0.2Л7Л1 т =г5 т]т7 ■ -----1 « < ' > ' Г 1 1
Испытания показали, что оптимальными углами являются: 7 = — 10°-:-
-:--12°; а - + 3° +5°; а = 12° 14°. Имеющиеся в литературе [2J
данные о том, что наибольшая стойкость обеспечивается при угле а = 20°, подтверждены не были. Угол в плане о и радиус закругления г выбираются в зависимости от жесткости системы „станок—приспособление—деталь". Геометрия для сплава ВК8, испытываемого с положительным углом 7, взята по результатам испытаний жаро
6 +
Ф
5Ü, /= 0,2 мм,
прочной стали ЭИ316: + Ш,1 = а - 10°.
Обдирка болванок по корке производилась пластиной2[ВК8 сле-
дующей геометрии
- 8°. X 4
/-0,4 мм, 7ф
г = 2,7 мм, ср = 40°. Режимы: 5 = 0,26 мм/об, глубина переменная от 0 до 6 мм. Скорость 18 — 25 м\мин. Стойкость при этом составляла 50 минут. Следует отметить, что встречающиеся в корке рако-
мин
ДМ
Г- 28 т/лшн
•¿-iß' ^ + у-54* х=+5в If-W \
Т - 2,8 лиг/
Т---22.ММ
~ГТ
_L
0.1 щг
О?. 0,25 0,3 ßß5 0,40,450,5 (16 S.7 OB 0,9
п mm/r-
о, /00
Рис. 3. Зависимости „Т—S* при точении стали Г13Л.
вины и шлаковые включения вели к интенсивному возрастанию износа по задней грани и снижению стойкости. Однако и в этих условиях работа сплавом ВК8 с положительным передним углом и фаской вполне возможна, а с точки зрения силовой нагрузки станков благоприятна.
Стойкостные испытания позволили получить следующие зависимости, характеризующие влияние скорости, подачи и глубины резания на стойкость (рис. 2 и 3):
для сплава Т14К8 (т = —10")
——-; (1)
^0,39 50,64 ¿0,1 ' '
для сплава ВК8 (т = f 10°)
I/ - ------(2)
f0,39 s0,53 ¿0,1
Влияние глубины резания на стойкость взято из литературных данных [1], а также на Основе стойкостных исследований стали ЭИ316. Зависимость (1) действительна до подачи s = 0,45 мм/об. Зависимость (2) действительна до подачи s = 0,8 мм/об. Зависимость „Т—s" (рис. 3) для ВК8 показывает, что с увеличением подачи стойкость при обработке стали Г13Л падает. Этим опровергается существующее на производстве мнение, что сталь Г13Л (ввиду ее большой упроч-няемости) выгоднее с точки зрения стойкости обрабатывать с большими подачами. Данные стойкостные исследования показывают, что при выборе режимов обработки следует руководствоваться для стали Г13Л общим принципом выбора режимов примерно постоянных стой-костей.
Выводы
1. В результате проведенных стойкостных исследований произведен выбор марки твердого сплава, найдена рациональная геометрия инструмента, определен критерий затупления инструмента, найдены зависимости (1) и (2) влияния V,s,t на стойкость для двух марок сплавов, по которым можно производить выбор режимов для получи-стовой обточки стали Г13Л. Исследовано также черновое точение стали Г13Л по корке.
2. Показано, что возможна обработка стали Г13Л как инструментом с отрицательным 7 (Т14К8), так и инструментом с положительным 7 (ВК8), в том числе и по корке. Поэтому для уменьшения силовой нагрузки станков рекомендуется работать инструментом с положительным 7 из ВК8, используя более низкие скорости и более высокие подачи, чем при работе Т14К8, и тем самым не проигрывая в производительности.
3. Обработка деталей из сталей Г13Л вполне возможна за несколько проходов. Поэтому с точки зрения уменьшения силовой нагрузки необходимо делить припуск минимума на два прохода, производя черновую и чистовую обработку.
ЛИТЕРАТУРА
1. А. Шифрин. Исследование процесса резания высокомарганцовистой стали. Ленинград. 1953 (автореферат диссертации).
2. Л Хворостухин, А. Промптов. Точение труднообрабатываемых сталей. Иркутск, 1959.
