Экспериментальные исследования зависимости износа и шероховатости от режимов обработки для прецизионных сплавов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.91.01

Д.В. Маношин, Т.Г. Насад ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАВИСИМОСТИ ИЗНОСА И ШЕРОХОВАТОСТИ ОТ РЕЖИМОВ ОБРАБОТКИ ДЛЯ ПРЕЦИЗИОННЫХ СПЛАВОВ

Приводятся экспериментальные данные обработки прецизионного сплава 36НХТЮ. Выведены зависимости износа инструмента и получаемой шероховатости от режимов резания для данного сплава.

Прецизионный сплав, износ, качество поверхности

D.V. Manoshin, T.G. Nasad EXPERIMENTAL RESEARCHES OF DEPENDENCE OF DETERIORATION AND ROUGHNESS FROM MODES OF PROCESSING FOR PRECISION ALLOYS

Experimental data of processing a precision alloy 36НХТЮ are given. Dependences of wear of the tool and a received roughness on modes of cutting for this alloy are deduced.

Precision alloy, deterioration, quality of surface

Режущий инструмент является особым объектом технологии механической обработки. Разнообразные условия его эксплуатации вызывают множество видов повреждений и отказов технологической системы, а скорости изнашивания инструмента значительно выше, чем скорости изнашивания деталей и узлов станков. Поэтому работоспособность технологической системы в целом в первую очередь зависит именно

88

от качества применяемого инструмента и правильного его использования. Роль режущего инструмента ещё больше возрастает на операциях механической обработки, характеризующихся повышенными теплосиловыми нагрузками, а именно: при высокоскоростном резании, обработке деталей из закаленных, коррозионностойких, жаропрочных сталей и сплавов. Проблема износа режущего инструмента при обработке этих материалов остается актуальной и в наше время. Это объясняется тем, что машиностроительные заводы, несмотря на более чем 40-летний опыт изготовления изделий из труднообрабатываемых материалов, до сих пор испытывают значительные трудности при их обработке, а постоянное усложнение конструктивных форм деталей машин и повышение требования к качеству и точности обработки заставляет искать новые пути повышения стойкости режущего инструмента. К одному из основных технологических мероприятий, повышающих долговечность и надежность деталей машин, относится выбор и назначение условий резания, обеспечивающих изготовление деталей заданной точности и стабильности как по размерам, так и по чистоте поверхности[2].

Поставленная задача заключалась в исследовании износа режущего инструмента и определение количественных характеристик шероховатости поверхности при токарной обработке прецизионного сплава 36НХТЮ. Для определения зависимостей был использован токарно-револьверный центр с ЧПУ модель SL-20HE производства фирмы HAAS. В качестве экспериментального материала был использован круглый прокат из прецизионного сплава 36НХТЮ 040 мм. Спектральный анализ на приборе Niton XLt показал следующий химический состав: Ni 35,63; Fe 46,17; Mn 1,07; Cn12,87; Ti 3,61 и подтвердил соответствие материала.[3] Для получения нужных физико-механических свойств заготовка подверглась термической обработке по технологическому процессу закалки заготовок и полос для чувствительных элементов деталей из сплавов 36НХТЮ; 36НХТЮ-Ш; 36НХТЮ5М. Замеры твердости образца показали 6HRc. В качестве режущего инструмента использовались твердосплавные пластины для обработки жаропрочных сплавов. Материал пластины был определен по спектральному анализу и показал: WC 90,68±0,87; Co 5,71±0,29; Cu 0,53±0,15; Cr 0,64±0,29; Ti 1,2±0,57. На пластины было нанесено покрытие TiN толщиной 3 мкм.

Для определения общей зависимости шероховатости от скорости резания был проведен однофакторный эксперимент. В ходе опытов были получены результаты, которые показывают, что зависимость имеет два экстремальных значения при скорости резания V=50 и V=70 м/мин (рис. 1).

i kY_________________________________________________________

2.4

2.2"

г-

1.8'

0.8-

0.G-

0.4'

0.2'

Рис. 1. График зависимости шероховатости обрабатываемой поверхности от скорости резания

при однофакторном эксперименте

Анализ результатов показал, что в диапазоне скоростей резания от 30 до 50 м/мин идет интенсивное наростообразование, поэтому чистота поверхности ухудшается. При скоростях от 50 до 70 м/мин идет разупрочнение нароста и, как следствие, улучшение качества поверхности. Свыше 75 м/мин идет постепенное увеличение шероховатости поверхности.

Для дальнейшего подробного изучения были выбраны два участка, со скоростями резания от 70 до 170 м/мин и от 50 до 70 м/мин. Экспериментальные исследования включали проведение нескольких серий экспериментов по формуле ПФЭ23. Исходя из этих данных, были получены две математические модели для черновой (1) и чистовой (2) обработки. Режимы обработки приведены в таблице.

Вид обработки Скорость резания V, м/мин Продольная подача S, мм/об. Глубина резания t, мм

мин. макс. мин. макс. мин. макс.

чистовая 70 170 0,04 0,17 0,15 1,2

черновая 50 70 0,17 0,55 1,2 5,5

(1)

i?a=_-_- ,._с.с*5 х G:.:a:-c.ar.= v ,2.

В ходе проведения эксперимента, шероховатость обработанной поверхности образца первоначально определялась на двойном микроскопе МИС-11, после чего, образец был измерен на портативном измерителе шероховатости Time TR 220. Затем на универсальном профилометре-профилографе модели 201 снята профилограмма поверхности образца (рис. 2). На рис. 3, 4 показаны графические зависимости влияния шероховатости от глубины резания и подачи при черновом и чистовом точении.

Рис. 2. Профилограмма поверхности образца

Рис. 3. Зависимость шероховатости от глубины резания (а) и подачи (б) при чистовом точении

Rz 30

25

20

15

10

5

25

20

15

10

5

2 3 4 5 0.2 0.3 0.4 0.5

(а) г- м м мм/об.

Рис. 4. Зависимость шероховатости от глубины резания (а) и подачи (б) при черновом точении

Данные зависимости показали, что подача оказывает наибольшее влияние на получаемую поверхность. Имеет монотонную возрастающую зависимость. При чистовой обработке повышение подачи ограничивается шероховатостью обработанной поверхности. Оптимальная скорость резания достигается в пределах У=70-90 м/мин. При скорости свыше 90 м/мин скорость резания влияет на высоту микронеровностей незначительно. Увеличение глубины резания более целесообразно, нежели подачи. Глубина резания при чистовой обработке оказывает слабое влияние на изменении высоты микронеровности. При черновой обработке с глубинами более 1,2 мм влияние возрастает. При чистовом точении для достижения наименьшей высоты неровности целесообразно производить обработку при 1 =0.5-1 мм.

Экспериментальное изучение износа происходило при режимах, приведенных в таблице. Исследования показали, что износ пластин происходит как по задней, так и по передней (рис. 5) поверхности инструмента. Изнашивание сопровождается образованием нароста (рис. 6).

Рис. 6. Фото износа задней поверхности черновых пластин. (ТОТ)

Обработка результатов измерения производилась по методике приведенной выше. Были получены 2 зависимости при черновой и (1) чистовой (2) обработке:

На - 1,99526 X 1015 X Г-8,99 X *:~9'716 X 515-02 X С6'86^у х 5“7'991^ X (1)

£2.2161

На = 217270 X у-3067 X Г8,07 Х50165 X 1-3-6471°в*’ Х5<К4441°В* (2)

На рис. 7, 8 показаны графические зависимости износа инструмента от режимов резания.

Рис. 7. Зависимость износа инструмента от скорости резания, глубины и подачи при черновой обработке

Рис. 8. Зависимость износа инструмента от скорости резания, глубины и подачи при чистовой обработке

Полученные зависимости показали, что увеличение скорости резания положительно влияет на износ поверхности инструмента, как при чистовых, так и при черновых операциях. При увеличении глубины резания и подачи износ режущего инструмента увеличивается. Наибольшее влияние на износ инструмента при обработке прецизионных материалов в диапазоне скоростей оказывает подача. Износ инструмента зависит от конфигурации пластины и радиуса режущего клина. При увеличении радиуса износ происходит медленнее.

На основании проведенных многофакторных экспериментов получены зависимости износа инструмента и получаемой шероховатости от режимов резания, которые позволяют рассчитать оптимальные режимы обработки при черновых и чистовых операциях для прецизионного сплава 36НХТЮ. Также полученные модели позволяют прогнозировать процесс изнашивания инструмента в зависимости от свойств обрабатываемого материала и параметров резания, что позволяет сократить материальные затраты на используемый инструмент в 1,5-2 раза.

ЛИТЕРАТУРА

1. Григорьев С.Н. Метод повышения стойкости режущего инструмента / С.Н. Григорьев. М.: Машиностроение, 2009. 368 с.

2. Бобров В.С. Основы теории резания металлов / В.С. Бобров. М.: Машиностроение, 1975. 344

с.

3. Туманов А.Т. Справочник по авиационным материалам / А.Т. Туманов. М.: Машиностроение, Т. 1. 1986. 512 с.

Маношин Дмитрий Валерьевич-

аспирант кафедры «Технологии и оборудование электрохимических и электрофизических методов обработки материалов» Энгельсского технологического института (филиала)

Саратовского государственного технического университета

Насад Татьяна Геннадьевна -

доктор технических наук, профессор, заведующая кафедрой «Технологии и оборудование электрохимических и электрофизических методов обработки материалов» Энгельсского технологического института (филиала)

Саратовского государственного технического университета

Статья поступила в редакцию 30.05.2011, принята к опубликованию 24.06.2011

Dmitriy V. Manoshin -

post-graduate student of «Technologies and equipment for electrochemical and electrophysical methods of material processing» of Engels Technological Institute (branch) Saratov State Technical University

Tatyana G. Nasad -

Doctor of Technical Science, Professor,

Head of the Department «Technologies and equipment for electrochemical and electrophysical methods of material processing» of Engels Technological Institute (branch) Saratov State Technical University