Экспериментальные исследования зависимости шероховатости и величины усадки стружки от режимов обработки для прецизионного сплава 36НХТЮ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.91.01

Д.В. Маношин, Т.Г. Насад

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАВИСИМОСТИ ШЕРОХОВАТОСТИ И ВЕЛИЧИНЫ УСАДКИ СТРУЖКИ ОТ РЕЖИМОВ ОБРАБОТКИ ДЛЯ ПРЕЦИЗИОННОГО

СПЛАВА 36НХТЮ

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

Прецизионный сплав, качество поверхности, усадка стружки

D.V. Manoshin, T.G. Nasad

EXPERIMENTAL STUDY OF THE ROUGHNESS DEPENDENCE AND CHIP SHRINKAGE ON THE TREATMENT REGIME FOR PRECISION 36НХТЮ ALLOYS

Experimental data for processing the precision 36НХТЮ alloy are given. The derived dependence is based on the obtained surface roughness of the cutting for the given alloy.

Precision alloy, quality of surface

Развитие и совершенствование потребляющих отраслей промышленности приводит к усложнению и повышению требований, предъявляемых к деталям. Разрабатываются новые специальные стали и сплавы, обладающие специфическими физико-механическими свойствами. Но несмотря на более чем 40-летний опыт изготовления изделий из труднообрабатываемых материалов, машиностроительные заводы до сих пор испытывают значительные трудности при их обработке [3]. К таким материалам относится сплав 36НХТЮ. Особое внимание при обработке деталей из данного сплава уделяется точности и высокому качеству поверхности, что сложно достичь при механической обработке из-за повышенной пластичности и низкой теплопроводности. Эти факторы способствуют быстрому износу режущего инструмента, а это, в свою очередь, изменяет силы резания, шероховатость, температуру резания, что отрицательно сказывается на чистоте поверхности и точности деталей.

К одному из основных технологических мероприятий, повышающих долговечность и надежность деталей машин, относятся выбор и назначение условий резания, обеспечивающих изготовление деталей заданной точности и стабильности как по размерам, так и по физико-механическим свойствам. Поэтому разработка рациональных режимов резания и оптимальных конструкций инструмента для различных операций механической обработки из труднообрабатываемых сталей и сплавов является весьма актуальной задачей.

Поставленная задача заключалась в совершенствовании обработки труднообрабатываемых материалов на примере 36НХТЮ в области повышения качества обработанной поверхности, точности деталей за счет использования оптимальных режимов обработки.

Для достижения этой цели в работе сформулированы и решаются следующие основные задачи:

— экспериментальным методом определить зависимость шероховатости от режимов обработки для черновых и чистовых операций;

— исследовать процесс стружкообразования для сплава 36НХТЮ для обоснования формирования качества поверхности.

Для этого была проведена серия экспериментов, которая проводилась на токарноревольверном центре с ЧПУ SL-20HE (рис. 1). В качестве экспериментального материала был использован прецизионный сплав 36НХТЮ. Спектральный анализ на приборе «NITON XLt» (рис. 2) представленного образца показал следующий химический состав: Ni 35,63; Fe 46,17; Mn 1,07; Cn 12,87; Ti 3,61, что соответствует марке материала 36НХТЮ [3].

Рис. 1. Токарно-револьверный центр с ЧПУ Модель SL-20HE, производство фирмы HAAS AUTOMATION Inc. 136

Рис. 2. Прибор «NITON XLt»

Для получения нужных свойств заготовка подвергалась термической обработке по технологическому процессу закалки заготовок и полос для чувствительных элементов деталей из сплавов 36НХТЮ; 36НХТЮ-Ш; 36НХТЮ5М; 37НКВТЮ-ВИ. Замеры твердости образца показали 6HRc. В качестве режущего инструмента использовались твердосплавные пластины для обработки жаропрочных сплавов. Материал пластины был определен по спектральному анализу, который показал: WC 90.68±0.87; Со 5,71±0,29; Cu 0.53±0.15; Cr 0.64+0.29; Ti 1.2+0.57. Для увеличения стойкости на пластину было нанесено покрытие TiN толщиной 3 мкм.

Для определения общей зависимости шероховатости от скорости резания был проведен однофакторный эксперимент.

Опыты проходили при следующих режимах:

Скорость резания от 10 до 170 м/мин.

Подача 0,17 мм/об.

Глубина резания 1,2 мм на сторону.

Эксперименты показали, что имеются два экстремальных значения при V=50 и V=70 (рис. 3).

2.4

гг

1,4

и

1

т

аВ'

а*'

■

■ \ \ - L- __^i

V*

Рис. 3. График зависимости шероховатости обрабатываемой поверхности от скорости резания

при однофакторном эксперименте

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

(1)

(2)

Таблица 1

Режимы резания при чистовой обработке сплава 36НХТЮ

Скорость резания V 70 м/мин 170 м/мин

Продольная подача S 0,04 мм/об. 0,17 мм/об.

Глубина резания t 0,15 мм 1,2 мм

Таблица 2

Режимы резания при чистовой обработке сплава 36НХТЮ

Скорость резания V 50 м/мин 70 м/мин

Продольная подача S 0,17 мм/об. 0,55 мм/об.

Глубина резания t 1,2 мм 5,5 мм

Данные зависимости показали, что наибольшее негативное влияние на формирование микронеровностей поверхности при чистовых операциях оказывает подача. Данная зависимость монотонна как при чистовых, так и при черновых операциях (рис. 4). Глубина резания, наоборот, имеет экстремальный характер: при увеличении в пределах от 0,04 до 1 мм/об. высота микронеровностей поверхности уменьшается. При работе с большими глубинами резания свыше 1.2 мм/об. высота микронеровностей увеличивается рис. 5.

Ка, мкм __________________ К*,_________________________

Рис. 4. Зависимость шероховатости от подачи: а - при чистовом точении У= 70 1= 1,2; б - при черновом точении У= 70 1= 1,2

Рис. 5. Зависимость шероховатости от глубины резания: а - при чистовом точении V= 70 s= 0,17;

б - при черновом точении V= 70 s= 0,17

В ходе проведения эксперимента шероховатость обработанной поверхности образца первоначально определялась на двойном микроскопе МИС-11, после чего образцы были измерены на портативном измерителе шероховатости Time TR 220. Погрешность измерения прибора в пределах 5%. Далее на универсальном профилометре-профилографе были сняты профилограммы поверхности образцов (рис. 6, 7).

-у^'гГ- N и 31 - в*! к, £ Г :■. М

Рис. 6. Профилограмма точеной поверхности (при У=70 ; 1=0,15 ; Б=0,04) Яа=0,393...0,456

_ _

J %

— 3 п У' С | ,

Й Л 1^} 5 И 1 5 г Щ - Я?" * 'V г

т %

ИМ "!г1 йГг Ч!

□ н □ Г □

Рис. 7. Профилограмма точеной поверхности (при У=170 ; 1=0,15 ; Б=0,04) Яа=0,478...0,736

Исследование процесса резания невозможно без исследования коэффициента усадки стружки, поскольку он показывает существо самого процесса резания, его физику. Определение Ка производилось экспериментально, так как отсутствуют надежные теоретические зависимости для определения коэффициента усадки в зависимости от режимов обработки. Величина коэффициента усадки стружки зависит от свойств обрабатываемого материала, геометрии инструмента и режимов резания [2].

Для определения величины усадки использовался весовой метод (3). В качестве обрабатываемого материала применялся сплав 36НХТЮ.

-------, (3)

где в - масса стружки, мг; 8 - подача, мм/об.; р - плотность обрабатываемого материала; 1 - глубина резания, мм.

Результаты опытов представлены на рис. 8.

Рис. 8. Зависимость коэффициента усадки стружки от скорости резания при обработке сплава 36НХТЮ

Данные результаты показывают, что в пределах скорости резания от 10 до 70 м/мин происходит уменьшение коэффициента усадки стружки, а при скоростях резания свыше 70 м/мин до 170 м/мин изменения практически не происходит, поэтому для дальнейшего исследования был выбран участок 50-70 м/мин. Режимы резания использовались по табл. 2. Из опытов была получена математическая модель, показывающая зависимость коэффициента усадки стружки от режимов обработки (4). В ходе исследований было определено, что основным фактором, влияющим на рост усадки стружки, является степень изношенности режущего инструмента.

(4)

139

На основании проведенных многофакторных экспериментов получены зависимости шероховатости от режимов резания, которые позволяют рассчитать оптимальные режимы при черновой и чистовой обработке прецизионных материалов. Данные модели позволяют получить заданную шероховатость поверхности при максимальной производительности процесса.

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, 1986. Т. 1. 512 с.

Маношин Дмитрий Валерьевич -

аспирант кафедры «Технология электрофизических и электрохимических методов обработки» Энгельсского технологического института (филиала) Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.

Насад Татьяна Геннадьевна -

доктор технических наук, профессор, заведующая кафедрой «Технология электрофизических и электрохимических методов обработки» Энгельсского технологического института (филиала) Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.

Dmitriy V. Manoshin -

Postgraduate

Department of Electro-chemical

and Electro-physical Processing

Methods Technology

Engels Institute of Technology

(Part) Gagarin Saratov State Technical University

Tatiyana G. Nasad -

Dr.Sc., Professor

Head: Department of Electro-chemical

and Electro-physical Processing

Methods Technology

Engels Institute of Technology

(Part) Gagarin Saratov State Technical University

Статья поступила в редакцию 15.08.12, принята к опубликованию 06.11.12