CC BY
36
УДК 621.941.025.7
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ НОВЫХ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ ТВЕРДОСПЛАВНЫХ ПЛАСТИН
ПРИ ТОЧЕНИИ
В.В. Иванов, А. А. Пряжникова
Приведены результаты лабораторных экспериментов по оценке режущих свойств сменной многогранной пластины формы CNMG120408-SF4 из сплава RS20C-3.0 производства ООО «РИТС ГРУПП». Установлено, что при токарной обработке нержавеющей стали ЭИ654 на повышенных скоростях резания испытуемая пластина по износостойкости имеет превосходство над аналоговой СМП формы CNMG120408-GS из сплава РС5300 (KORLOY).
Ключевые слова: твердосплавная сменная многогранная пластина, передняя поверхность, задняя поверхность, износостойкость, твердый сплав.
На Международной выставке «Металлообработка-2016» ООО «РИТС ГРУПП» (ранее известное как «Компания РИТС») экспонировала некоторые формы сменных многогранных пластин (далее - СМП) из новых марок твердых сплавов [1]. Среди них представлены СМП формы CNMG120408-SF4 из сплава RS20C-3.0 c областью применения по ISO -S20, т.е. для обработки жаропрочных сталей и титановых сплавов.
В своей деятельности по продвижению новых отечественных СМП на российском рынке ООО «РИТС ГРУПП» сотрудничает с АО «КЗТС» (г. Кировоград) [2] и ООО «ВИРИАЛ» (г. С-Петербург) [3], которые являются основными производителями современных твердосплавных СМП в РФ.
Следует подчеркнуть, что и ООО «ВИРИАЛ», и ООО «РИТС ГРУПП» разрабатывают твердосплавные СМП на основе отечественных достижений в данной области. В Тульском государственном университете и на предприятиях г. Тулы также было проведено много работ по совершенствованию процессов резания твердосплавными инструментами [4 - 17].
В Костромском государственном технологическом университете в результате компьютерного моделирования с помощью программы Prognos Chip разработана форма передней поверхности СМП, предназначенная для получистовой токарной обработки заготовок из жаропрочных сталей [18].
Данная геометрия (табл. 1) применяется в номенклатуре некоторых СМП производства ООО «ВИРИАЛ» для получистового точения жаропрочных сталей и титановых сплавов.
В связи с этим у производственников всегда вызывают интерес эксплуатационные возможности нового отечественного инстру-мента в сравнении с зарубежными аналогами.
Перед проведением производственных испытаний целесообразно провести их апробацию в лабораторных условиях.
Таблица 1
Некоторые СМП для точения жаропрочных сталей [3]
Тип
Марка сплава
Режимы обработки
Применение
CNMG 120412E-UM
VH71 /VH7122 VH70 /VH7022 VH59 /VH5922 VH35 /VH3512 Покрытие CVD
V=150-250 м/мин 5=0,1-0,25 мм/об
Черновая, получистовая токарная обработка конструкционных, легированных и нержавеющих сталей (Р10-Р20, М05-М20)
VHS10 / VHS1012 VHS06 / VHS0612
V=150-250 м/мин 5=0,1-0,25 мм/об
CNMG 120408E-SM
Получистовая обработка жаропрочных и титановых сплавов (S05-S20)
VHS10 / VHS1012 VHS06 / VHS0612
V=25 - 80 м/мин 5=0,1 - 0,25 мм/об
CNMG 120408E-SF
Чистовая, получистовая обработка жаропрочных и титановых сплавов (805-820)
В данном случае в качестве обрабатываемого материала была принята сталь марки ЭИ654 (15Х18Н12С4ТЮ). Согласно литературным данным [19] она относится к коррозионно-стойким сталям аустенитно-ферритного класса и входит в IV группу труднообрабатываемых материалов. В качестве зарубежного аналога инструмента были использованы СМП форм CNMG120408-НА и CNMG120408-GS из твердого сплава РС5300 с износостойким покрытием типа PVD (KORLOY). Этот сплав является универсальной маркой с областью применения P, M, S по классификации ISO [20].
Испытания проведены на токарно-винторезном станке мод. 1К625 при наружном продольном точении ступенчатой заготовки с наибольшим диаметром D=55 мм и длиной L=550 мм. Испытуемые СМП закрепляли в резцовую державку DCLNR 2525M 12. С учетом ограниченного диаметра заготовки глубина резания t была принята равной 0,5 мм, что не превышает величину радиуса при вершине СМП, равную 0,8 мм. Поэтому в процессе резания следует ожидать образование неудовлетворительной формы стружки в виде непрерывной спирали.
Однако основная цель данных испытаний заключается в выявлении износостойкости нового сплава в сравнении с принятым зарубежным аналогом. В связи с этим оптимальность формы стружки не принималась во внимание. Тем не менее, образцы стружки собирали для проведения анализа износостойкости передней поверхности. Величины подачи £ выбирали из диапазона 0,2...0,3 мм/об, который соответствует как чистовой, так и получистовой обработке. В ходе экспериментов проходы сравниваемых СМП чередовали, что позволило нивелировать влияние уменьшения скорости резания и длины пути резания, вызванное уменьшением диаметра заготовки после каждого прохода, на результаты эксперимента. В процессе испытаний было проведено три эксперимента.
Эксперимент №1. Этот эксперимент проведен с частотой вращения шпинделя 1000 мин-1 и подачей 0,23 мм/об без применения СОЖ (последующие эксперименты проведены также без применения СОЖ). Сравнению были подвергнуты СМП формы СКМ0120408-8Б4 и СКМ0120408-08 (стоимость данной СМП составляет 5,75€). Условия и результаты эксперимента приведены в табл. 2.
Таблица 2
Условия и результаты эксперимента № 1
Форма СМП (Изготовитель) Марка сплава Номер прохода Диаметр заготовки Д мм Скорость резания V, м/мин Путь резания Ь, м Время прохода т, мин Примечание
СКМ01204 08-08 (Ю. Корея) РС530 0 1 2 55 53 172 166 Уср=169 204 232 1,18 1,40 1общ 2 , 58 мин Ьобщ 4 38 м
СЫМ01204 08^4 (Россия) Я820 С-3.0 1 2 54 52 169 163 Уср=166 201 228 1,18 1,40 1общ 2 , 58 мин Ьобщ 4 29 м
1общ - общее время работы; Ьобщ - общий путь резания
Как и предполагалось, в начальный период работы на первом проходе образуется непрерывная стружка в виде винтовой спирали. Различный диаметр витка и шаг спирали обусловлены различными геометрическими параметрами стружкозавивающих элементов, несмотря на их внеш-
51
нее сходство. На втором проходе форма стружки меняется, и к концу она приобретает форму коротких спиралей. Это объясняется изнашиванием передней поверхности, фотография которой представлена на рис. 1.
Из этого рисунка видно, что сходящая стружка при данных режимах резания не контактирует со стружкозавивающими уступами на передней поверхности СМП (не видно следов контакта). Также можно заключить, что по износостойкости передней поверхности отечественная СМП нисколько не уступает зарубежному аналогу и значительно его превосходит по износостойкости задней поверхности (рис. 2).
Рис. 1. Передняя поверхность сравниваемых СМП после проведения испытаний: слева - СММ0120408-8Г4; справа - СЫМ0120408-08
Рис. 2. Вид вершин СМП со стороны вспомогательной задней поверхности после проведения испытаний: слева - СЫМ0120408-8Г4; справа - СЫМ0120408-08
Эксперимент №2. Необходимость проведения второго эксперимента обусловлена следующим. В предыдущем случае при назначении скорости резания К(~170 м/мин) ориентировались на рекомендации фирмы КОЯЬОУ для сплава РС5300 при обработке нержавеющих сталей [4]. Однако известно [3], что обрабатываемость стали ЭИ654 (15Х18Н12С4ТЮ) хуже, чем нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т, часто принимаемой за эталон при назначении режимов резания для данного класса материалов.
Поэтому второй эксперимент был проведен при частоте вращения шпинделя 630 об/мин. При этом подача была увеличена до 0,26 мм/об в целях получения приемлемой формы стружки, начиная уже с первого прохода. Условия и результаты эксперимента приведены в табл. 3.
Как видно из полученных результатов, увеличение подачи не привело к существенному изменению характера стружки на первом проходе, для сравниваемых СМП. На последующих проходах начинает формироваться стружка в виде коротких спиралей, что свидетельствует о возникновении лунки износа на передней поверхности.
52
Таблица 3
Условия и результаты эксперимента № 2
Форма СМП (Изготовитель) Марка сплава Номер прохода Диаметр заготовки Д мм Скорость резания V, м/мин Путь резания Ь, м Время прохода т, мин Приме -чание
СКМв1204 08^4 (Россия) Я820 С-3.0 1 2 3 51 49 47 100 97 93 Vcp=97 198 190 182 1,96 1,96 1,96 1общ 5 , 88 мин Ьобщ 5 88 м
СКМв1204 08-в8 (Ю. Корея) РС 5300 1 2 50 48 99 95 Vcp=97 194 186 1,96 1,96 1общ 3 , 92 мин Ьобщ 3 80 м
1общ - общее время работы; Ьобщ - общий путь резания
Несмотря на меньшее время работы и пройденный путь резания на передней поверхности СМП формы СКМ0120408-в8 из сплава РС5300 лунка износа более явно выражена, чем на отечественной СМП (рис. 3).
Для СМП из нового российского сплава в этом опыте также характерна меньшая интенсивность изнашивания по задней поверхности (рис. 4).
Рис. 3. Передняя поверхность сравниваемых СМП после проведения испытаний: слева - СММв120408-8Е4; справа - СММС120408-СЗ
Рис. 4. Вид вершин СМП со стороны вспомогательной задней поверхности после проведения испытаний: вверху - СИМС120408-ЗГ4; внизу - СИМС120408-СЗ
Можно констатировать, что уменьшение скорости резания привело к снижению температуры резания и некоторому повышению стойкости инструментов.
Однако геометрия, заложенная в форме передней поверхности сравниваемых СМП, не оптимальна для чистового точения, в условиях которого были проведены эксперименты.
Эксперимент №3. Более предпочтительной для чистового точения нержавеющих сталей является геометрия «НА».
Согласно данным каталога [20], для геометрии «НА» характерны большие значения положительных передних углов, чем для геометрии «08». Следовательно, при работе СМП с такой геометрией температура резания будет ниже, что повышает стойкость инструмента.
Поэтому в эксперименте №3 оценивали износостойкость СМП формы СММШ20408-НА из сплава РС5300 при тех же режимах, что и в эксперименте №2. Условия и результаты эксперимента приведены в табл. 4.
Таблица 4
Условия и результаты эксперимента №3
Форма СМП (Изготовитель) Марка сплава Номер прохода Диаметр заготовки Д мм Скорость резания V, м/мин Путь резания Ь, м Время прохода т, мин Примечание
СКМ012040 8-НА (Ю. Корея) РС 5300 1 2 3 46 45 44 91 89 87 УсР=89 179 175 171 1,96 1,96 1,96 1-общ 5 88 мин. Ьобщ 5 25 м.
^общ - общее время работы; Ьобщ - общий путь резания
При точении в данных условиях стабильного дробления стружки не наблюдается. Стружка дробится только на первом проходе. На 2-м и 3-м проходах образуется непрерывная спираль, диаметр которой уменьшается по мере увеличения времени работы резца, что обусловлено изнашиванием передней поверхности.
Образовавшаяся лунка износа на передней поверхности представлена на рис. 5. При этом она имеет меньшие размеры, чем лунка на СМП с геометрией «08», образовавшейся в условиях эксперимента №2 (см. рис. 3). Это является следствием оптимальности геометрии «НА».
Тем не менее, в сравнении с износостойкостью задней поверхности СМП из сплава Я820С-3.0 сплав РС5300 уступает ему (рис. 6).
54
Рис. 5. Передняя поверхность Рис. 6. Сравнение износа вершины СМП формы CNMG120408-НА СМП CNMG120408-НА (слева) после эксперимента с износом вершины СМП формы
CNMG120408- SF4 (справа)
Выводы:
1. В результате проведенных лабораторных испытаний установлено, что при токарной обработке нержавеющей стали ЭИ654 (15Х18Н12С4ТЮ) на повышенных скоростях резания СМП формы СКМв120408-8Р4 из твердого сплава марки Я820С-3.0 по износостойкости имеют превосходство над СМП формы СКМ0120408-в8 из сплава РС5300 (КОЯЮУ).
2. При внедрении в производство СМП формы СКМв120408-8Р4 из твердого сплава марки Я820С-3.0 необходимо ориентироваться на диапазоны ^ и 5, обеспечивающие образование приемлемой формы стружки.
3. Считать целесообразным дальнейшее проведение работ по оценке эксплуатационных возможностей новых марок твердых сплавов российского производства и их внедрению на машиностроительных предприятиях РФ.
Список литературы
1. ООО «РИТС ГРУПП» [Электронный ресурс]. URL: http://www.ito-news.ru/archive/2016/1605itoN18rits-21A01 .pdf. (дата обращения: 20.02.2017).
2. ОАО «Кировградский завод твердых сплавов». [Электронный ресурс]. URL: http://www.kzts.ru. (дата обращения: 20.02.2017).
3. ООО «Вириал» [Электронный ресурс]. URL: http://www.virial.ru. (дата обращения: 20.02.2017).
4. Иванов В.В., Сорокин Е.В. Токарная обработка заготовок под операции ротационной вытяжки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2016. Вып. 8. Ч. С. 207 - 215.
55
5. Чуприков А.О., Ямников А.С. Определение напряжений в резь-борежущей пластине численным моделированием в среде Solidworks // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2016. Вып. 8. Ч. 1. С. 166 - 173.
6. Пат. на изобретение 2468897 РФ, МПК B23G1/04, МПК B23G5/02. Способ нарезания резьбы и резьбовой резец. / А.О. Чуприков, В.В. Иванов. Опубл. 10.12.2012. Бюл. № 34.
7. Пат. на полезную модель 135280 РФ, МПК8 В23В 27/00. Режущая пластина / В.В. Иванов, А. А. Пряжникова, А.С. Сметанин, О.И. Борискин. Опубл. 10.12.13. Бюл. № 34.
8. Пат на изобретение RU 2 595 158 C2 МПК, B23B 27/16 (2006.01), B23F 21/12 (2006.01). Режущая сменная многогранная пластина из керамики / В.М. Грязев, Е.Ю. Кузнецов, А.О. Чуприков, А.С. Ямников, А.И. Харьков. Опубл.: 20.08.2016. Бюл. № 23.
9. Ямников А.С., Чуприков А.О., Харьков А.И. Утолщение стружки при точении высокопрочных сталей // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2016. Вып. 8. Ч. 1. С. 194 - 202.
10. Ямников А.С., Чуприков А.О., Харьков А.И. Повышение производительности точения резьбы резцами с керамическими пластинками // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Сер. «Машиностроение». 2014. Т. 14. № 4. С. 37-45.
11. Ямников А.С., Чуприков А.О., Харьков А.И. Повышение ресурса инструмента при нарезании усиленной упорной резьбы на заготовках из высокопрочных материалов // СТИН. 2015. №6. С. 17 - 21.
12 Yamnikov A.S. and Chuprikov A.O. Chucks for Thin - Walled Blanks // Russian Engineering Research. Vol. 35 No. 11 2015. Р. 838 - 840.
13. Чуприков А.О., Иванов В.В., Ямников А.С. Обеспечение точности изготовления резьбовых полузамков на тонкостенных сварных корпусах: монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2014. 137 с.
14. Ivanov V.V., Pryazhnikova A.A. Influence of the Vertex Angle of Multifaceted Hard-Alloy Plates on the Speed in Turning // Russian Engineering Research. 2013. Vol. 33. № 1. Р. 46 - 47.
15. Иванов В.В., Пряжникова А. А. Учет влияния угла при вершине твердосплавных сменных многогранных пластин на скорость резания при точении // СТИН. 2012. № 6. С. 19 - 20.
16. Ivanov V.V., Tolkachev K.A. Selecting a Hard Alloy for Machining Gray Iron // Russian Engineering Research. 2010. Vol. 30. № 5. P. 510 - 512.
17. Ivanov V.V., Belogorlov S.V. Cutting narrow annular channels // Russian Engineering Research. 2010. Vol. 30. № 7. P. 731 - 733.
18. Михайлов С.В., Михайлов А.С., Глумин М.Ю. Проектирование сменных многогранных пластин для токарной обработки жаропрочных и титановых сплавов // Аэрокосмическая техника, высокие технологии и ин-
новации: материалы XVI Всероссийской научно-технической конференции «АКТТИ-2015». Т. 1. / Пермский национальный исследовательский политехнический университет. Пермь, 2015. С. 55 - 59.
19. Режимы резания труднообрабатываемых материалов: справочник / Я.Л. Гуревич, М.В. Горохов, В.И. Захаров [и др.]. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1986. 240 с.
20. Металлорежущий инструмент KORLOY. Каталог 2016 - 2017. [Электронный ресурс] URL: http://korloy.com/newkorloy/eng/file/2016/kct_ 2016 2017 m Ru/2016 2017 Korloy Cutting Tools(RU).pdf (дата обращения: 20.02.2017).
Иванов Валерий Васильевич, д-р техн. наук, проф., зам. начальника КБ4, [email protected], Россия, Тула, НПО «БАЗАЛЬТ»,
Пряжникова Анастасия Анатольевна, канд. техн. наук, инженер-конструктор, [email protected], Россия, Тула, Тулаточмаш
OPERATIONAL CAPABILITIES OF NEW DOMESTIC CARBIDE INSERTS IN TURNING
V. V. Ivanov, A.A. Pryazhnikova
The results of laboratory experiments to assess the re-cementitious properties of the indexable insert shapes from RS20C-3.0 alloy CNMG120408-SF4 produced by "RITS GROUP". It was found that for turning stainless steel EI654 at higher cutting speeds under test plate wear resistance is superior to analog indexable plate form CNMG120408-GS alloy RS5300 (KORLOY).
Key words: indexable insert, rake face, posterior surface, tool wear resistance, cemented carbide.
Ivanov Valeriy Vasil'evich, doctor of technical sciences, professor, deputy head of the design office №4, valery. ivanov1949@mail. ru, Russia, Tula, Scientific and Production Association "BAZALT",
Pryazhnikova Anastasia Anatol 'evna, candidate of technical sciences, design engineer, [email protected], Russia, Tula, Tulatochmash
