Исследование повышения стойкости монолитных твердосплавных концевых фрез производства АО «ИСС» с износостойким покрытием Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.9.02

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЫШЕНИЯ СТОЙКОСТИ МОНОЛИТНЫХ ТВЕРДОСПЛАВНЫХ КОНЦЕВЫХ ФРЕЗ ПРОИЗВОДСТВА АО «ИСС» С ИЗНОСОСТОЙКИМ ПОКРЫТИЕМ

М. А. Гордовенко, М. М. Михнёв

АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52 E-mail: gordovenko@iss-reshetnev.ru

Приведены результаты исследования влияния износостойкого покрытия TiAlN и AlCrN на повышение стойкости при фрезеровании углеродистой конструкционной стали 45 монолитными твердосплавными концевыми фрезами производства АО «ИСС».

Ключевые слова: концевые фрезы, износостойкое покрытие, режимы резания, стойкость, фаска износа по задней поверхности.

RESEARCH OF INCREASING TOOL LIFE OF THE SOLID CARBIDE END MILLS WITH WEAR-RESISTANCE COATING MANUFACTURED BY JSC "ISS"

M. А. Gordovenko, М. М. Mihnev

JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: gordovenko@iss-reshetnev.ru

The article presents the results of studying the wear-resistance coating TiAlN и AlCrN effect on the increase of tool life when milling structural grade steel 45 by solid carbide end mills manufactured by JSC "ISS".

Keywords: end mill, wear-resistance coating, cutting conditions, tool life, flank wear land.

В целях достижения высокого уровня производительности механообрабатывающего оборудования с ЧПУ, внедренного на АО «ИСС», требуется значительная интенсификация режимов резания при изготовлении штатных деталей космического аппарата, следовательно, необходимо использовать режущий инструмент с повышенной износостойкостью, с оптимальными (рациональными) режимами резания по критерию максимальной производительности для конкретной технологической системы с учётом экономически приемлемой стойкости инструмента.

В настоящее время основными эффективными методами повышения стойкости режущего инструмента и интенсификации режимов резания во всем мире является нанесение наноградиентных многослойных износостойких покрытий методом химического осаждения (CVD) и физического осаждения (PVD).

Специалистами АО «ИСС» совместно с АО «Вот-кинский завод» (г. Воткинск, Удмуртская республика) проведены работы, по нанесению на режущие кромки монолитных твердосплавных четырех зубых концевых фрез диаметром 16 мм производства АО «ИСС» многослойного покрытия TiAlN и AlCrN методом PVD на установках фирмы Oerlikon Balzers (Швейцария). Стоимость покрытия на одну фрезу без учёта транспортных расходов составляет 100 рублей (по ценам 2015 года).

Концевые фрезы изготовлены на шлифовально-заточном станке с ЧПУ модели ANCA RX7 из импортного твердого сплава марки YL10.2 фирмы ZCC-CT

(Китай). Отечественный твердый сплав ВК10-ОМ по содержанию зерен карбида вольфрама (WC), кобальта (Со) в сплаве и размеру зерна WC является наиболее близким аналогом к твердому сплаву YL10.2. Однако сплав ВК10-ОМ уступает сплаву YL10.2 по твердости, пределу прочности при поперечном изгибе, размеру зерна WC, что может свидетельствовать о его более низких эксплуатационных характеристиках, например износостойкости.

Сравнительные исследования стойкости фрез проведены на вертикально-фрезерном станке с ЧПУ модели VHF-360TI, фирмы «ABENE» (максимальные обороты шпинделя 3000 об/мин; выходная мощность S1 = 7,5 кВт).

Фрезерование проводилось с применением СОЖ -Quaker Cool 7360 BFF. Крепление фрез осуществлялось в патроне SK40 типа WELDON. Режимы резания: глубина резания 8 мм, ширина резания 1 мм, скорость резания 130 мм/мин, подача на зуб 0,09 мм/зуб, обороты шпинделя 2586 об/мин, минутная подача 931 мм/мин.

Для испытаний фрез использовались технологические образцы, изготовленные из углеродистой конструкционной стали марки Ст. 45 ГОСТ 1577-88. Предел прочности при растяжении св = 590 МПа. Твердость НВ = 229. Группа обрабатываемости материала Р по ИСО 513.

Критерием сравнения фрез после испытаний, является величина фаски износа по задней поверхности зубьев (h3) на цилиндрической части фрез.

Решетневские чтения. 2017

Рис. 1. Фаска износа по задней поверхности фрезы без покрытия после 33 минут работы (слева) и с покрытием после 180 минут работы (справа)

Рис. 2. График износа фрез 107-2220-4345-01 (016 мм) по задней поверхности зуба в зависимости от времени работы

В соответствии с п. 3.2.9 ГОСТ 32405-2013 «Фрезы концевые твердосплавные.

Технические условия» допустимое значение износа по задней поверхности зубьев фрезы должно быть не более 0,35 мм, для фрез диаметром свыше 10 до 16 мм включительно.

Для измерения фаски износа h3 фрез, после испытаний использовался измерительный комплекс ZOLLER genius 3S.

На рис. 1 приведены фотографии фаски износа по задней поверхности фрезы без покрытия (слева) и с покрытием (справа).

На основании замера фаски износа построен график износа испытанных фрез по максимальному значению величины фаски износа h3 по задней поверхности зуба в зависимости от времени работы фрез (см. рис. 2).

Из анализа полученных результатов, следует, что стойкость фрез с износостойким покрытием в 6 раз больше стойкости фрез без покрытия.

Для расчета экономической эффективности режущего инструмента с покрытием в качестве критерия оценки выбрана стоимость удаления 1 см3 стружки с технологического образца. Расчёты показывают, что расходы на механическую обработку при использовании фрез с износостойким покрытием уменьшены 3,6 раза при увеличении стойкости фрез приблизительно в 6 раз.

Следует отметить, что нанесение износостойкого покрытия на режущий инструмент позволяет увеличить производительность фрезерования, за счет интенсификации режимов резания, что в свою очередь, также позволяет эффективно уменьшать расходы на механическую обработку.

Библиографические ссылки

1. Шмелев Н. Н., Гордовенко М. А., Вакулин М. С. Исследование стойкости режущего инструмента методом полнофакторного эксперимента // Решетнев-ские чтения : материалы XX Междунар. науч. конф. (10-12 ноября, 2016, г. Красноярск) : в 2 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2016. С. 69-72.

2. Спирин Н. А, Лавров В. В. Методы планирования и обработки результатов инженерного эксперимента. Екатеринбург, 2004. 257 с.

References

1. Shmelev N. N., Gordovenko M. A., Vakulin M. S. [The study of stability of cutting tools by the method of full factorial experiment] Materialy XX Mezhdunar. nauch. konf. "Reshetnevskie chteniya" [Materials XV Intern. Scientific. Conf "Reshetnev reading"]. Krasnoyarsk, 2016. P. 69-72. (In Russ.)

2. Spirin N. A., Lavrov V. V. Metodi planirovaniy i obrabotki rezultaov injenernogo experimenta. Ekaterinburg, 2004. 257 p.

© ropgoBemo М. A., MHXHSB M. M., 2017