CC BY
36
Оригинальная статья / Original article УДК 621.9.02
DOI: 10.21285/1814-3520-2017-6-10-21
К ВОПРОСУ О ПРИМЕНЕНИИ НЕПЕРЕТАЧИВАЕМЫХ ПЛАСТИН ИЗ БЫСТРОРЕЖУЩИХ СТАЛЕЙ И ДИСПЕРСИОННОТВЕРДЕЮЩИХ СПЛАВОВ В КОНСТРУКЦИЯХ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ И СПЕЦИАЛЬНЫХ ФРЕЗ В МЕЛКОСЕРИЙНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
© О.М. Балла1
Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Российская Федерация, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
РЕЗЮМЕ. ЦЕЛЬ. Ознакомление научных и инженерно-технических работников с одним из направлений повышения эффективности фрезерования деталей из труднообрабатываемых материалов при одновременном снижении расхода вольфрамосодержащих материалов за счет применения неперетачиваемых пластин из высоколегированных быстрорежущих сталей и дисперсионнотвердеющих инструментальных сплавов в конструкциях специализированных и специальных фрез. МЕТОДЫ. В ходе работы применялись экспериментальные и теоретические методы исследования работоспособности инструментальных материалов и эффективности специализированных и специальных конструкций фрез, оснащенных неперетачиваемыми пластинками из высоколегированных быстрорежущих сталей и дисперсионнотведеющих сплавов для обработки деталей из труднообрабатываемых материалов в условиях низкой жесткости технологической системы. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ. В условиях, когда фрезы из твердого сплава имеют низкую работоспособность, применение фрез из быстрорежущих сталей и дисперсионнотвердеющих инструментальных сплавов является актуальным. При этом следует учитывать, что применение фрез с монолитной рабочей частью характеризуется большим расходом вольфрамосодержащих материалов, высокой трудоемкостью изготовления и незначительным сроком службы, даже с учетом всех переточек. Применение сменных перетачиваемых ножей из быстрорежущих сталей и дисперсионнотвердеющих сплавов возможно не для всех конструкций фрез. Выполненные исследования позволили установить, что при прочих равных условиях повышение стойкости, снижение затрат на восстановление работоспособности и изготовления специализированных и специальных фрез с неперетачиваемыми пластинками из высоколегированных быстрорежущих сталей и дисперсионнотвердеющих инструментальных сплавов эффективно даже в условиях мелкосерийного производства. ВЫВОДЫ. Изготовление неперетачиваемых пластин из высоколегированных быстрорежущих сталей и дисперсионнотвердеющих инструментальных сплавов с плоской передней поверхностью из термообработанных пластин высоколегированных инструментальных материалов электрофизическими методами обеспечивает высокую эффективность применения неперетачиваемых пластин даже в специальных конструкциях фрез в условиях мелкосерийного производства.
Ключевые слова: быстрорежущая сталь высокой производительности, труднообрабатываемые материалы, коэффициент использования материала, твердые сплавы, неперетачиваемые пластинки, гидроабразивная и лазерная резка закаленных сталей.
Формат цитирования: Балла О.М. К вопросу о применении неперетачиваемых пластин из быстрорежущих сталей и дисперсионнотвердеющих сплавов в конструкциях специализированного и специального инструмента в мелкосерийном производстве // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2017. Т. 21. № 6. С. 10-21. DOI: 10.21285/1814-3520-2017-6-10-21
TO THE APPLICATION PROBLEM OF DISPOSAL PLATES MADE OF HIGH SPEED STEELS AND DISPERSION HARDENING ALLOYS IN ONE-PURPOSE AND SPECIAL MILL DESIGNS IN SMALL-SCALE PRODUCTION O.M. Balla
Irkutsk National Research Technical University,
83, Lermontov St., 664074, Irkutsk, Russian Federation.
ABSTRACT. The PURPOSE of the article is to inform the scientific and technical personnel on one of the directions improving milling efficiency for the parts made of hard-to-cut materials at simultaneous decrease in the consumption of tungsten-containing materials due to the application of disposal plates made of heavily alloyed high speed steels and dispersion hardening tool alloys in the designs of single-purpose and special mills. METHODS. The study has used ex-
1Балла Олег Михайлович, кандидат технических наук, доцент кафедры технологии и оборудования машиностроительных производств Института авиамашиностроения и транспорта, e-mail: ballaom@mail.ru Oleg M. Balla, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Technology and Equipment of Machinery Production of the Institute of Aircraft Engineering and Transport, e-mail: ballaom@mail.ru
©
perimental and theoretical research methods of tool material operation capacity and efficiency of single-purpose and special designs of mills equipped with disposal plates made of heavily alloyed high speed steels and dispersion hardening alloys for machining parts made of hard-to-cut materials under conditions of low rigidity of a technological system. RESULTS AND THEIR DISCUSSION. It is relevant to use the mills made of high speed steels and dispersion hardening tool alloys in conditions when hard alloy mills have low working capacity. It should be noted that the application of mills with a monolithic working part is characterized by greater consumption of tungsten-containing materials, high complexity of manufacture and insignificant service life even all refurbishings considered. It is not possible to use replaceable refurbish blades made of high speed steels and dispersion hardening tool alloys in all mill designs. Performed researches allowed to determine that under otherwise equal conditions improvement of durability, lowering of costs for working capacity restoring and manufacture of single-purpose and special mills with disposal plates made of heavily alloyed high speed steels and dispersion hardening tool alloys are effective even in the conditions of low-rate production. CONCLUSIONS. Manufacture of disposal plates made of heavily alloyed high speed steels and dispersion hardening tool alloys with a flat front surface from tempered plates of high-alloy tool materials processed by electrophysical methods ensures a high application efficiency of disposal plates even in special designs of mills in conditions of a small-batch manufacturing. Keywords: high speed steels of high efficiency, hard-to-cut materials, material utilization rate, the hard alloys, disposal plates, hydroabrasive and laser cutting of hard steels
For citation: Balla O.M. To the application problem of disposal plates made of high speed steels and dispersion hardening alloys in one-purpose and special mill designs in small-scale production. Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2017, vol. 21, no. 6, pp. 10-21. (In Russian) DOI: 10.21285/1814-3520-2017-6-10-21
Введение
Несмотря на широкое использование твердых сплавов, объемы применения инструмента из высоколегированных быстрорежущих сталей остаются значительными, особенно для изготовления специализированного и специального инструментов в условиях инструментальных цехов машиностроительных предприятий. Это связано с тем, что при прерывистом резании конструктивных элементов низкой жесткости деталей из труднообрабатываемых материалов твердый сплав имеет низкую работоспособность из-за термоциклических нагрузок на режущие кромки [1, 2]. Кроме того, режущие кромки твердосплавного инструмента имеют больший радиус округления режущих кромок, чем у инструмента из быстрорежущих сталей, что затрудняет процесс резания с малой толщиной среза. С учетом этого для обработки деталей из труднообрабатываемых материалов широко применяют высоколегированные быстрорежущие стали и дисперсионнотверде-ющие инструментальные сплавы. Изготовление из них специализированных и специальных конструкций фрез в сжатые промежутки времени затруднено по следующим причинам:
• высокая твердость в состоянии поставки, что затрудняет механическую об-
работку, особенно фрезерование стружечных канавок, так как твердость дисперсион-нотвердеющих сплавов может достигать ИРС40;
• высокий балл карбидной неоднородности для больших сечений проката;
• низкая прочность стыковой сварки рабочей части с хвостовиком;
• склонность к обезуглероживанию, особенно для материалов с большим содержанием кобальта;
• длительный цикл термической обработки (предварительный подогрев перед закалкой, закалка + трех-, четырехкратный отпуск, стабилизирующий отпуск после предварительной заточки), что в целом значительно продлевает цикл изготовления инструмента;
• сложность сварки рабочей части с хвостовиком из конструкционных сталей;
• низкая шлифуемость;
• пониженная прочность и ударная вязкость;
• повышенный расход вольфрама, характерный для монолитных конструкций инструмента из высоколегированных быстрорежущих сталей и дисперсионнотверде-ющих сплавов.
Весьма значимыми доводами применения быстрорежущих сталей высокой
производительности и дисперсионнотвердеющих инструментальных сплавов являются следующие:
• возможность обработки материалов с твердостью до 50HRC при умеренной стойкости, что особенно важно, когда твердосплавный инструмент не работоспособен;
• повышение стойкости не менее чем в 2-6 раз для высоколегированных быстрорежущих сталей и более 10-15 раз для дисперсионнотвердеющих инструментальных сплавов [3, 4];
• снижение балла карбидной неоднородности применением для изготовления пластин проката небольших сечений или листов;
• устранение влияния карбидной неоднородности применением материалов, полученных методами порошковой металлургии при одновременном повышении прочности и ударной вязкости (кроме того, порошковые стали имеют значительно лучшие характеристики шлифуемости);
• расход вольфрама, как показано в работах [5, 6], может быть значительно снижен за счет применения неперетачиваемых пластин из быстрорежущих сталей высокой производительности и дисперсионнотвердеющих инструментальных сплавов.
Все это свидетельствует о том, что применение специализированных и специальных фрез, оснащенных неперетачиваемыми пластинками из быстрорежущих сталей высокой производительности (высоколегированных, в том числе и с высоким содержанием вольфрама), и дисперион-нотвердеющих инструментальных сплавов должно обеспечить его высокую эффективность. Несмотря на это, инструмент с неперетачиваемыми пластинками из быстрорежущих сталей и дисперсионнотвердеющих сталей практически не нашел широкого применения. Это связано с отсутствием централизованного изготовления непере-тачиваемых пластин из быстрорежущих сталей и относительно небольшими объемами применения такого инструмента. Изготовление пластин механической обработкой достаточно трудоемко. Кроме того, коэффициент использования материала при этом низок.
Появление на предприятиях современного оборудования для гидроабразивной и лазерной резки и шлифовальных станков с ЧПУ позволяет на новом уровне вернуться к вопросу применения фрез с неперетачиваемыми пластинками из высоколегированных быстрорежущих сталей и дисперсионнотвердеющих сплавов в условиях мелкосерийного производства.
Экспериментальное определение эффективности схем пластин в корпусах фрез
Типовые формы неперетачиваемых пластин для оснащения фрез приведены на рис. 1.
Фрезы с монолитной рабочей частью. С технологической точки зрения наиболее просты в изготовлении пластины без отверстия с плоской передней поверхностью, но закрепление таких пластин в корпусах фрез возможно только клином или прихватом. Фрезы с закреплением пластин клином характеризуются высокой трудоемкостью изготовления. Это исключает применение данного способа закрепления в конструкциях специализированных и специальных фрез в мелкосерийном производстве. Кроме того, крепление клином
значительно уменьшает объем стружечных канавок. Конструкции фрез с закреплением пластин винтом с конической головкой значительно проще, но трудоемкость изготовления пластин выше. С учетом этого возникла необходимость экспериментального определения эффективности схем пластин в корпусах фрез. Схемы закрепления пластин приведены на рис. 2.
Из приведенных схем видно, что специальные пластины с торойдным отверстием при закреплении в корпусах имеют значительно лучшие условия теплоотвода, чем при клиновом креплении, но при креплении клином базовая вставка защищает корпус от повреждения при разрушении
режущей пластины, что увеличивает ресурс корпусов фрез. Для количественной оценки эффективности приведенных схем закрепления пластин были выполнены экс-
периментальные работы при фрезеровании титанового сплава ВТ20. Полученные результаты приведены на рис. 3.
Рис. 1. Типовые формы неперетачиваемых пластин из быстрорежущих сталей
для оснащения фрез Fig. 1. Standard shapes of disposal plates made of high speed steels
for mill tooling
a b
Рис. 2. Схемы крепления пластин клином (a), винтом с конической головкой (b):
1 - пластина; 2 - винт; 3 - корпус фрезы; 4 - базовая вставка; 5 - клин Fig. 2. Circuits of plates fastening with a cotter (a), with a screw with a conic head (b): 1 - plate; 2 - screw; 3 - mill body; 4 - basic insert; 5 - cotter
Т, мин /
1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0
T, min
Т, мин / T, min
180
■ винт Р9К5 / Screw Р9К5
--клин Р9К5 / Cotter Р9К5
— винт В11М7К23 / Screw В11М7К23
160 140 120 100 80 60 40 20 0
Screw В11М7К23 — —винт Р9К5 / Screw Р9К5 — — клин Р9К5 / Cotter Р9К5
s
s s s s
10 15 20 25
30 35 а
40 45
V, м/мин / V, m/min
0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 b
Sz, мм/зуб / S„ mm/tooth
Рис. 3. Влияние скорости резания V (а) и подачи на зуб sz (b) на стойкость Tпри фрезеровании титанового сплава фрезами с различными способами закрепления пластин Fig. 3. Influence of cutting speed V (a) and advance per a tooth sz (b) on durability T at milling a titanium alloy by milling cutters with various methods of plate fastening
На рис. 3 приняты следующие обозначения: винт - пластина крепится в корпусе винтом с конической головкой; клин -закрепление пластины выполняется клином.
Экспериментальные работы выполнялись при следующих условиях: обрабатываемый материал - титановый сплав ВТ20 (ств = 1100 МПа); специализированный фрезерный станок с ЧПУ (модель ФП17МН); торцовые фрезы диаметром 80 мм; материал пластин Р9К5 (ИР067) и В11М7К23 (ИР070); охлаждение РЗ СОЖ8, расход 12 л/мин; фрезерование попутное, ширина фрезерования В = 60 мм, глубина фрезерования ^ = 4 мм.
Экспериментальные работы позволили установить, что при идентичных условиях фрезерования пластины, непосредственно закрепляемые в корпусах фрез винтом с конической головкой, имеют значительное преимущество перед пластинами, закрепляемыми клином. Более высокая работоспособность пластин, закрепленных винтом с конической головкой, объясняется благоприятными условиями отвода тепла от режущих элементов. Схемы распределения тепловых потоков для различных способов закрепления пластин (по данным [7]) приведены на рис. 4.
Пластины, закрепляемые винтом (рис. 4, а), имеют только одну поверхность теплового контакта с источником тепла и практически открытую большую часть передней поверхности и непосредственный контакт пластины с корпусом. Все это спо-
собствует лучшему теплоотводу. Дополнительно необходимо учитывать, что теплопроводность корпуса фрезы выше теплопроводности быстрорежущих сталей (теплопроводность быстрорежущих сталей, по данным [8], равна 0,039-0,058 кал/смсекград, а корпуса фрезы в зависимости от материала корпуса - 0,74-0,11). При закреплении пластин клином условия отвода тепла значительно хуже. Клин является вторичным источником тепла, поступающего в пластинку (рис. 4, b). Передняя поверхность пластины закрыта с одной стороны стружкой с другой - клином, что затрудняет отвод тепла. Пластина контактирует с корпусом через защитный элемент, что также затрудняет отвод тепла. Все это и определило более высокую работоспособность фрез при прочих равных условиях пластин, закрепляемых винтом.
Дополнительным доводом целесообразности применения неперетачиваемых пластин из быстрорежущих сталей высокой производительности и дисперсионнотвер-деющих инструментальных сплавов является повышение прочности инструментальных материалов при снижении балла карбидной неоднородности. Так, по данным [8], c 5 до 1 предел прочности при изгибе увеличивается c 2300-2500 MPa до 33003400 MPa, что повышает надежность работы фрез. Все это подтверждает высокую эффективность применения неперетачиваемых пластин из высоколегированных быстрорежущих сталей и дисперсион-нотвердеющих инструментальных сплавов
b
Рис. 4. Схемы распределения тепловых потоков: а - для пластин, закрепляемых винтом; b - для пластин, закрепляемых клином Fig. 4. Circuits of thermal flow distribution: а - for the plates fastened with a screw; b - for the plates fastened with a cotter
a
в конструкциях торцовых и дисковых фрез (схемы резания и геометрические параметры рабочих частей для различных конструкций инструмента практически совпадают).
Концевые фрезы. Для концевых фрез с неперетачиваемыми пластинками характерен высокий уровень динамических нагрузок из-за незначительных значений углов наклона режущих кромок призматических пластин. Вследствие этого затрудняется обработка в условиях пониженной жесткости технологической системы по сравнению с фрезами с монолитной рабочей частью. Для повышения эффективности концевого фрезерования были спроектированы и изготовлены опытные конструкции концевых фрез с неперетачивае-мыми пластинками цилиндрической формы. Типовая конструкция фрезы приведена на рис. 5.
Особенностью разработанных конструкций является переменная схема резания, позволяющая снизить нагрузки на технологическую систему. Экспериментальные
работы выполнялись сборными и эталонными фрезами с монолитной рабочей частью диаметром D = 50 мм, длиной режущей части l = 90 мм, числом зубьев z = 4, материалом режущей части и пластин Р9К5, при фрезеровании титанового сплава ВТ20 (ств = 1100 МПа) на станке модели ФП17МН. Измерение составляющих сил фрезерования было выполнено платформой СТМ-2, оснащенной дифференциальными индуктивными датчиками. Схема измерения приведена на рис. 6.
Исследования составляющих сил фрезерования были выполнены классическим методом однофакторного эксперимента, выбор которого был обусловлен изменением направления действия составляющей Рх при большой глубине фрезерования, что приводит к тому, что измерительные платформы (динамометры) измеряют разность сил [9].
Результаты исследования разработанных конструкций фрез приведены на рис. 7-9.
1.Г*"*- (.J .
Рис. 5. Концевая фреза, оснащенная неперетачиваемыми пластинками цилиндрической формы Fig. 5. End mill equipped with cylindrical disposal plates
1
2
3
Рис. 6. Схема измерения составляющих сил резания при фрезеровании: 1 - индуктивные дифференциальные бесконтактные датчики; 2 - усилитель ТА-5; 3 - шлейфовый
осциллограф Н-115; 4 - стабилизатор напряжения; 5 - динамометрический стол типа СТМ-2 Fig. 6. Measuring circuit of milling force components at milling: 1 - inductive differential noncontact sensors; 2 - amplifier ТА-5; 3 - moving-coil oscillograph Н-115; 4 - constant voltage regulator; 5 - dynamometric table of СТМ-2 type
Ру, Н 12000 11000 10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000
Рх, Н 4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
10
20
30
40 t, мм / t, mm
10
20
b
30
t, мм /
40
t, mm
Рис. 7. Зависимость составляющих сил фрезерования Ру (a) и Рх (b) от глубины
фрезерования (t)
Fig. 7. Dependence of the components of milling forces Ру (a) and Рх (b) on milling depth (t)
Py 14000
13000
12000
11000
10000
9000
8000
7000
6000
5000
4000
Рх, 4500
4000
3500
3000
2500
2000
1500
0,05
0,1
0,15
, мм/зуб / S mm/tooth 0,2'
1000
Sz, мм/зуб / S mm/tooth
0,05
0,1
0,15 b
0,2
Рис. 8. Зависимость составляющих сил фрезерования Ру (a) и Рх (b) от подачи на зуб Sz Fig. 8. Dependence of the components of milling forces Ру (a) and Рх (b) on advance per tooth Sz
Ру, Н 7000
6500
6000
5500
5000
4500
4000
3500
3000
2500
2000
Рх, Н 3000
2500
--1 2000
1500 1000
20
40
60
80 В мм
500
20
40
80
В, мм
60
а b
Рис. 9. Зависимость составляющих сил фрезерования Ру (a) и Ру (b) от ширины фрезерования B Fig. 9. Dependence of the components of milling forces Ру (a) and Ру (b) on milling width B
i
а
i
1
2
а
На рис. 7, 8, 9 приняты следующие обозначения: 1 - сборная концевая фреза с цилиндрическими пластинками из быстрорежущей стали Р9К5; 2 - эталонная концевая фреза с монолитной режущей частью из быстрорежущей стали Р9К5; обрабатываемый материал - титановый сплав ВТ20 (ав = 1100 мПа); диаметры фрез б = 50 мм; число зубьев г = 4; переменные условия выполнения экспериментальных работ: для рис. 7. - вг = 0,1 мм/зуб; В = 60 мм; для рис. 8. - ^ = 10 мм; В = 60 мм; для рис. 9 -вг = 0,1 мм/зуб; ^ = 10 мм.
Аналогичные результаты получены при фрезеровании высокопрочных нержавеющих сталей ВНС-2, ВНЛ-3, ВНС-5. Дополнительно фрезы были проверены в лабораторных и производственных условиях на следующих режимах: скорость резания
V = 19,6 м/мин, ширина фрезерования В = 80 мм, глубина фрезерования ^ = 15-40 мм (45 мм), минутные подачи в мин = 80 мм/мин (100) для стали ВНС2 и Б мин = 50 мм/мин (70) для титанового сплава. Значения в скобках приведены для лабораторных условий. Стойкость фрез при этом находилась в пределах от 1,5 до 2 часов, что для данных условий работы значительно превосходит по интенсивности съема и суммарному съему металла даже фрезы, оснащенные винтовыми пластинками твердого сплава. Стойкость эталонных фрез по ГОСТ 23247-78...ГОСТ 23249-78 и ГОСТ 24637-81 в этих условиях не превышает 1,5 часа. Минутный съем металла для фрез приведен в табл. 1, а съем за период стойкости - в табл.2.
Таблица 1
Минутный съем металла фрезами различных конструкций
Table 1
Metal removal per minute by the milling cutters of different designs_
Фреза / Milling cutter Обрабатываемый материал l Machined material Минутный съем, см3/мин, в условиях / Metal removal per minute, sm3/min
лаборатории/ in laboratory производства/ at manufacturing
D = 50 мм; l = 90 мм; сборная Р9К5 / D = 50 mm; l = 90 mm; Р9К5 assembly ВТ20 252 160
ВНС2 360 256
D = 50 мм; l = 90 мм; Р9К5 ГОСТ 23247-78... ГОСТ 23249-78 / D = 50 mm; l = 90 mm; Р9К5 GOST 23247-78. GOST 23249-78 ВНС2 260 160
D = 50 мм; l = 90 мм; ВК8 ГОСТ 24637-81 / D = 50 mm; l = 90 mm; ВК8 GOST24637-81 ВТ20 200 112
Примечание. ГОСТ 23247-78...ГОСТ 23249-78. Фрезы концевые для обработки деталей из высокопрочных сталей, титановых и легких сплавов на станках с программным управлением, ГОСТ 24637-81. Фрезы концевые, оснащенные винтовыми твердосплавными пластинками, для обработки деталей из высокопрочных сталей, титановых сплавов на станках с программным управлением были разработаны специально для обработки деталей из отраслевых материалов. Требования по стандартам значительно выше, чем для фрез общемашиностроительного применения.
Note. GOST 23247-78 ... GOST 23249-78. End mills for machining parts from high-strength steels, titanium and light alloys on computer-controlled machine tools, GOST 24637-81. End mills equipped with spiral carbide blades for machining parts made of high-strength steels and titanium alloys on computer-controlled machine tools have been specially developed for machining parts from industrial materials. The standard requirements are much higher than those for the milling cutters of general machine-building application.
Таблица 2
Съем металла фрезами различных конструкций за период стойкости
Table 2
Metal removal by milling cutters of various designs for the durability period_
Фреза / Milling cutter Обрабатываемый материал / Machined material Съем, см3/мин, в производственных условиях / Metal removal, sm3/min, at manufacturing
D = 50 мм; l = 90 мм; сборная Р9К5 / D = 50 mm; l = 90 mm; Р9К5 assembly ВТ20 14400
ВНС2 23040
D = 50 мм; l = 90 мм; Р9К5 ГОСТ 23247-78... ГОСТ 23249-78 / D = 50 mm; l = 90 mm; Р9К5 GOST 23247-78.GOST 2324978 ВНС2 14400
D = 50 мм; l = 90 мм; ВК8 ГОСТ 24637-81 / D = 50 mm; l = 90 mm; ВК8 GOST 24637-81 ВТ20 10080
Способы изготовления пластин
Лабораторные и производственные исследования фрез, оснащенных непере-тачиваемыми пластинками из быстрорежущей стали, показали, что по минутному и суммарному съему металла они значительно превосходят ранее применяемые конструкции фрез. Таким образом, подтверждена высокая эффективность применения фрез с неперетачиваемыми пластинками высоколегированных быстрорежущих сталей и дисперсионнотвердеющих сплавов. Факторами, препятствующими применению инструмента с неперетачиваемыми пластинками, являются отсутствие их централизованного изготовления и высокая трудоемкость их изготовления традиционными методами механической обработки, что в условиях мелкосерийного производства признается нецелесообразным.
В настоящее время оборудование для физико-технических методов обработки позволяет выполнять вырезку неперета-чиваемых пластин с припуском на шлифование из термообработанных пластин (листов) высоколегированных быстрорежущих сталей и дисперсионнотвердеющих ин-
струментальных сплавов непосредственно в цехах подготовки производства. Технологические возможности физико-технического оборудования для изготовления пластин из термообработанных материалов приведены в табл. 3.
Данные, приведенные в табл. 3, позволяют сделать следующие выводы:
• станки для формообразования непрофилированным электродом (проволокой) обеспечивают получение минимального припуска на шлифование пластин, но для прошивки отверстия дополнительно необходим копировально-прошивочный станок, фасонный вращающийся электрод обеспечит обработку как цилиндрической, так и конической части отверстия;
• на установках для лазерной и гидроабразивной резки производительность значительно выше, но обработка конической части отверстия возможна только на 5-координатных установках;
• больший припуск на шлифование при лазерной резке увеличивает трудоемкость шлифования пластин.
Технологические возможности оборудования для физико-технических методов обработки
Таблица 3
Table 3
Technological capabili ties of equipment for physico-technical processing methods
Методы обработки / Processing methods
Технологический параметр / Process parameter Лазерный / Laser Гидроабразивный / Hydroabrasive Электроэрозионный непро-филированным электродом / Electrical discharge with a plain electrode
Точность, мкм / Accuracy, ^m ±50 ±50 6
Задний угол на пластине / Rear angle on a plate + + +
Возможность обработки отверстия / Possibility of hole machining + + -
Возможность обработки пластин с задним углом (позитивных) / Possibility to machine (positive) plates with a rear angle только для 5-координатных установок, основное исполнение двух-координатное / Only for 5-axis installations, basic version has 2 axis +
Дефектный слой, мкм / Defective layer, ^m 200* - 15-20
Шероховатость, мкм Rz / Roughness, ^m Rz 60 10 0,8
Производительность/ Performance 5000 мм/мин 5000 mm/min 500 мм/мин 500 mm/min 300 мм2/мин 300 mm2/min
* для волоконного лазера/ for a fiber laser
Шлифование пластин особенностей не имеет, плоское выполняется на кассетах на магнитном столе, при этом без затруднений обеспечивается точность по толщине не грубее 0,005 мм. Боковые стороны пластин обрабатываются по схеме полигонального шлифования конических поверхностей на современных шлифовальных станках с ЧПУ с измерительным щупом,
поэтому несложно обеспечить точность не хуже 0,005 мм. Большие радиусы сопряжения смежных граней облегчают шлифование многогранных пластин. Выполнение требований по точности пластин позволило получить биение режущих кромок в пределах 0,010-0020 мкм. Осциллограммы сил резания при различных значениях биения режущих кромок приведены на рис. 9, 10.
f4vw iSv ^V ^V.
Рис. 9. Осциллограмма сил фрезерования при биении режущих кромок не более 0,01 мм Fig. 9. Oscillogram of milling forces at cutting edge run-out of no more than 0.01 mm
Рис. 10. Осциллограмма сил фрезерования при биении режущих кромок 0,06 мм Fig. 10. Oscillogram of milling forces at cutting edge run-out of 0.06 mm
Незначительное биение режущих повышает как стойкость фрез, так и класс кромок пластин обеспечивает равномерную шероховатости обработанной поверхности нагрузку на технологическую систему, что [10, 11].
Заключение
Изготовление неперетачиваемых пластин из высоколегированных быстрорежущих сталей и дисперсионнотвердеющих инструментальных сплавов с плоской передней поверхностью из термообработан-ных пластин высоколегированных инструментальных материалов электрофизическими методами в цехах подготовки производства обеспечивает возможность изготовления неперетачиваемых пластин для специализированных и специальных фрез
в условиях мелкосерийного производства из термообработанных пластин высоколегированных быстрорежущих сталей и дисперсионнотвердеющих сплавов. В свою очередь применение сборных конструкций фрез - это сокращение расхода инструментальных материалов и повышение эффективности фрезерования труднообрабатываемых материалов в основном производстве.
Библиографический список
1. Резников Н.И. Теплофизика процессов механической обработки материалов. М.: Машиностроение, 1981. 279 с.
2. Резников Н.И., Бурмистров Е.В., Жарков И.Г. и др. Обработка резанием жаропрочных, высокопрочных и титановых сплавов. М.: Машиностроение, 1972. 200 с.
3. Баранчиков В.И., Боровский Г.В., Гречишников В.А. и др. Справочник конструктора-инструментальщика. М.: Машиностроение, 1994. 560 с.
4. Баранчиков В.И., Тарапанов А.С., Харламов Г.А. Обработка специальных материалов в машиностроении: справочник. М.: Машиностроение, 2002. 264 с.
5. Балла О.М. Улучшение использования вольфра-мосодержащих материалов в режущем инструменте // Вестник машиностроения. 1992. № 1. С. 44-46.
6. Балла О.М. Влияние эксплуатационных и конструктивных параметров инструмента на расход
вольфрамосодержащих материалов // Вестник ИрГТУ. Серия Машиноведение. 2006. № 4. С. 57-62.
7. Maschinen und Werkzeuge // 5909 BURBACH, INGERSOLL, 1979. 14 p.
8. Геллер Ю.А. Инструментальные стали. М.: Металлургия, 1975. 584 с.
9. Балла О.М. Определение составляющих сил резания при фрезеровании методом полунатурного моделирования. Вестник ИрГТУ. 2016. T. 20. № 11. С. 10-23. DOI: 10. 21285/1814-3520-2016-11-23
10. Жарков И.Г. Управление интенсивностью автоколебаний - важный резерв повышения производительности и качества изделий // Исследование обрабатываемости жаропрочных и титановых сплавов. Вып. 4. Куйбышев, КУАИ им. С.П. Королева, 1976. С. 99-105.
11. Жарков И.Г. Вибрации при обработке лезвийным инструментом. Л.: Машиностроение, 1986. 200 с.
References
1. Reznikov N.I. Teplofizika protsessov mekhanich-eskoi obrabotki materialov [Thermophysics of material mechanical processing]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1981. 279 p. (In Russian)
2. Reznikov N.I., Burmistrov E.V., Zharkov I.G. et al. Obrabotka rezaniem zharoprochnykh, vysokoprochnykh i titanovykh splavov [Cutting of heat-resistant, high-
strength and titanium alloys]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1972, 200 p. (In Russian)
3. Baranchikov V.I., Borovskii G.V., Grechishnikov V.A. et al. Spravochnik konstruktora-instrumental'shchika [A Handbook of Design engineer -Tool maker]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1994, 560 p. (In Russian)
4. Baranchikov V.I., Tarapanov A.S., Kharlamov G.A. Obrabotka spetsial'nykh materialov v mashinostroenii [Machining of special materials in mechanical engineering]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 2002. 264 p. (In Russian)
5. Balla O.M. Uluchshenie ispol'zovaniya vol'framosoderzhashchikh materialov v rezhushchem instrumente [Improving the use of tungsten-containing materials in cutting tools]. Vestnik mashinostroeniya [Bulletin of Mechanical Engineering]. 1992, no. 1, pp. 44-46. (In Russian)
6. Balla O.M. Vliyanie ekspluatatsionnykh i kon-struktivnykh parametrov instrumenta na raskhod vol'framosoderzhashchikh materialov [Influence of operational and design parameters of a tool on the consumption of tungsten-containing materials]. Vestnik IrGTU [Proceedings of Irkutsk State Technical University]. 2006, no. 4, pp. 57-62. (In Russian)
Критерии авторства
Балла О.М. подготовил статью и несет ответственность за плагиат.
Конфликт интересов
Автор заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Статья поступила 24.04.2017 г.
7. Maschinen und Werkzeuge // 5909 BURBACH, INGERSOLL, 1979. 14 p.
8. Geller Yu.A. Instrumental'nye stali [Tool steel]. Moscow, Metallurgiya Publ., 1975, 584 p. (In Russian)
9. Balla O.M. Opredelenie sostavlyayushchikh sil re-zaniya pri frezerovanii metodom poluna-turnogo mod-elirovaniya [In-line simulation-based determination of cutting force components at milling]. Vestnik IrGTU [Proceedings of Irkutsk State Technical University]. 2016, vol. 20, no. 11, pp. 10-23. (In Russian) DOI: 10.21285/1814-3520-2016-11-23 (In Russian)
10. Zharkov I.G. Upravlenie intensivnost'yu avtokole-banii - vazhnyi rezerv povysheniya proizvoditel'nosti i kachestva izdelii [Control of self-excited oscillation intensity as an important reserve to increase productivity and product quality]. Issledovanie obrabatyvaemosti zharoprochnykh i titanovykh splavov [Machinability study of heat-resistant and titanium alloys]. Kuibyshev, KUAI im. S.P. Koroleva Publ., 1976, ussue 4, pp. 99105. (In Russian)
11. Zharkov I.G. Vibratsii pri obrabotke lezviinym in-strumentom [Vibrations under machining with an edge tool]. Leningrad, Mashinostroenie Publ., 1986, 200 p. (In Russian)
Authorship criteria
Balla O.M. have prepared the article and bears the responsibility for plagiarism.
Conflict of interests
The author declares that there is no conflict of interests regarding the publication of this article.
The article was received 24 April 2017
