О сверлении стали эи-316 сверлами, оснащенными пластинками твердого сплава Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА им. С. М. КИРОВА

Том 209 1976

О СВЕРЛЕНИИ СТАЛИ ЭИ-316 СВЕРЛАМИ, ОСНАЩЕННЫМИ ПЛАСТИНКАМИ ТВЕРДОГО

СПЛАВА

Д. В. КОЖЕВНИКОВ, Ю. В. ЩЕПЕТИЛЬНИКОВ

(Представлена объединенным научным семинаром кафедр станков и резания металлов

и технологии машиностроения)

Сталь ЭИ-316 относится к классу жаропрочных сплавов, обработка которых резанием ввиду плохой их теплопроводности, по сравнению с конструкционными сталями, вызывает значительные затруднения.

Несмотря на преимущество твердых сплавов перед быстрорежущими сталями по износостойкости и краскостойкости, твердые сплавы Йочти не применяются при сверлении стали. Это объясняется более низкой, чем у быстрорежущих сталей их прочностью на изгиб и чувствительностью к термическим напряжениям [1], что ведет к сколам и выкрашиваниям пластин твердого сплава в процессе сверления.

Значительное повышение производительности и стойкости сверл, оснащенных пластинками твердого сплава, при сверлении жаропрочных и нержавеющих сталей можно получить при замене охлаждения поливом внутренним напорным охлаждением [2] и применением новых марок твердых сплавов, имеющих повышенну/о прочность при изгибе и малую чувствительность к термическим напряжениям.

В лаборатории резания металлов ТПИ было проведено исследование работоспособности сверл, оснащенных пластинками твердого сплава, при сверлении литой жаропрочной стали ЭИ-316, содержащей 0,18% С; 12% Ni; 26.%Сг; 0,75% Si; 0,46% Мп. Эксперименты проводились стандартными сверлами 012 мм и 020 мм, оснащенными пластинками твердого сплава ВК8, а также сверлами 020 мм с прокатанными отверстиями и пластинками твердого сплава ВК8 производства Сестрорецкого инструментального завода и сверлами 0 12 мм с пластинками сплава ТТ10К8Б. Для сравнения по производительности были проведены эксперименты сверлами из быстрорежущей стали. Сверла затачивались по двум плоскостям и имели следующую геометрию: угол при вершине 2ф = 120°, задний угол а= 12°, перемычка у сверл подтачивалась до длины, равной 0,09^-0,1 диаметра сверла. Сверление осуществлялось на глубину, равную двум диаметрам для сверл 0 20 мм и трем диаметрам для сверл 0 12 мм. В качестве охлаждающей жидкости применялся 7% раствор эмульсола в воде.

Как известно, на стойкость сверл, оснащенных пластинками твердого сплава, большое влияние оказывает подача. Проведенные исследования показали, что сверла, оснащенные пластинками твердого сплава ТТ10К8Б, в отличие от других сплавов, устойчиво работали с получением фаски нормального износа 0,5 мм по задней грани при

увеличении подачи до 0,09 мм1об. При этом фаска износа 0,5 мм но задней грани соответствовала, как правило, полной утрате режущих свойств сверлом: наблюдалось значительное округление режущих кромок с мелкими выкрашиваниями по всей длине режущих кромок. Попытка продолжать сверление такими сверлами приводила в результате значительного повышения температуры в зоне резания к полному выплавлению припоя (медь). Следует отметить, что наблюдавшиеся иногда в процессе сверления небольшие выкрашивания и отслоения твердого сплава не приводили в дальнейшем к образованию трещин и выкрашиваний пластин, что характерно для твердого сплава ВК8. При сверлении с подачами свыше 0,09 мм]об наблюдалось появление вибраций и даже поломок корпуса сверл в результате возрастания сил резания.

Эксперименты, проведенные стандартными сверлами 0 12 мм с пластинками твердого сплава ВК8 показали, что увеличение подачи свыше 0,057 мм/об приводит к появлению выкрашиваний и отслоений на режущих кромках. Продолжение сверления сверлами, имеющими даже незначительные выкрашивания, приводило обычно к полному разрушению пластин твердого сплава. Для твердого сплава ВК8 предельным износом следует считать фаску износа по задней поверхности 0,3-^0,4 мм. При большей величине износа, даже при сверлении с подачами меньше 0,057 мм/об наблюдалось появление выкрашиваний твердого сплава.

Анализ замеров износа показал, что твердый сплав ВК8 при большей склонности к хрупкому разрушению обладает большей износостойкостью, чем сплав ТТ10К8Б. Этим объясняется большая стойкость стандартных сверл с пластинками ВК8 по сравнению со сверлами с пластинками ТТ10К8Б при сверлении с малыми подачами и скоростями резания (рис. 1а, с). На повышенных скоростях резания по стойкости лучше показывает себя твердый сплав ТТ10К8Б, что объясняется меньшей чувствительностью сплава ТТ10К8Б к термическим напряжениям и большей его прочностью на изгиб [1]. Сравнение по. произво-длительности, приведенное на рис. 2а показывает, что сверла, оснащенные пластинками твердого сплава, имеют преимущество перед быстрорежущими сверлами только на повышенных скоростях резания. Однако на высоких скоростях резания мала стойкость сверл ввиду малоэффективное™ охлаждения поливом. Охлаждающая жидкость при этом практически не достигает зоны резания из-за больших скоростей сходящей стружки и интенсивного парообразования при контакте ее с нагретыми частями сверла. Это обстоятельство ведет к значительному увеличению температуры в зоне резания, а, следовательно, и к интенсивному адгезионному и диффузионному износу и увеличению термических напряжений в пластине твердого сплава.

Указанные выше отрицательные явления удается устранить при подаче охлаждающей 'жидкости через внутренние каналы сверла непосредственно в зону резания. В этом случае сверление даже на высоких скоростях резания и предельных для твердого сплава подачах протекает стабильно без' выкрашиваний. Так, при проведении экспериментов в большом диапазоне скоростей резания с подачей 0,1 мм/об. (рис. 3) сверлами 0 20 мм с отверстиями для охлаждения, оснащенными твердым сплавом ВК8, при подводе охлаждающей жидкости в зону резания под давлением 30 кг/см2 выкрашивания и отслоения твердого сплава на режущих кромках отсутствовали даже при фаске износа по задней грани 0,5-^0,6 мм. Это объясняется, по-видимому, отсутствием адгезионного износа в результате значительного снижения температуры на контактных поверхностях при внутреннем напорном охлаждении. Стружкоотделение при данном методе подвода охлажде-

Т%мин

2*

12

1 I

1* \ 1 ! Ф ¡2 мм мн 0 - 0.05705 + -5ХЗ

N. 4.

* \

1

\ \ 'о

\

N

! 1 к

1 | I ! \

1

1

1

12 и 16*3я 25 ¡0 !$ *0М50у*1 8

а) -

10 12 ¿/4 Му"/^ а$з$ № йОВф й,39Щ8№0,И §»*/о6 6) С)

Рис. I. Зависимость стойкости быстрорежущих и твердосплавных

резания

сверл от скорости

V V

У777Х т ГЮК86. *!?«* ы

ЕИ 0*3, 41?им

Ш

. 50

а): >

г

105

90

60

45

30

15

Ш&Р18. ФИ

Г^З 8К8 Ф20мн

с отверстиями

- 40ним Г4¿Они* Г» ¡Ото*

У

Рис. 2. Производительность процесса сверления быстрорежущих и сплавных сверл при разной стойкости *

твердо-

Рис. 3. Зависимость стойкости быстрорежущих и твердосплавных сверл от скорости

резания

ния проходило более свободно, чем при охлаждении поливом, вибрации, и пакетирование стружки в канавках сверла отсутствовали. В результате этого эксперименты этими сверлами показали увеличение производительности по сравнению со сверлами из быстрорежущих сталей Р18 и Р9 в 2-^-2,5 раза (рис. 26 и рис. 3). Сверление же стандартными сверлами 0 20 мм с пластинками ВК8 при тех же режимах резания, но при охлаждении поливом протекает очень нестабильно из-за выкрашиваний пластин твердого сплава после первых же отверстий.

Таким образом, в результате проведенных исследований установлено, что для производительного сверления жаропрочных сталей типа ЭИ-316 следует применять более прочные на изгиб твердые сплавы ТТ10К8Б и высоконапорное внутреннее охлаждение.

Применение стандартных сверл, оснащенных пластинками твердого сплава, для сверления жаропрочных сталей при охлаждении поливом нецелесообразно.

ЛИТЕРАТУРА

1. Г. С. К р е й м е р. Прочность твердых сплавов. Металлургия, 1966.

2. High duty twist drilles. «Tooling», 15, № 18, 1961.