Обработка титановых и жаропрочных сплавов высокоскоростным шлифованием Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.?2

Д. С. РЕЧЕНКО

Омский государственный технический университет

ОБРАБОТКА ТИТАНОВЫХ И ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ ВЫСОКОСКОРОСТНЫМ ШЛИФОВАНИЕМ_

В статье приводится исследование качества обработанной поверхности сплавов на основе титана и жаропрочных сплавов при шлифовании абразивным инструментом на различных режимах резания.

Ключевые слова: высокоскоростное шлифование, абразивный инструмент, режимы резания, титан, жаропрочный сплав.

Сплавы на основе титана и жаропрочные сплаим находят псе более широкое применение и авиастроении. Интерес к ним обусловлен их уникальными свойствами, в частности высокой удельной прочностью и способностью сохранять прочность при температурах 500 —600 "С. Широкому внедрению сплавов титана в промышленность в значительной мере препятствует их крайне низкая обрабатываемость. Особенно большие трудности возникают на операциях финишной обработки, где формируется качество поверхности готовых деталей [ 11.

Показатели процесса шлифования титановых сплавов зависят от температурно-силовых условий взаимодействия абразива с металлом, регулировать которые можно режимами шлифования. С повышением окружной скорости круга возрастает контактная температура в зоне шлифования и создаются благоприятные условия для интенсификации взаимодействия абразива с титаном. Это приводит к налипанию металла на вершины абразивных зерен и ухудшению качества шлифованной поверхности. На обработанной поверхности образуются задиры и наплывы.

При низких скоростях шлифования возрастает механическая нагрузка на абразивное зерно, что также приводит к повышенному износу круга и ухудшению шероховатости \2\. При шлифовании титана ВТ14 карбидом кремния зеленого 63С25МЭБ6 или электрокорундом 24А40СТ1Б, при скорости шлифования 12- 15 м/с можно достигнуть высоты микронеровностей Ra = 0,63. .1,2 мкм, что и требуется перед полировкой (рис. 1).

Шлифование титановых сплавов алмазными шлифовальными кругами ЛС4 100/80 100% при окружной скорости шлифовального круга 15 — 20 м/с позволяет получить поверхность с меньшими задирами и высотой микронеровностей Ra = 0,5...0,8 мкм (рис. 2).

Шлифование титановых сплавов алмазными шлифовальными кругами АС4 100/80 100% при окружной скорости шлифовального круга 120 - 140 м/с позволяет получить поверхность без задиров и высотой микронеровностей Ra = 0,32.. 0,64 мкм (рис. 3).

Детали из жаропрочных сплавов являются трудоемкими, так как обработка таких материалов весьма сложна итребуетопределения оптимальных режимов

Рис. I. Шлифованная поверхность титанового сплава ВТ14, xlOOO

Рис. 2. Шлифованная поверхность титанового сплава BTI4, Х1000

Рис.3. Шлифованная поверхность титанового сплава ВТ14.Х1000

а

б

Рис. 4. Поверхность жаропрочного сплава, полученная при различных скоростях шлифопания, х350:

а — при У=20 м/с; б — при Vе! 15 м/с

V

V

а б в

Рис. 5. Кинематика резания зерном при скорости шлифования 20 м/с а — в начальный момент времени; б — в момент резания; в — на выходе

V

I/

V

а б в

Рис.0. Кинематика резания зерном при скорости шлифования 115-120 м/с: а — в начальный момент времени; б — в момент резания; в — на выходе

обработки для каждого конкретного производственного случая. Спектр физико-механических свойств жаропрочных сплавов не позволяет создать системный подход к определению режимов шлифования, поэтому необходимо исследование процесса шлифовании в широком диапазоне режимов резании, что явлиетси сложной задачей.

При шлифовании жаропрочных сплавов ЖС6К и ЭП741П карбидом кремнии зеленого 63С25МЭБ6 или электрокорундом 24А40СТ1 Б, при скорости шлифовании 12- 15 м/с можно достигнуть высоты микронеровностей 11а = 0,32...0,64 мкм (рис. 4).

На рис. 4 показаны поверхности, полученные при различных скоростях шлифовании. В качестве иссле-

о

О 45 НО 135 1(0 22« 270

V, м/с

Рис. 7. Зависимость расхода абразивного материала от скорости шлифования

а б

Рис. 8. Износ абразивного зерна при шлифовании жаропрочных сплавов: а — засаленный участок абразивного круга; б — абразивное зерно

дуемого образца выбран жаропрочный сплан на никелевой основе ЭП74111П. Шлифование осуществлялось шлифовальным кругом для алмазно-абразивной обработки со вставными абразивными головками

типа А\\'24А40СТ1Б при продольной подаче Б.....л =

= 3-9 м/мин, глубине шлифования I = 0,01 - 0,03 мм.

Из рис. 4а видно, что при скорости шлифовании 20 м/с наблюдается рваная поверхность с задирами. При достижении скорос ти шлифования 115 м/с зади-ры уменьшаются. Это инление можно объяснить возникновением «чистого реза». Также при повышении скорости шлифовании наблюдается уменьшение размера заусенца.

Эффект «чистого реза» можно представить уменьшением деформаций в зоне обработанной поверхности (рис. 5 и 6). Данный эффект наблюдаетси и при шлифовании быстрорежущих сталей типа Р18.

Высота микронеровиостей поверхности, образованной при скорос ти шлифовании 20 м/с составлиет Ка = 0,63..1,25 мкм. Тогда как повышение скорости шлифования до 115 — 120 м/с позволяет получить высоту микронеровностей обработанной поверхности Ка = 0,16...0,32мкм.

Особенностью шлифовании жаропрочных сплавов при окружной скорости цельного шлифовального круга 20 м/с ивлиется катастрофический износ абразивного материала. При повышении скорости шлифовании наблюдается резкое снижение интенсивности износа шлифовальных кругов, но при этом возникает опасность разрыва шлифовального круга.

Износ абразивных материалов типа электроко-рунда 24А определяется усилием, приложенным на вершины зерен и создающим наприжении в сечении зерна. Направление наприжении определяетси геометрией зерна и кинематикой резании. Так, например, передний угол и размер радиуса округлении вершины абразивного зерна будут оказывать доминирующее влииние на направление распределении наприжении в сечении, а толщина срезаемого слои мате-

риала и скорость резании определит его величину. Расход абразивных кругов при шлифовании жаропрочных сплавов представлен на рис. 7.

Скоростыплифовании, продольная подача и глубина шлифования определяют сечение микростружки и условия работы шлифовального круга. На рис. 8 представлен засаленный участок абразивного круга и абразивное зерно, работавшее при скорости шлифовании 120 м/с, продольной подаче Snp(JA = 9 м/мин, и глубине шлифования t = 0,03 мм. Осуществлялась обработка жаропрочного сплава на никелевой основе ЭП741НП.

Установлено, что при шлифовании жаропрочных сплавов рабочая поверхнос ть шлифовального круга имеет постоянно меняющееся засаливание. В процессе шлифования засаливание постоянно изменяет свой рельеф, причем адгезии проявляется слабо. То есть визуально на рабочей поверхности шлифовального круга в любой момент времени можно наблюдать засаленный участок, но расплавленный и налипший металл имеет слабое сцепление с абразивным зерном. Абразивное зерно, находищееси под засаленным участком, сохранист свои режущие свойства, при этом чем выше скорость шлифовании, тем выше стойкость абразивного круга.

Библиографический список

1. Маслои, Е.И. Теория шлифования материалов / Ц.И Mac-лов; - М.: «Машиностроение», 1974 - 320с.

2. Филимонов, Л.Н. Высокоскоростное шлифование/Л.Н Филимонов; - Д ^Машиностроение»,Лснингр.отд-иие, 1979 - 248с.

РЕЧЕНКО Денис Сергеевич, аспирант кафедры «Металлорежущие станки и инструменты».

Статья поступила в редакцию 13.11.08 г. © Д. С.'. Рсченко