CC BY
29
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
УДК 921.91.01
Д.В. Маношин, Т.Г. Насад, И.П. Насад, Д.И. Усов ОСОБЕННОСТИ ОБРАБОТКИ ПРЕЦИЗИОННЫХ СПЛАВОВ
Аннотация. Статья посвящена исследованию влияния режимов обработки на шероховатость поверхности. В ней приводятся экспериментальные данные обработки прецизионного сплава 36НХТЮ. Выведены зависимости, показывающие степень влияния факторов обработки на качество поверхности.
Ключевые слова: качество поверхности, шероховатость, прецизионный сплав, механическая обработка
D.V. Manoshin, T.G. Nasad, I.P. Nasad, D.I. Usov MACHINING FEATURES OF PRECISION ALLOYS
Abstract. The article considers the impact of machining parameters on the surface roughness. The authors present experimental data of machining the precision alloy 36NKhTY, and define the dependencies, which demonstrate the influence of machining parameters on the surface quality.
Keywords: surface quality, roughness, precision alloy, machining
ВВЕДЕНИЕ
Производство авиационной техники обладает отличительными особенностями, которые создают ее отраслевую специфику. Это большая номенклатура деталей, к которым предъявляются высокие требования по качеству и точности изготовления, по выбору материала, обладающего специфическими физико-механическими свойствами, затрудняющими обработку резанием. Особую сложность для формообразования представляют упругие чувствительные элементы датчиков, для изготовления которых используют прецизионные сплавы.
Технология обработки данных сплавов специфична и во многом отличается от общепринятой типовой технологии. Для получения требуемых рабочих характеристик сплава необходимо обеспечить сочетание многих факторов, таких как: химический состав, структура, качество 58
поверхности и эксплуатационные характеристики. Детали из прецизионных сплавов, несмотря на свой малый размер, играют в приборах и устройствах основную роль - служат источником, усилителем или фильтром основного сигнала, приводящего в действие всю систему, определяя ее точность и надежность. Поэтому вопросы качества, свойств и характеристик этих сплавов интересуют широкий круг специалистов различных отраслей промышленности.
Обработка прецизионных сплавов недостаточно изучена с позиций теплофизиче-ских исследований, хотя сплав уже реагирует на повышение температуры свыше 250° С. Потенциал для повышения эффективности точения с учетом особенностей обработки и теплофизики процесса остается незадействованным. Управление формообразованием поверхности и достижение заданных показателей точности и качества возможно при разработке соответствующих моделей, устанавливающих взаимосвязь между параметрами процесса стружкообразования, температурами, сопровождающими обработку, и качеством поверхности [1-4]. Поэтому совершенствование технологии механической обработки деталей из данных сталей и сплавов с учетом физико-механических свойств обрабатываемого материала, управления температурами в зоне резания, является достаточно востребованной и актуальной задачей.
Для определения объекта исследования и масштаба применения прецизионных материалов выполнен анализ на приборостроительном предприятии ОАО ЭОКБ «Сигнал им. А.И. Глухарева», который показал, что использование прецизионных сплавов в промышленности составляет более 20 % от их общего числа. А самым распространенным прецизионным материалом на сегодняшний день является сплав 36НХТЮ, который является дисперсионно-твердеющим прецизионным сплавом и относится к сплавам с заданными свойствами упругости.
Проведенный анализ выявил основные проблемы, возникающие при обработке данных сплавов методом точения:
> Низкая обрабатываемость прецизионных сплавов - в 6.. .12 раз ниже эталона (стали 45).
> Высокая вязкость и низкая твердость после термической обработки, поэтому практически на всех режимах резания происходит образование сливной стружки, которая затрудняет обработку деталей и вызывает технические сложности ее транспортировки из зоны резания.
^ Образование нароста на поверхности инструмента, который участвует в процессе резания и оказывает негативное влияние на получаемую шероховатость поверхности детали.
^ Деформация чувствительного элемента - мембраны. При приближении к заданному размеру (0,38-0,5 мм) происходит деформация мембраны, нарушающая геометрическую форму.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследования проводились на базе токарно-револьверного центра с ЧПУ модели SL-20HE производства фирмы HAAS. В качестве экспериментального материала был использован круглый прокат из прецизионного сплава 36НХТЮ 0 40 мм. Спектральный
анализ на приборе «Niton XLt» показал следующий химический состав: Ni 35,63; Fe 46,17; Mn 1,07; Cn12,87; Ti 3,61 и подтвердил соответствие материала. Для получения заданных физико-механических свойств заготовка подверглась термической обработке по технологическому процессу закалки заготовок и полос для чувствительных элементов деталей из сплавов 36НХТЮ; 36НХТЮ-Ш; 36НХТЮ5М. В качестве режущего инструмента использовались твердосплавные пластины для обработки жаропрочных сплавов. Материал пластины был определен по спектральному анализу и показал: WC 90,68 ± 0,87; Co 5,71 ± 0,29; Cu 0,53 ± 0,15; Cr 0,64 ± 0,29; Ti 1,2 ± 0,57. Использовалось покрытие TiN толщиной 3 мкм.
Для определения общей зависимости шероховатости от скорости резания был проведен однофакторный эксперимент. Опыты показали, что зависимость имеет два экстремальных значения при скорости резания V = 50 и V = 70 м/мин (рис. 1).
2.4 2.2 X
1.8 1.6 1.4 1.2
0.8 0.6 0.4 0.2
--1--1--1--1--,--1--1--1--1-
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200
Рис. 1. График зависимости шероховатости обрабатываемой поверхности от скорости резания, при однофакторном эксперименте
Для дальнейшего подробного изучения были выбраны два участка со скоростями резания от 70 до 170 м/мин и от 50 до 70 м/мин. Экспериментальные исследования включали проведение нескольких серий экспериментов по формуле ПФЭ 2 . Исходя из этих данных, были получены две математические модели для черновой (1) и чистовой (2) обработки. Режимы обработки приведены в таблице.
Вид обработки Скорость резания V, м/мин Продольная подача S, мм/об Глубина резания t, мм
мин. макс. мин. макс. мин. макс.
Чистовая 70 170 0,04 0,17 0,15 1,2
Черновая 50 70 0,17 0,55 1,2 5,5
Были получены зависимости:
Kz = 8669,619 х К-1,356 х t°779 х S0,729, (1)
Да = 23,33 х V-0'499 х t-0 066 х s2'182-0'83lgV, (2)
где V - скорость резания, м/мин, t - глубина резания, мм, S - подача, мм/об.
В ходе проведения эксперимента шероховатость обработанной поверхности образца первоначально определялась на двойном микроскопе МИС-11 и на портативном измерителе шероховатости Time TR 220. На универсальном профилометре-профилографе модели 201 получена профилограмма поверхности образца (рис. 2).
Рис. 2. Профилограмма поверхности образца
На рис. 3, 4 показаны графические зависимости влияния шероховатости от глубины резания и подачи при черновом и чистовом точении.
Данные зависимости показали, что подача оказывает наибольшее влияние на формирование качества поверхности и имеет монотонную возрастающую зависимость. При чистовой обработке повышение величины подачи ограничивается шероховатостью обработанной поверхности. Оптимальная скорость резания достигается в пределах V = 70-90 м/мин. При скорости резания свыше 90 м/мин высота микронеровностей меняется незначительно.
Рис. 3. Зависимость шероховатости от глубины резания (а) и подачи (б) при чистовом точении
Рис. 4. Зависимость шероховатости от глубины резания (а) и подачи (б) при черновом точении
Таким образом, для достижения наименьшей высоты микронеровностей поверхности деталей из прецизионного сплава 36НХТЮ целесообразно производить обработку при глубине резания в пределах t = 0,5-1 мм.
ВЫВОДЫ
Анализ результатов позволил установить, что в диапазоне скоростей резания от 30 до 50 м/мин идет интенсивное наростообразование, поэтому чистота поверхности ухудшается. При скоростях от 50 до 70 м/мин происходит разупрочнение нароста и, как следствие, улучшение качества поверхности. Свыше 75 м/мин идет незначительное ухудшение шероховатости поверхности. Подача также является важным элементом режима резания, так как она оказывает наибольшее влияние на формирование поверхности и имеет монотонную зависимость. При чистовой обработке повышение подачи ограничивается шероховатостью обработанной поверхности. Глубина резания при чистовой обработке в интервале от 0,15 до 1,2 мм оказывает слабое влияние на изменение высоты микронеровности. Оптимальная скорость резания достигается в пределах V = 70-90 м/мин. Однако повышение ее до 150 м/мин увеличит шероховатость только на 40 %, а производительность меняется более чем в 2 раза.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Управление качеством поверхности деталей машиностроения / Насад Т.Г., Васин А.Н., Казинский А.А., Игнатьев А.А., Изнаиров Б.М., Козлов Г.А., Тихонов Д.А., Самойлова Е.М., Решетникова О.П., Глушкова Ю.О., Давиденко О.Ю., Мелентьев В.А. // СТИН. 2018. Вып. № 7. С. 30-32.
2. Насад Т.Г., Шеров К.Т., Насад И.П. Теплофизические аспекты гибридных технологий // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2020. № 1 (84). С. 47-52.
3. Surface-layer quality after high-speed turning of hard material / Kiryushin I.E., Kiryush-in D.E., Venig S.B., Nasad T.G., Stepanova M.O., Term D.V. // Russian Engineering Research. 2014. Т. 34. № 6. С. 423-424.
4. Benefits of high-speed milling / Kiryushin I.E., Kiryushin D.E., Nasad T.G., Venig S.B. // Russian Engineering Research. 2012. Т. 32. № 1. С. 48-49.
62
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Маношин Дмитрий Валерьевич -
начальник отдела ОКБ «Сигнал» имени А.И. Глухарева
Насад Татьяна Геннадиевна -
доктор технических наук, профессор кафедры «Технология и системы управления в машиностроении» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.
Насад Ирина Павловна -
аспирант кафедры «Технология и системы управления в машиностроении» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.
Усов Денис Игоревич-
магистрант Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.
Dmitry V. Manoshin -
Division Manager at OKB Signal named after Glukharev
Tatyana G. Nasad -
Dr. Sci. Tech., Professor,
Department of Technology and
Control Systems in Mechanical Engineering,
Yuri Gagarin State Technical
University of Saratov
Irina P. Nasad -
Postgraduate student, Department of Technology and Control Systems in Mechanical Engineering, Yuri Gagarin State Technical University of Saratov
Denis I. Usov -
Master student,
Yuri Gagarin State Technical
University of Saratov
Статья поступила в редакцию 25.05.21, принята к опубликованию 04.06.21
