CC BY
39
УДК 621.941.025.7
ОЦЕНКА РЕЖУЩИХ СВОЙСТВ СПЛАВОВ ПРОИЗВОДСТВА АО «КЗТС» ПРИ ТОЧЕНИИ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ
СТАЛИ
В.В. Иванов, А. А. Пряжникова, Ю.М. Лопатин
Дан обзор отечественных производителей твердосплавных сменных многогранных пластин. Проведены сравнительные стойкостные испытания твердосплавных сменных многогранных пластин производства АО «Кировградский завод твердых сплавов»: СЫМО 120408-М9 из сплава АР30АМ и СЫМО 120408-Я4 из сплава ТС40РТ-Р.
Ключевые слова: сменная многогранная пластина, твердый сплав, износостойкость, коррозионностойкая сталь.
Еще в начале прошлого века американский инженер Ф.У. Тэйлор утверждал: «Дивиденды предприятия лежат на кончике резца» [1]. Это положение актуально и в современных условиях. Оно лишний раз подчеркивает значимость инструментального обеспечения в машиностроительных производствах. Технико-экономические показатели металлорежущих инструментов во многом определяются совершенством их конструкции, режущими свойствами, стоимостью и т.д., которые, в свою очередь, зависят от технологической оснащенности предприятий-изготовителей, их финансовых возможностей, квалификации сотрудников и т.п. В настоящее время наиболее представительной группой инструментальных материалов являются твердые сплавы. Поэтому в данной статье рассматриваются твердосплавные инструменты сборной конструкции, в частности, токарные резцы.
В советский период производство твердых сплавов для оснащения режущих инструментов было сосредоточено на пяти специализированных заводах Министерства цветной металлургии СССР, которые были расположены в разных регионах страны.
Московский комбинат твердых сплавов (МКТС). Кроме классических твердых сплавов по ГОСТ в 80-е годы на нем был освоен выпуск сменных многогранных пластин (далее - СМП) из твердых сплавов серии МС по лицензии фирмы 8апёу1к СогошаП с целью замены импорта инструментов для таких предприятий как ВАЗ, КАМАЗ и др.
Кировградский завод твердых сплавов (КЗТС, Свердловская область). Производство традиционных вольфрамосодержащих твердых сплавов по действующим ГОСТ. В рамках решения проблемы экономии дефицитного вольфрама в середине 70-х годов был освоен промышленный выпуск безвольфрамового твердого сплава на основе карбонитрида титана марки КНТ16.
Завод «ПОБЕДИТ» (Северная Осетия, г. Орджоникидзе). В 80-е годы номенклатура традиционных твердых сплавов была дополнена сплавами серии ВП по лицензии фирмы Р1апБее (Австрия).
546
Узбекский комбинат тугоплавких и жаростойких материалов (Уз-КТЖМ, г. Чирчик). В середине 70-х годов начато производство безвольфрамового твердого сплава на основе карбида титана марки ТН20, что расширило номенклатуру выпускаемых сплавов.
Днепровский завод твердых сплавов (ДЗТС, Украина, г. Светло-водск). Кроме традиционных твердых сплавов во второй половине 70-х годов освоен выпуск режущей керамики оксидно-карбидного класса марок В3, ВОКбО и др. В результате этого был сокращен импорт сменных многогранных пластин из керамики немецкого и японского производства.
Техническую политику по разработке и производству СМП из твердых сплавов и режущей керамики определял головной центр в лице Всесоюзного научно-исследовательского института твердых сплавов (ВНИИТС, г. Москва).
Кроме того, изготовление твердосплавных СМП для собственных нужд осуществлялось силами инструментальных производств крупных машиностроительных заводов страны различного ведомственного подчинения. Например, на Тульском машиностроительном заводе им. Рябикова (Министерство оборонной промышленности), на Донецком заводе точного машиностроения (Министерство машиностроения) и многих других предприятиях.
В результате перестроечных реформ и постперестроечных процессов в РФ остались следующие специализированные предприятия по производству твердых сплавов, в том числе и в виде СМП:
ОАО «САНДВИК-МКТС» (в прошлом Московский комбинат твердых сплавов, г. Москва), входящее в состав инструментальных производств фирмы 8апёу1к Согошап1 Номенклатура выпускаемой продукции определяется специалистами этой фирмы [2];
АО «КЗТС» (г. Кировград, Свердловская область). В настоящее время является основным производителем отечественных СМП нового поколения. Освоено более 10000 маркоформоразмеров твердосплавной продукции. В 2015 году выпуск СМП составил 2,7 млн штук [3];
АО «Победит» (г. Владикавказ, Северная Осетия). Продолжает выпуск СМП традиционных форм и сплавов в соответствии с ГОСТ [4];
АО «Твердосплав» (г. Москва), созданное на базе предприятий, ранее входящих в состав ВПО «Союзтвердосплав». Выпускает традиционные формы СМП из вольфрамосодержащих твердых сплавов по ГОСТ [5];
ООО «Вириал» (г. С-Петербург, создано в 1991 году). Является портфельной компанией «РОСНАНО». Это позволило освоить выпуск практически всей номенклатуры инструментальных материалов в виде СМП на современной технологической базе: вольфрамосодержащих твердых сплавов, безвольфрамовых твердых сплавов, режущей керамики, кубического нитрида бора [б]. Проектирование передней поверхности СМП для токарной обработки осуществляется в сотрудничестве с российскими специалистами [7]. Компания располагает технологической цепочкой полного цикла. Мощность - 300 тыс. шт. твердосплавных СМП в год.
В настоящее время потребность российского машиностроения в твердосплавных СМП более чем на 90% удовлетворяется за счет их импорта. Приведенный обзор отечественных производителей твердосплавных СМП показывает, что только АО «КЗТС» и ООО «Вириал» в наибольшей степени готовы выпускать конкурентоспособные СМП нового поколения (ОАО «САНДВИК-МКТС» в расчет не принимается). Кроме того, представляет практический интерес проведение сопоставления режущих свойств продукции этих производителей в сравнении с их зарубежными аналогами. На протяжении более 10 лет в Тульском государственном университете (ТулГУ) проводятся испытания по оценке режущих свойств отечественных СМП и накоплен определенный опыт в таких работах [8, 9, 10].
Одними из последних разработок АО «КЗТС» являются СМП из сплавов марок АР30АМ (М15-М30, 810-825) и ТС40РТ-Р (М20-М30), предназначенные для черновой обработки нержавеющих и жаропрочных сталей. Сплав АР30АМ имеет мультислойное РУБ покрытие АШК на мелкозернистой основе (ШС+Со). Сплав ТС40РТ-Р имеет мультислойное СУБ покрытие гт/МТ-ТЮК/А1203/гШ на прочной основе (ШС+Со+ТЮ + (ТаС, МЬС)). Для проведения лабораторных испытаний в условиях ТулГУ были предоставлены СМП форм СКМО 120408-М9 из сплава АР30АМ и СКМО 120408-Я4 из сплава ТС40РТ-Р. Геометрия «М9» разработана для получистового и легкого чернового точения материалов групп М и 8 с диапазоном стабильного стружкодробления: ^ = 0,2...0,5 мм/об, t = 1,0...6,0 мм. Геометрия «Я4» предназначена для черновой и получистовой токарной обработки материалов групп Р, М, К и 8 с диапазоном стабильного стружкодробления: ^ = 0,15.0,8 мм/об, t = 1,0.8,0 мм. С учетом области применения данных сплавов, сравнительные испытания были проведены при наружном продольном точении коррозионностойкой стали ЭИ 654 (15 Х18 Н12 С 4 ТЮ, Ов=720МПа) на токарно-винторезном станке мод. 1К625. Для закрепления СМП использована резцовая державка БСЬКЯ 2525М-12 фирмы 8апёу1к Согошап1;. При назначении режимов резания ориентировались на условия ранее выполненных экспериментов при точении той же стали [8]: глубина резания t = 0,5 мм, подача ^ = 0,26 мм/об, без СОЖ. Следует подчеркнуть, что принятая глубина резания не попадает в диапазон стабильного стружкодробления. Однако на это пошли сознательно по соображениям ограниченности в размерах имеющейся заготовки (исходный диаметр 42 мм). Тем не менее, она практически составляет 2/3 от радиуса при вершине СМП г = 0,8 мм, т.е. минимально допустимую величину. Кроме того, основной целью этих испытаний явилось сравнение износостойкости сплавов, на которую глубина резания и подача влияют в меньшей степени, чем скорость резания. Поэтому оптимальность формы стружки не принималась во внимание.
При проведении экспериментов проходы сравниваемыми СМП чередовали, что позволило нивелировать влияние уменьшения скорости резания и длины пути резания, вызванные уменьшением диаметра заготовки
после каждого прохода, на результаты эксперимента. В ходе эксперимента одной вершиной каждой СМП совершено по 3 прохода. Суммарное время работы составило 4,1 и 4,32 мин соответственно для СМП из сплавов АР30АМ и ТС40РТ-Р, за которое пройден путь резания в 380 и 390 м (табл. 1).
Таблица 1
Результаты эксперимента __
Форма СМП (Внешний вид) Марка сплава (ИСО) а д о х о п Диаметр заготовки Б, мм Скорость резания V, м/мин Путь резания Ь, м Время прохода т, мин Примечание
СКМ0120408- М9 АР30АМ (М15-М30, 810-Б25) 1 2 3 42 40 38 83 100 95 Уср = 93 116 131 133 1,42 1,29 1,39 I х = 4,1 мин. IЬ = 380 м.
СМУЮ120408-Я4 ТС40РТ-Р (М20-М30) 1 2 3 41 39 37 81 98 93 Уср = 90 127 133 130 1,57 1,36 1,39 I х = 4,32 мин IЬ = 390 м.
Образующаяся стружка представлена на фотографиях рис. 1, форма которой для СМП из сравниваемых сплавов имеет существенное отличие.
а
Ш1|1Ш|1Ш|Ш1|Ш1|1Ш|1111|1|1||||1||||||||||||||||||||||
г 3 Ч 5 6 7
Ш1|Ш1|Ш! ? 11
М|1М||Ш1|Ш1||||||||||||||||||||||||||
72 13 14 15 11
б
Рис. 1. Форма стружки при точении СМП: а - СММС120408-М9 на третьем проходе; б - СММС120408-Я4 на втором проходе
549
После проведенных испытаний на передней поверхности СМП с геометрией СКМо 120408-М9 из сплава АР30АМ замечена явно выраженная лунка износа, чего не наблюдается на второй СМП (рис. 2). Этим и объясняется различие в форме образующейся стружки. Появление лунки износа изменяет исходную геометрию передней поверхности СМП, поэтому стружка завивается в более «тугую» спираль и дробится на отрезки длиной 15-35 мм (рис. 1, а). Естественно, что причиной образования лунки является более низкая износостойкость этого сплава по сравнению со сплавом ТС40РТ-Р. Об этом же свидетельствует и больший износ задней поверхности СМП, что видно из фотографий на рис. 3 и рис.4. Таким образом, можно констатировать, что в данных условиях обработки применение СМП из сплава ТС40РТ-Р более предпочтительно в силу его большей износостойкости.
Рис. 2. Передняя поверхность сравниваемых СМП после проведения испытаний: слева - СММв 120408-М9; справа - СММв 120408-Я4
Рис. 3. Износ задней поверхности Рис. 4. Вид на вершину СМП на вершине СМП: со стороны вспомогательной
СММв 120408-Я4 (внизу); задней поверхности:
СММв 120408-М9 (вверху) слева - СММв 120408-М9;
справа - СММв 120408-Я4
Ранее были проведены сравнительные эксперименты по оценке износостойкости СМП производства ООО «РИТС ГРУПП» (Россия) и КОЯЬОУ (Ю. Корея) при точении той же заготовки из стали ЭИ654 [8]. СМП формы СММ0120408-8Б4 из твердого сплава марки Я820С-3.0 (с об-
550
ластью применения 820) были изготовлены в ООО «Вириал», на которые были нанесены износостойкие покрытия с участием ООО «РИТС ГРУПП». К сожалению, на момент проведения испытаний информации по составу твердосплавной основы и типу покрытия предоставлено не было. СМП формы СКМШ20408-08 зарубежного аналога характеризуются следующим. Сплав марки РС5300 (М20-М30, 815-825) предназначен для получистовой и черновой обработки нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов, имеет РУБ покрытие НАШ на мелкозернистой основе. Условия и результаты этих экспериментов приведены в табл. 2.
Таблица 2
Результаты ранее выполненных экспериментов _
Форма СМП (Изготовитель) Марка сплава (ИСО) № прохода Диаметр заготовки Д мм Скорость резания V, м/мин Путь резания Ь, м Время прохода т, мин Примечание
С№М0 120408-8Г4 Я820С- 1 51 100 198 1,96 I т = 5,88
(ООО «РИТС 3.0 2 49 97 190 1,96 мин.
ГРУПП», Россия) (820) 3 47 93 182 1,96 IЬ = 588 м.
Уср = 97
С№М0 120408-08 (КОЯЬОУ, Ю. Корея) РС5300 (М20-М30, 815-825) 1 2 50 48 99 95 Уср = 97 194 186 1,96 1,96 I т = 3,92 мин. IЬ = 380 м.
Сравнивая результаты испытаний с СМП формы СКМ0120408-Я4 ТС40РТ-Р (АО «КЗТС») и СМП формы СКМО 120408-8Б4 Я820С-3.0 (ООО «РИТС ГРУПП»), можно отметить следующее. Износ задней поверхности на вершине СМП практически одинаков (рис. 5). Явно выраженных следов износа на передней поверхности сравниваемых СМП не наблюдается (рис. 6).
Рис. 5. Износ задней поверхности на вершине СМП: СММЫ20408-Я4 (внизу); СММв120408-8Е4 (вверху)
Рис. 6. Передняя поверхность СМП после испытаний: слева - СММв120408-Я4; справа - СММв120408-8Е4
При этом российские сплавы ТС40РТ-Р и Я820С-3.0 оказались более износостойкими, чем их зарубежный аналог РС5300. Об этом можно судить по характеру изнашивания контактных поверхностей СМП, представленных на рис. 7, 8.
Рис. 7. Передняя поверхность СМП после испытаний: слева - СММв120408-8Е4 (Я320С-3.0); справа - СММС120408-в8
(РС5300) [8]
Рис. 8. Вид на вершину СМП со стороны вспомогательной задней поверхности после испытаний: вверху - СММС120408-8Г4 (Я320С-3.0); внизу - СММС120408-С8 (РС5300) [8]
Таким образом, полученные результаты позволяют сделать следующие выводы.
1. В условиях данных экспериментов износостойкость сплава ТС40РТ-Р существенно превосходит износостойкость сплава АР30АМ.
2. Износостойкость сплава ТС40РТ-Р (КЗТС) практически сопоставима с износостойкостью сплава Я820С-3.0 (ООО «РИТС ГРУПП»).
552
3. Для получения более полного представления о режущей способности отечественных СМП целесообразно дополнительно провести их испытания в производственных условиях с использованием глубины резания и подачи, рекомендуемыми для данной геометрии передней поверхности.
Список литературы
1. Тейлор Ф.У. Принципы научного менеджмента / пер. с англ. А.И. Зак. М.: Изд-во журнала «Контроллинг», 1991. 104 с.
2. ОАО «САНДВИК-МКТС» [Электронный ресурс]. URL: https:// www.sandvik.coromant.com/ru (дата обращения: 10.05.2019).
3. АО «Кировградский завод твердых сплавов», 2016. [Электронный ресурс]. URL: http://www.kzts.ru (дата обращения: 10.05.2019).
4. ОАО «Победит» [Электронный ресурс]. URL: http://oao-pobedit.ru (дата обращения: 10.05.2019).
5. ОАО «ТВЕРДОСПЛАВ» [Электронный ресурс] URL: http:// www.tverdosplav.ru/ (дата обращения: 10.05.2019).
6. ООО «Вириал» [Электронный ресурс]. URL: http://www.virial.ru (дата обращения: 10.05.2019).
7. Михайлов С.В., Михайлов А. С., Глумин М.Ю. Проектирование сменных многогранных пластин для токарной обработки жаропрочных и титановых сплавов // Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации: материалы XVI Всероссийской научно-технической конференции «АКТТИ-2015» / Пермский национальный исследовательский политехнический университет. 2015. Т. 1. С. 55-59.
8. Иванов В.В., Пряжникова А. А. Эксплуатационные возможности отечественных твердосплавных пластин при точении // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. Вып. 8. Ч. 2. С. 49-57.
9. Иванов В.В., Пряжникова А.А., Сорокин Е.В. Конкурентоспособность отечественных инструментов с СМП при точении // Прогрессивные технологии в современном машиностроении: сборник статей VI МНПК. Пенза: Приволжский Дом знаний, 2010. С. 119-124.
10. Иванов В.В., Пряжникова А.А., Сметанин А.С. Пути повышения конкурентоспособности отечественных инструментов с СМП для чистовой токарной обработки // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии: научно-технический журнал. 2012. № 2. 2 (292). С. 8-13.
Иванов Валерий Васильевич, д-р техн. наук, профессор, ведущий специалист, valery.ivanov1949@mail.ru, Россия, Тула, АО ««ИТО-ТУЛАМАШ»,
Пряжникова Анастасия Анатольевна, канд. техн. наук, инженер-конструктор, drakon-220188@mail.ru, Россия, Тула, АО «Тулаточмаш»,
Лопатин Юрий Михайлович, заместитель директора по производству и сбыту по вопросам маркетинга, titan@kzts.ru, Россия, Кировград, АО «Кировградский завод твердых сплавов»
ESTIMATION OF CUTTING PROPERTIES OF ALLOYS PRODUCTION OF JSC "KZTS" UNDER THE STAINLESS STEEL
V. V. Ivanov, A.A. Pryazhnikova, Yu.M. Lopatin
The resulted review of domestic manufacturers of hard-alloy replaceable polyhedral plates. Trial comparative rigidity tests of carbide-interchangeable multi-sided plates produced by JSC "Kirovgrad hard alloy factory": CNMG 120408-M9 from alloy AP30AM and CNMG 120408-R4 from alloy TS40RT-P.
Key words: replaceable polyhedral plate, hard alloy, wear resistance, corrosion-resistant steel.
Ivanov Valeriy Vasilevich, doctor of technical sciences, professor, leading specialist, valery.ivanov1949@mail.ru, Russia, Tula, JSC "ITO-TULAMASH",
Pryazhnikova Anastasia Anatolevna, candidate of technical sciences, design engi-neer,drakon-220188@mail.ru, Russia, Tula, JSC "Tulatochmash",
Lopatin Yuri Mihailovich, deputy director for production and marketing for marketing, titan@kzts.ru, Russia, Kirovgrad, JSC "Kirovgrad Hard Alloys Plant"
