CC BY
56УДК 621.914
ОЦЕНКА СТОЙКОСТИ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ПРИ ФРЕЗЕРОВАНИИ ТРУДНООБРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
И. Н. Мак, Д. Н. Попов, Д. И. Савин, А. В. Вайлов, Н. А. Амельченко
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: mccaliston@mail.ru
Проведены испытания монолитного твердосплавного режущего инструмента при изготовлении изделий РКТ из труднообрабатываемых и жаропрочных материалов. Выявлено влияние инструментальной оснастки на период стойкости и характер разрушения лезвия режущего инструмента.
Ключевые слова: фрезерование, обработка, сталь, труднообрабатываемые материалы, твердый сплав, цанговый зажим, оправка с гидравлическим зажимом.
ESTIMATING THE RESISTANCE OF THE CUTTING TOOL FOR MILLING HARD-TO PROCESS MATERIALS
I. N. Mack, D. N. Popov, D. I. Savin, A. V. Vailov, N. A. Amelchenko
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: mccaliston@mail.ru
The article describes tests of monolithic carbide cutting tools in the manufacture of aerospace products from hard-to-process and heat-resistant materials. The research demonstrates influence of tooling on the period of durability and the nature of the destruction of the blade of the cutting tool.
Keywords: milling, processing, steel, hard-to-work materials, hard alloy, collet clamp, mandrel with hydraulic clamp.
В производстве изделий ракетно-космической техники (РКТ) весомую долю трудоемкости занимает механическая обработка. При этом большинство особо ответственных деталей изготавливаются из труднообрабатываемых сталей и титановых сплавов. Высокая сложность, точность и качество выпускаемых изделий требует применения объемной фрезерной и токарной обработки с использованием высокопроизводительного современного оборудования и прогрессивных конструкций режущего инструмента [1].
Основным инструментальными материалами для обработки таких сталей и сплавов являются одно-, двух- и трехкарбидные твердые сплавы. По своей сути это композиционный материал на основе карбидов вольфрама, титана и тантала или их сочетаний, полученный методом спекания. Твердый сплав, как инструментальный материал, обладает рядом ценных свойств, главным из которых можно назвать высокую твердость ИЯА 82-92, которая сохраняется при возрастании температуры в зоне обработки до 1100 °С [2]. В настоящее время технология изготовления твердосплавного режущего инструмента отлажена и поставлена на поток. Наличие в большом ассортименте твердосплавных спеченных прутков позволяет потребителю самостоятельно изготавливать монолитный инструмент любых диаметров и геометрии с учетом рекомендуемых параметров [3]. В табл. 1 приведены основные физико-механические свойства твердосплавных прутков 010 мм.
Для оценки работоспособности концевых фрез 010 мм, изготовленных из твердосплавных прутков разных производителей, в НОЦ РКТ проведены испытания в производственных условиях. Эксперименты проводились на фрезерном обрабатывающем центре DMU 50 Ecoline с использованием образцов из стали 03Х14К13Н4М3ТВ. С целью выявления влияния схемы установки инструмента на точность радиального биения и стойкость в качестве инструментальной оснастки для его закрепления были использованы патрон цанговый ER ADB-SK40 [4] и гидрозажимная оправка TENDO-EC SET компании SCHUNK [5].
На рис. 1 приведено устройство инструментальной оправки с гидрозажимом.
Жесткое закрепление инструмента в цанговых патронах осуществляется механическим путем. В этой связи все нагрузки и вибрации, возникающие в процессе обработки, передаются на инструмент и шпиндельный узел, что способствует снижению их ресурса.
Как известно [5], цанговые зажимы при закреплении обеспечивают точность радиального биения в пределах не более 0,008 мм на 2,5*D и качество балансировки G2,5 при частоте вращения шпинделя до S25000 мин-1.
При использовании гидравлических оправок закрепление инструмента осуществляется при помощи мембраны 4 (рис. 1), которая сжимается за счет давления гидропласта 3, создаваемого поршнем 2, перемещаемого винтом 1 при закручивании его до упора.
Решетневскуе чтения. 2017
Физико-механические свойства образцов
№ Образцы твердосплавных прутков Отечественный аналог Содержание Со, % Плотность, г/см3 Твердость, ША Предел прочности при изгибе, МПА
1 УЪ10.2 ВК8 8 14,5-14,8 91,5 170
2 ХЕ30 ВК10 10 14,2-14,6 92,3 180
3 БМ30 ВК6 6 14,5-15,0 92,3 155
4 ии0 ВК15 15 13,9-14,4 92 190
Рис. 1. Устройство гидрозажимной оправки 1 - зажимной винт; 2 - поршень; 3 - гидропласт; 4 - мембрана
Точность радиального биения и повторяемость зажима при использовании таких оправок составляет менее 0,003 мм, качество балансировки в2,5 при частоте вращения шпинделя 825000 мин-1. Кроме того, такие зажимы способствуют поглощению вибраций и изменяют характер нагрузок, действующих на инструмент и шпиндельный узел. По данным производителя [5], гидравлические зажимы, используемые для закрепления инструмента, обеспечивают увеличение его стойкости до 50 %.
Условия резания для изготовленных фрез были одинаковы: скорость резания V = 80 м/мин, частота вращения шпинделя = 2600 мин1, значения подачи Е = 300 мм/мин, глубина и ширина фрезерования составляли 5 и 2 мм соответственно. Вылет инструмента - 40 мм. Фрезерование производилось по схеме попутного фрезерования до появления первых посторонних, не свойственных нормальной обработке звуков. После этого наладки вынимали из инструментального накопителя, осматривали состояние режущих кромок и проводили измерения износа на приборе для настройки инструмента У10 210 Мюшу17юп III.
Анализ результатов исследований показывает, что на режущих кромках фрез, закрепленных в цанговом
патроне, наблюдаются повреждения в виде сколов, значительный износ и затупление кромок происходит по задней грани. При установке фрезы в оправке с гидрозажимом сколы значительно меньше, что действительно связано с демпфированием гидропласта и поглощением вибраций инструмента при обработке.
На рис. 2 приведены фрагменты поверхности лезвия фрезы, изготовленной из материала образца под № 1 (а, б) и № 4 (в, г). Время обработки для образца под № 1 при закреплении в цанговом зажиме (а) составило 60 мин, при закреплении в оправке гидропластом (б) - 85 мин; для образца под № 4 при закреплении в цанговом зажиме (в) - 72 мин, при закреплении в оправке с гидропластом (г) - 95 мин.
Таким образом, на основе проведенных исследований следует заключить, что при закреплении инструмента в оправке с гидрозажимом обеспечивается минимальное радиальное биение и увеличивается стойкость инструмента. На основании результатов проведенных исследований разработаны рекомендации по использованию оправок с гидрозажимом в условиях производства.
Библиографические ссылки
1. Перминов А. Н., Давыдов В. А. Состояние и перспективы космической деятельности Российской Федерации // Полет. 2006. № 12. С. 3-6.
2. ГОСТ 3882-74. Сплавы твердые спеченные. Марки. М. : Сандартинформ, 2008. 10 с.
3. Беляев С. К., Григорьев С. Н., Маслов А. Р. Инструмент для современных технологий : справочник / под общ. ред. А. Р. Маслова. М. : Изд-во ИТО, 2005. 248 с.
4. Каталог фирмы Hoffmann Group. GARANT. Справочник по обработке резанием [Электронный ресурс]. 2016. 857 с. URL: www.garant-tools.com.
5. Каталог компании SCHUNK. Инструментальные оправки [Электронный ресурс]. 2016. 294 с. URL: www. schunk. com.
References
1. Perminov A. N., Davydov V. A. Sostoyaniye i perspektivy kosmicheskoy deyatel'nosti Rossiyskoy Federatsii // Polet, 2006. № 12. Р. 3-6.
2. GOST 3882-74. Splavy tverdyye spechennyye. Marki. M. : Sandartinform, 2008. 10 р.
3. Belyayev S. K., Grigor'yev S. N., Maslov A. R. Instrument dlya sovremennykh tekhnologiy: Spravochnik/ Pod obshch. red. A. R. Maslova. M. : Izd-vo ITO, 2005. 248 р.
4. Katalog firmy Hoffmann Group. GARANT. Spravochnik po obrabotke rezaniyem. 2016. 857 р. Available at: www.garant-tools.com.
5. Katalog kompanii SCHUNK. Instrumental'nyye opravki. 2016. 294 s. Available at: www. schunk. com.
© Мак И. Н., Попов Д. Н., Савин Д. И., Вайлов А. В., Амельченко Н. А., 2017
