Повышение режущих свойств инструмента при обработке резанием жаропрочных сплавов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

в ней. Применение ультразвукового прессования позволяет повысить предел прочности на 15%, модуль упругости — на 23%, при этом скорость изнашивания снижается на 23%, а коэффициент трения — на 15%.

Библиографический список

1. Ерёмин, Е. Н. Совершенствование технологии изготовления подшипников скольжения из композиционных материалов на основе политетрафторэтилена / Е. Н. Ерёмин, Д. А. Негров // Технология машиностроения. — 2010. — № 1. — С. 30 — 32.

2. Негров, Д. А. Влияние параметров ультразвукового прессования на механические и триботехнические свойства структурно-модифицированного политетрафторэтилена / Д. А. Негров, Е. Н. Ерёмин // Омский научный вестник. — 2009. — №2(80). — С. 58-60.

3. Петрова, П. Н. Разработка полимерных композитов на основе политетрафторэтилена с повышенной износостойкостью для узловсухого трения / П. Н. Петрова, А. Л. Федоров // Вестник машиностроения. — 2010. — №9. — С. 50 —53.

4. Шаталова, И. Г. Физико-химические основы вибрационного уплотнения порошковых материалов / И. Г. Шаталова, П. С. Горбунов, В. И. Лихтман. - М.: Наука, 1966. - 98 с.

5. Schltgel Н. Plaste u. Kautschuk, 1976, Bd. 23, № 5, S. 362.

6. Михайлин, Ю. А. Термоустойчивые полимеры и полимерные материалы / Ю. А Михайлин. — СПб.: Профессия, 2006. — 624 с.

НЕГРОВ Дмитрий Анатольевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Материаловедение и технология конструкционных материалов». ЕРЕМИН Евгений Николаевич, доктор технических наук, профессор и заведующий кафедрой «Оборудование и технология сварочного производства», декан машиностроительного института. Адрес для переписки: 644050, г. Омск, пр. Мира, 11.

Статья поступила в редакцию 09.03.2011 г. © Д. А. Негров, Е. Н. Ерёмин

УДК 669:621.91.02 В. С. КУШНЕР

А. Н. ЖАВНЕРОВ А. В. УДОДОВА

Омский государственный технический университет

ПОВЫШЕНИЕ РЕЖУЩИХ СВОЙСТВ ИНСТРУМЕНТА ПРИ ОБРАБОТКЕ РЕЗАНИЕМ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ

Проанализированы основные направления совершенствования твердых сплавов. Показано, что уменьшение размеров карбидных зерен эффективно для повышения работоспособности инструмента при обработке никелевых сплавов и неэффективно для титановых сплавов. Выявлены особенности распределения температур и удельных касательных сил при обработке резанием жаропрочных титановых и никелевых сплавов. Даны рекомендации по назначению предварительного притупления и критериев износа по задней поверхности.

Ключевые слова: твердые сплавы, жаропрочные сплавы, геометрия режущего инструмента.

Задачи повышения режущих свойств инструмента, определения рациональных геометрических параметров, формы режущего инструмента, режимов резания относятся к числу наиболее актуальных в области авиа-двигателестроения.

Известно, что идеальный режущий материал для повышения износостойкости должен обладать высокой твердостью, а для уменьшения пластических деформаций и повышения формоустойчивости режущего лезвия — высокими прочностными характеристиками. Эти характеристики должны сохраняться при высоких температурах и контактных нагрузках [1]. Условия термомеханического нагружения режущего лезвия зависят от свойств обрабатываемого материала, формы режущего инструмента и режимов резания. Одним их основных направлений повышения эффективности обработки жаропрочных сплавов резанием было и остается совершенствование инструментальных материалов. Однако, наряду с этим,

большую роль играют правильный выбор формы, геометрических параметров режущего лезвия и режимов резания.

В настоящей статье проблема повышения работоспособности режущих инструментов рассматривается не только с позиций совершенствования инструментального материала, но и с учетом особенностей обработки никелевых и титановых сплавов.

Увеличение прочности обычно достигается повышением содержания связки (кобальта) (рис. 1). Однако с увеличением массового содержания в твердом сплаве кобальта, хотя и увеличивается прочность на изгиб, но уменьшается твердость сплава [2].

Компенсация уменьшения твердости при повышении массового содержания связки может быть достигнута уменьшением размеров карбидных зерен ШС [2] (рис.2).

Благодаря технологиям уменьшения размеров карбидных зерен, в 70-е годы прошлого века были

Таблица 1

Классификация структур современных твердых сплавов

№ Наименование структуры Размер зерен, цт

1 Ультрамелкая 0,3-0,5

2 Экстрамелкая 0,5-0,9

3 Мелкая 1,0-1,3

4 Средняя 1,4-2,0

5 Среднекрупная 2,1-3,4

6 Крупная 3,5-5,0

7 Экстракрупная 5,0-7,9

Б <п2°°°

I §1800 |.ю-1600 I £ 1400

<D S

g со 1200

Р; ^ 1000

»

Г V

/

созданы сплавы типа ВКЮ-ОМ, ВКЮ-ХОМ, оказавшиеся значительно более эффективными при обработке жаропрочных никелевых сплавов, чем другие сплавы вольфрамокобальтовой группы (ВК6, ВК6М, ВК8).

Анализ современных тенденций совершенствования твердых сплавов, предназначенных для обработки резанием жаропрочных никелевых сплавов, показывает, что они также связаны с разработкой сплавов на основе мелко- и ультрадисперсных структур. В табл. 1 представлена принятая в странах Евросоюза классификация структур современных твердых сплавов [3].

Согласно данным работы [3], уменьшение размеров основной фракции карбидных зерен вольфрамо-кобальтовых твердых сплавов с примерным содержанием связки 10% (по массе) позволяет существенно (более чем в 1,5 раза) увеличить твердость инструментального материала HV30 при некотором снижении его вязкости.

Твердые сплавы с меньшими размерами карбидных зерен принято считать более износостойкими [3]. Однако при обработке титановых сплавов и аустенит-ных сталей мелкозернистые твердые сплавы ВКЮ-ХОМ в наших опытах показали примерно такую же износостойкость, как и стандартные вольфрамоко-бальтовые твердые сплавы ВК8 с более крупными карбидными зернами (рис. 3).

При фрезеровании жаропрочного никелевого сплава сплавы с одинаковым содержанием кобальта, но с более мелкими карбидными зернами имели значительно меньшие интенсивности изнашивания по пути резания (рис. 4).

Различное влияние размеров карбидных зерен на изнашивание режущего лезвия при резании титановых и никелевых сплавов может быть связано с тем, что при резании никелевых сплавов образуется сливная (или близкая к сливной) стружка, тогда как для точения титановых сплавов характерно образование элементной стружки. Расчеты температуры и удельных касательных сил выполненные по программам, разработанным на основе термомеханического подхода [ 1 ], свидетельствуют о том, что для обработки жаропрочных никелевых сплавов характерны более высокие температуры и удельные касательные силы на передней поверхности, а также высокие температуры задней поверхности на «остром» режущем лезвии (рис. 5,6).

Для обработки титановых сплавов характерно увеличение температуры задней поверхности с ро-

3 6 10 Содержание кобальта, i

а)

15000 14000 13000 12000 11000 10000

\

4 8 15

Содержание кобальта. % 6)

Рис. 1. Влияние содержания связки (кобальта) в вольфрамокобальтовых твердых сплавах на предел прочности на изгиб о и и твердость НУ

е-

о С

£8

Ф <0 CL з: 1=

6000 5500 5000 4500 4000 3500

• ^

Л

\

z 17000 16000

г 15000 ё 14000 g 13000 ш 12000

\

ч

0.5 1 1.9 5,3 Размер зерна, мкм

а)

0,5 1 1.9 Размер зерна, мкм

б)

Рис. 2. Влияние размеров карбидных зерен \УС иа предел прочности при сжатии и на твердость НУ

со о о 1.2

X т 1

s 0.8

о 5 чо Щ. -й- 2 0.6

<п U,4

X CL 0.2

X 3 0

0 -к-

0 300 600 900 1200 1500 1800 Путь резания, м

-ВТ1-ВК8

-ВТ1 - ВКЮ-ОМ

Рис. 3. Зависимости ширины фаски износа от пути резания при точении титанового сплава ВТ1 аЬ= 1000 МПа резцами ВК8 и ВКЮ-ОМ, v = 50 м/мин, s= 0,1 мм/об, t = 2 мм, у = 10°, q> = 60°, г= 1 мм

2 2

со о о

б 0,6 <п

-е-

5 0,4

0,2

У

40

80

160

315

Путь резания, м

Рис. 4. Зависимости ширины фаски износа от пути резания

и интенсивности изнашивания инструмента от размера карбидных зерен при фрезеровании сплава ХН73МБТЮ-ВД аь= 1360 МПа (v=25 м/мин, SZ = 0,125 мм, t= 1 мм, q> = 45°) -0- однозубой фрезой ВК8, -П- ВКЮ-ХОМ, -Д-УД-Ю

стом ширины фаски износа с последующим замедлением роста в области высоких температур (превышающих 1200°С).

В соответствии с полученными результатами можно предположить, что при обработке резанием никелевых сплавов необходимо в первую очередь

0,025 0.125 0.225 Длина контакта, мм

0 0.2 0.4 0,6 0.8 Координата задних поверхностей

1200 1000 Ь , 800

о ИГ

600 400 200 0

х ч a. g

(U р-

i»-

Рис. 5. Распределения температуры по передней и задней поверхностям режущего лезвия при точении никелевого сплава -П - ХН73МБТЮ-ВД (сть= 1360 МПа, у = 25 м/мин, 8 = 0,125 мм, 1 = 1 мм, р = 45°) и титанового сплава -О- ВТ1 (о„= 1000 МПа, у = 50 м/мин, 8 = 0,1 мм/об, 1 = 2 мм, у = 10°, р = 60°, г — 1 мм)

увеличивать сопротивление режущего лезвия пластическим деформациям, тогда как при резании титановых сплавов следует повышать износостойкость инструментального материала и ограничивать критерии затупления меньшими значениями ширины фаски износа задней поверхности (до 0,3 — 0,4 мм).

Полученные данные о распределении температур на задней поверхности объясняют тот факт, что при обработке жаропрочных сплавов на никелевой основе предварительное притупление задней поверхности положительно влияет на работоспособность инструмента, тогда как обработку титановых сплавов целесообразнее производить острыми резцами.

Библиографический список

1. Васин, С. А. Резание материалов: Термомеханический подход к системе взаимосвязей при резании: учеб. для техн. вузов / С. А. Васин, А. С. Верещака, В. С. Кушнер. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2001. - 448 с.

2. Лошак, М. Г. Прочность и долговечность твердых сплавов/ М. Г. Лошак. — Киев : Наукова думка, 1984. — 328 с.

3. Разработка и исследование ультрадисперсного твердого сплава для операций фрезерования труднообрабатываемых

0,025 0,075 0,125 0,175 0,225 0,275 Длина контакта, мм Рис. 6. Распределения удельных касательных сил по передней поверхности при точении никелевого сплава -П - ХН73МБТЮ-ВД (сть= 1360 МПа, у=25 м/мин, в = 0,125

мм, 1=1 мм, р = 45°) и титанового сплава -0- ВТ1 (оь= 1000 МПа, у=50 м/мин, 8 = 0,1 мм/об, 1 = 2 мм, у= 10°, Ч> = 60°, г = 1 мм)

материалов, используемых в авиационном двигателестроении / А. С. Верещака [и др.] // Технологические процессы в машиностроении (технология конструкционныхматериалов): усиление связей фундаментальной и технологической подготовки в техническом университете : матер. Межрегион, науч.-метод. семинара. — Омск: Изд-во ОмГТУ, 2006. - С. 88-96.

КУШНЕР Валерий Семёнович, доктор технических наук, профессор (Россия), профессор, заведующий кафедрой «Материаловедение и технология конструкционных материалов».

ЖАВНЕРОВ Алексей Николаевич, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры «Материаловедение и технология конструкционных материалов».

УДОДОВА Анастасия Владимировна, магистрант кафедры «Материаловедение и технология конструкционных материалов ».

Адрес для переписки: e-mail: [email protected]

Статья поступила в редакцию 02.03.2011 г. © В. С. Кушиер, А. Н. Жавнеров, А. В. Удодова

Книжная полка

УДК629.7/Р19

Ракетно-космическая эпоха. Памятные даты: ист. справ. / ред. совет: А. Н. Перминов [и др.]. - 4-е изд., доп. и уточн. - М.: Палитра плюс, 2009. -367 с. - ISBN 978-5-94428-066-4.

В книге указаны даты запусков ракет-носителей, космических аппаратов и пилотируемых космических кораблей, даты жизни и краткая информация о заслуженных специалистах и ветеранах отечественной космической отрасли, а также отдельные сравнительные факты истории мировой космонавтики. Приведена краткая информация об истории ведущих предприятий космической промышленности, о баллистических ракетах и космодромах.

УДК 621.791 /Т38

Технология сварки плавлением и термической резки металлов [Текст]: учеб. пособие для вузов по специальности «Металлургия сварочного производства» / В. А. Фролов [и др.]; под ред. В. А. Фролова. - М.: Альфа-М: | ИНФРА-М, 2011. - 445 с. - ISBN 978-5-98281-223-0. - ISBN 978-5-16-004512-2.

Изложены современные представления о природе образования сварного соединения и свариваемости металлов. Рассмотрены технологические особенности основных методов сварки плавлением и термической ре-§ зки конструкционных материалов. Приведены основные характеристики современных свариваемых и сва-рочных материалов. Даны рекомендации по технологии сварки металлов и характеристики современного | сварочного оборудования.