CC BY
222
100-
75
50-
25-
Рис. 4. Относительный коэффициент шлифо-
вания Кш
при шлифовании сплава ХН77ТЮ
— стандартный круг
с глубиной t = 0,04 мм: | | — круг «Аэробор 25»;
Заключение
Разработаны круги из эльбора с порами, размеры которых значительно превышают размеры пор в стандартных кругах. Увеличение размеров пор способствует лучшему размещению стружки и тем самым уменьшает интенсивность засаливания кругов. Создание вы-
сокопористых кругов из эльбора и освоение их производства на Петербургском абразивном заводе «Ильич» позволяет расширить область их применения на жаропрочные и другие высокопластичные сплавы, а также улучшить условия охлаждения зоны шлифования.
Литература
1. Худобин Л. В., Унянин А. Н. Минимизация засаливания шлифовальных кругов / Под ред. Л. В. Худобина. Ульяновск: УлГТУ, 2007. 298 с.
2. Богомолов Н. И. Основные процессы при взаимодействии абразива и металла: дис. ... д-ра техн. наук. Киев, 1967.
3. Kremen Z. I. A new generation of high-porous vitrified CBN wheels // Industrial Diamond Review. 2003. N 4. P. 53-56.
4. Старков В. К. Шлифование высокопористыми кругами. М.: Машиностроение, 2007. 688 с.
5. Бокучава Г. В. Трибология процесса шлифования. Тбилиси: Сабчота Сакартвело, 1984. 238 с.
6. Корчак С. Н. Производительность процесса шлифования стальных деталей. М.: Машиностроение, 1974. 280 с.
7. Вентцель Е. С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1964. 574 с.
Кш.отн> %
0
УДК 621.9
Применение высокопроизводительного режущего инструмента при механической обработке жаропрочных сплавов на никелевой основе
Т. Б. Кочина
Ключевые слова: труднообрабатываемые жаропрочные сплавы на никелевой основе, минералокера-мические режущие инструменты.
Ответственные изделия из труднообрабатываемых жаропрочных сплавов составляют представительный класс изделий энергомашиностроения, авиационной промышленности, транспортного машиностроения, котло- и турбостроения. К их числу относятся лопатки паровых, газовых турбин и компрессоров, крыльчатки, лабиринтные уплотнения, диски сложного поверхностного очертания, резервуары, полости, обтекатели и другие аналогичные изделия [1-4]. Повышение требований надежности к машинным агрегатам и их компонентам пред-
полагает применение жаропрочных труднообрабатываемых материалов.
Известно, что наиболее низкие скорости резания достигаются при обработке сплавов на никелевой (Ni) основе, которые являются труднообрабатываемыми материалами. Для систематизации экспериментальных данных по обработке резанием большого количества данных сталей и сплавов их можно разбить на четыре группы [8]:
1. Нержавеющие и жаропрочные стали, содержащие большое количество хрома Cr и никеля Ni и малое количество других
МЕТ^^ШБ^КА
ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ РЕЗАНИЕМ
легирующих элементов (Ti, Si и др.). Это стали Х18Н9Т, Х18Н12Т, Х23Н18, 4Х14Н14В2М, Х15Н9Ю и др. По технологическим характеристикам данные стали близки к аусте-нитным, а по прочности — к мартенситным сталям. Скорость резания твердым сплавом v = 120...150 м/мин, при обработке быстрорежущей сталью — 25.35 м/мин. Коэффициент обрабатываемости kv, учитывающий влияние физико-механических свойств обрабатываемого металла на скорость резания по отношению к стали 45 (ГОСТ 1050-88), равен 0,5.
2. Жаропрочные и окалиностойкие слож-нолегированные стали аустенитного класса, содержащие в большом количестве Сг и Ni и в меньшем количестве Mn, Мо и другие легирующие элементы. К этим сталям относятся: 4Х12Н8Г8МФБ, 10Х16Н25АМ6, 12Х25Н16Г7АР, 10Х11Н20Т3Р, 15Х18Н12С4ТЮ и др. Для них kv = 0,23.0,30. Скорость резания твердым сплавом v — 50. 80 м/мин, быстрорежущей сталью — 15.20 м/мин.
3. Жаропрочные деформируемые сплавы на железо-никелевой и никелевой основе. По химическому составу они принадлежат к сложнолегированным. К ним относятся: ХН77ТЮ, ХН77ТЮР, ХН35ВТЮ, ХН70ВМТЮ, ХН67ВМТЮ, ХН62ВМЮТ, ХН75ВМФЮ и др. Подобные сплавы широко распространены за рубежом: Nimonik (Великобритания), Inconel-718, Inco 550, Diskaloy 24 (США) и др. Обрабатываемость их резанием низкая, в 10-12 раз меньше, чем у стали 45. Скорость резания при обработке инструментами из твердых сплавов — 15.45 м/мин, а инструментами из быстрорежущей стали — 5.12 м/мин.
4. Жаропрочные литейные сплавы на никелевой основе, сложнолегированные сплавы, например ВЖ36-Л2, ЖС6-К, ЖС3ДК-ВИ, работающие при температуре 900-1000 °С. Скорость резания при обработке этих сплавов в 12-15 раз ниже, чем при обработке стали 45, a kv = 0,04.
Таким образом, большая группа хромонике-левых материалов может быть разбита на четыре основные подгруппы. Количество химического элемента Ni увеличивается от 9-12 % в первой подгруппе до 90 % в четвертой. Одновременно происходит снижение допустимой при обработке скорости резания от 120.150 м/мин до 4... 5 м/мин.
Сопоставляя режущие свойства инструментов из твердых сплавов групп ВК и ТТК, марки которых являются наилучшими по обрабатываемости жаропрочных сплавов, можно отметить, что легирование карбидообразу-ющими элементами дает возможность изменить режущие свойства (стойкость и про-
изводительность обработки) незначительно. Нанесение покрытий на инструментальные материалы из твердых сплавов позволяет увеличить стойкость пластин в 2-3 раза, при этом на качество покрытий влияет множество факторов: толщина покрытия, прочность сцепления покрытия с основой, прочность на изгиб и другие показатели. Анализ литературы показывает, что эффективность использования твердосплавного инструмента при обработке жаропрочных сплавов ограничена их предельными теплофизическими возможностями [3, 4]. Данное явление существенно ограничивает скорости резания. Необходимы новые решения, обеспечивающие форсирование режимов резания. В таком качестве предлагается рассматривать возможности применения для обработки жаропрочных сплавов инструментами на основе сверхтвердых материалов и минералокерамики.
В настоящее время существует чрезвычайно много разнообразных синтетических твердых материалов на основе плотных модификаций нитрида бора. Различия между ними определяются технологией получения, структурой и основными физико-механическими свойствами. Накоплен большой опыт использования инструментов из синтетических сверхтвердых материалов на основе нитрида бора: композитов для обработки закаленных сталей, чугунов любой твердости и цветных металлов, а также жаропрочных сплавов [5]. Использование кубического нитрида бора (КНБ) для обработки никелевых сплавов впервые рассмотрено в работах, выполненных под руководством С. С. Силина и его коллег [6].
При внедрении высокоскоростной обработки к инструментальным материалам предъявляют несколько основных требований: высокая теплостойкость и химическая инертность по отношению к компонентам обрабатываемого материала. По этим двум характеристикам режущий минералокерамический инструмент не уступает синтетическим сверхтвердым материалам, в то же время пластины из минера-локерамики в десятки раз дешевле и позволяют снимать значительный припуск, что невозможно при использовании пластин из КНБ. Поэтому успехи, достигнутые при высокоскоростной обработке жаропрочных сплавов на никелевой основе, можно считать обнадеживающими. Они открывают пути для дальнейшего исследования обрабатываемости никелевых сплавов минералокерамическими режущими инструментами.
Отечественные и зарубежные ученые ведут интенсивные работы в целях расширения сферы применения металлообрабатывающего
инструмента, оснащенного режущими сменными многогранными пластинами из керамики различных марок. Здесь необходимо отметить успехи, достигнутые мировыми лидерами в инструментальной промышленности Tungaloy, Sandvic и др.
У металлокерамики есть ряд преимуществ: повышение производительности и качества обработки, стабильность цен и практически неограниченные сырьевые ресурсы исходного материала. Обработка сплавов на никелевой основе (Inconel 718, Nimonik 75, Inkaloy 901 и др.) производится с применением мине-ралокерамических пластин различных групп. Скорость резания v = 100...750 м/мин при подачах S = 0,075.0,400 мм/об и глубинах резания t = 1,0.6,5 мм.
Керамики отличаются химическим составом и методом производства, их применяют в разных областях. В литературе показано, насколько многообразно применение минера-локерамики для обработки различных материалов [7]. Исследования и опыт внедрения инструментов с пластинами из керамики позволяют рекомендовать использовать ее в ряде сфер применения.
Оксидная (чистая, белая) керамика состоит в основном из оксида алюминия AI2O3 и легирующих добавок (MgO, ZrO2 и др.). Пластины получают холодным прессованием с последующим спеканием. Процесс экономичен, стоимость таких пластин минимальна. В состав пластин не входят дефицитные материалы. Недостаток — относительно небольшая прочность, но твердость и красностойкость высокие. Керамика ВО-13, ЦМ-322, ВШ-75 предназначена для чистовой и получистовой обработки нетермообработанных сталей, серых чугунов с высокими скоростями резания.
Оксидно-карбидная (смешанная, металлическая, черная) керамика состоит из оксида алюминия AI2O3 (до 60 %), карбида титана TiC (до 20-40 %), диоксида циркония ZrO2 (до 20-40 %) и других карбидов тугоплавких металлов с некоторыми легирующими добавками. Пластины получают горячим прессованием в графитовых пресс-формах. Процесс изготовления трудоемок. Наиболее известными марками керамики этой группы являются В0К-60, ВОК-63, В3, ВОК-71, ВОК-95С, 0НТ-20 и др.
В результате анализа современных зарубежных и отечественных инструментов из мине-ралокерамики для обработки сплавов на ни-
келевой основе удалось выявить наиболее эффективные среди них:
• M101S (Tungaloy, Япония);
• KY4300 (Kennametall, США);
• CC670 (Sandvik, Швеция);
• ТВИН-200, ВОК-95С (Всероссийский научно-исследовательский и проектный институт тугоплавких металлов и твердых сплавов, Россия).
С учетом достигнутых зарубежными и отечественными исследователями успехов можно утверждать, что нужны дальнейшие комплексные исследования различных марок режущей керамики, геометрических параметров пластин, областей рациональных режимов резания с целью внедрить в производство эффективные технологические процессы обработки никелевых сплавов минералокерамическим режущим инструментом.
Литература
1. Дальский А. М., Суслов А. Г., Назаров Ю. Ф. и др. Технология изготовления деталей машин // Машиностроение: Энциклопедия: В 40 т. М.: Машиностроение, 2000. Раздел III. Т. III-3.
2. Васильев Б. П., Коваль В. А., Конаков В. В. и др. Основы проектирования газотурбинных двигателей и установок. Харьков: Контраст, 2005. С. 376.
3. Верещака А. С., Волин Э. М., Вакид X. Режущие инструменты с композиционными покрытиями для обработки различных конструкционных материалов // Вестник машиностроения. 1984. № 8. С. 32-35.
4. Зубарев Ю. М. Современные инструментальные материалы. СПб.: Лань, 2008. 224 с.
5. Панов А. А. Режущий инструмент из синтетических сверхтвердых материалов и керамики // Вестник машиностроения. 1990. № 1. С. 54-56.
6. Силин С. С., Макаров В. Н., Проскуряков С. Л. Аналитическая модель процесса резания при высокоскоростной обработке жаропрочных сплавов // Математическое обеспечение и автоматическое управление высокопроизводительными процессами механической и физико-химической обработки изделий машиностроения: Тез. докл. Росс. науч.-техн. конф. Ярославль, 1988. С. 21-23.
7. Жедь В. П., Боровский Г. В., Музыкант Я. А. Режущие инструменты, оснащенные сверхтвердыми и керамическими материалами, и их применение: Справочник. М.: Машиностроение, 1987. 320 с.
8. Подураев В. Н. Резание труднообрабатываемых материалов: Учеб. пос. для вузов. М.: Высшая школа, 1974. 591 с.
