CC BY
63
УДК 621.910.71:669.295
Е.К. Березовский
Запорожский национальный технический университет, г. Запорожье, Украина
ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ ЧИСТОВОГО ВЫСОКОСКОРОСТНОГО ФРЕЗЕРОВАНИЯ НА ПАРАМЕТРЫ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ОБРАЗЦОВ ИЗ ТИТАНОВОГО СПЛАВА ВТ 6
В работе установлено влияние режимов чистового высокоскоростного фрезерования на параметры качества поверхностного слоя и силу резания при обработке образцов из титанового сплава ВТ6.
Представлены математические модели уравнениями линейной регрессии зависимостей параметров качества поверхностного слоя и силы резания от величины подачи на зуб фрезы и скорости резания.
Показано распределение остаточных напряжений по глубине поверхностного слоя образцов.
Ключевые слова: чистовое высокоскоростное фрезерование, параметры качества, поверхностный слой, остаточные напряжения, шероховатость поверхности, степень наклепа, средний шаг неровностей, сила резания, подача на зуб, скорость резания, математическая модель.
Введение
В настоящее время в авиадвигателестрое-нии значение высокоскоростного фрезерования значительно возросло, что связано с появлением сложнопрофильных деталей в конструкции авиадвигателей из труднообрабатываемых титановых и никелевых сплавов [1, 2].
Учитывая влияние поверхностного слоя деталей газотурбинных двигателей (ГТД), работающих в условиях циклического нагружения, особенно актуальным является обеспечение при высокоскоростном фрезеровании не только параметров точности, но и параметров качества поверхностного слоя.
Поэтому важным является исследование влияния режимов чистового высокоскоростного фрезерования на параметры качества по-
Микроструктура титанового сплава ВТ6 образцов проверена на макротемплетах, изготовленных по сечению штамповок в продольном направлении. Микроструктура соответствует 2а типу, при норме 1 — 6а тип шкалы №1 ОСТ 1 90002-86 (рис. 1).
© Е.К. Березовский, 2016
верхностного слоя деталей ГТД из титановых сплавов.
Цель работы — оценка влияния режимов чистового высокоскоростного фрезерования на параметры качества поверхностного слоя образцов из титанового сплава ВТ6.
Объект исследования — образцы из титанового сплава ВТ6 после чистового высокоскоростного фрезерования.
Методы и методика проведения исследований
Исследование проводилось на стандартных образцах, применяемых для оценки параметров качества поверхностного слоя деталей ГТД в серийном производстве.
Образцы изготавливались из титанового деформируемого сплава ВТ6, химический состав которого представлен в табл. 1.
Для чистового попутного высокоскоростного фрезерования применялись концевые фрезы из материала ВКЮХОМ с геометрическими параметрами: радиус фрезы, г = 4 мм; число зубьев — 4; передний угол, у = 20°; задний угол, 2...6°; угол подъема винтовой канавки, ю = 36°;
Таблица 1
Химический состав ВТ6, %
Бе С V N Т1 А1 гг О Н Примесей
до 0,3 до 0,1 до 0,15 3,5.5,3 до 0,05 86,485 . „91,2 5,3.6,8 до 0,3 до 0,2 до 0,015 прочих 0,3
глубина фрезерования, И = 0,5 мм; ширина строки — 0,5 мм; угол наклона оси инструмента — 6°.
Рис. 1. Микроструктура титанового сплава ВТ6 образцов перед высокоскоростным фрезерованием
Диапазоны изменения режимных параметров:
- скорость резания, V = 35...95 м/мин;
- подача на зуб, = 0,02...0,09 мм/зуб.
В ходе проведения экспериментальных исследований определялись значения параметров качества поверхностного слоя и сила резания:
- среднее арифметическое отклонение профиля, Яа, мкм;
- средний шаг неровностей профиля, 8т, мкм;
- степень наклепа поверхностного слоя материала образца, 5И, %;
- остаточные напряжения на поверхности образца после чистового высокоскоростного
фрезерования, ст™®, МПа;
- микроструктура поверхностного слоя образцов после высокоскоростного фрезерования;
- сила резания, Р, Н.
Чистовая обработка образцов из титанового сплава ВТ6, высокоскоростным фрезерованием производилась на обрабатывающем центре ТшЪотШ-1200в.
Результаты исследований и их обсуждение
Установленные зависимости параметров:
Яа, 8т, 5Н, ст™®, Р от величины подачи на зуб, математически представлены уравнениями линейной регрессии вида:
Яа=1,46 + 2,2382; вд, = 0,11 + 1382; 5Н = 2,5 + 19582; сто™ = -649,3 + 690082; Р = -0,5 + 47082.
(1)
Геометрическая интерпретация уравнений (1) линейной регрессии показана на рис. 2.
5Н, % 18
14
10
6
Эш, мкм 1,1
0,9
0,7
0,5
0,3
0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 Бг, ММ/зуб
ст™% МПа -500
-400
-300
-200
-100
Рис. 2. Влияние подачи на зуб на параметры качества поверхностного слоя образцов и силу резания при чистовом
высокоскоростном фрезеровании
С увеличением подачи на зуб, 82 в диапазоне от 0,02 до 0,09 мм/зуб, л 5н и Р прямо пропорционально увеличиваются. При этом увеличивается от 1,5 до 1,65 мкм; 8т — от 0,37 до 1,2 мкм; 8Н - от 6,3 до 18 %; Р - от 9,0 до 40 Н, что не противоречит [3].
Остаточные напряжения, а™® являются сжимающими и пропорционально снижаются от 512 до -114 МПа.
Схема действия сил на режущую кромку фрезы при высокоскоростном фрезеровании образца показана на рис. 3.
Рис. 3. Схема действия сил на режущую кромку фрезы при высокоскоростном фрезеровании образца
1 — инструмент; 2 — деталь; 3 — стружка; 3а — положение стружки при ВСФ; 4 — плоскость резания; р вания; др — увеличение угла скалывания; р^ — касательная сила, Н; рп — нормальная сила, Н; Р — результирующая сила, Н
11а = 1,48 + О,0069У;
Установленные зависимости
"■а> "ш' иост> 1
от скорости резания V в принятом в эксперименте диапазоне изменения математически представлены уравнениями линейной регрессии вида:
угол скалы-
8^=0,61;
8Н = 11,74 + 0,076V; О™» = -636 + 3,93V; Р = 19,0 + 0,018У.
(2)
Геометрическая интерпретация уравнений (2) линейной регрессии показана на рис. 4.
8Н, % 18
14
10
вш, мкм
1Д 0,9 0,7 0,5
2 0,3 1,2
65 80
V, м/мин
8 ^-100
МПа
-500
-400
-300
-200
Рис. 4. Влияние скорости резания на параметры качества поверхностного слоя образца и силу резания при чистовом
высокоскоростном фрезеровании
С увеличением скорости резания V в диапазоне от 35 до 95 м/мин, увеличивается
от 1,72 до 2,3 мкм. 8т и Р практически не изменяются с увеличением скорости резания.
Остаточные напряжения, с™® являются сжимающими и пропорционально снижаются от — 500 до — 350 МПа.
На рис. 5 показано распределение остаточных напряжений стост по глубине поверхност-
ного слоя образцов после чистового высокоскоростного фрезерования.
0
-100
СИ
§ -200
6 -300
-400
10
Ь, мкм 20
30
40
1
\2_
--- X___
Рис. 5. Распределение остаточных напряжений по глубине поверхностного слоя 1 — образцы из титанового сплава ВТ6: 2 — образцы из титанового сплава ВТ8-1
В поверхностном слое наводятся остаточные напряжения сжатия с глубиной распространения от 30 до 40 мкм.
Микроструктура поверхностного слоя образцов после высокоскоростного фрезерования не изменяется и соответствует микроструктуре, представленной на рис. 1.
Выводы
1. Режимы чистового высокоскоростного
фрезерования: подача на зуб, 82 и скорость резания, V оказывают существенное влияние на параметры качества поверхностного слоя образцов из титанового сплава ВТ6.
2. С увеличением подачи на зуб, 82 в принятом в эксперименте диапазоне изменения параметры качества 8т, 8Н увеличиваются прямопропорцоинально увеличению подачи на зуб.
3. С увеличением скорости резания V в принятом в эксперименте диапазоне изменения, шероховатость обработанной поверхности
пропорционально увеличивается, а параметр 8т и сила резания Р не изменяются.
4. В поверхностном слое после чистового высокоскоростного фрезерования наводятся остаточные напряжения сжатия с глубиной распределения от 30 до 40 мкм.
5. С увеличением подачи на зуб и скорости резания величина остаточных напряжений на поверхности образцов прямопропорционально снижается.
6. Наклеп поверхностного слоя после чистового высокоскоростного фрезерования с увеличением подачи на зуб прямопропорционально увеличивается от 6,3 до 18%, а с увеличением скорости резания в принятом в эксперименте диапазоне изменения, наклеп поверхностного слоя увеличивается от 14 до 18%.
Список литературы
1. Богуслаев В.А. Технологическое обеспечение эксплуатационных характеристик деталей ГТД. Лопатки компрессора и вентилятора. [Текст] / [В.А. Богуслаев, Ф.М. Муравченко, П.Д. Жеманюк, А.Я. Качан и др.]. — 4.1. — Запорожье: АО «Мотор Сич», 2003. — 353 с.
2. Качан А.Я. Технология обработки осевых моноколес высокоскоростным фрезерованием [Текст] / А.Я. Качан, С.А. Петров,
B.А. Панасенко [и др.] // Авиационно-космическая техника и технология. — 2006. - № 9(35). - С. 12 - 18.
3. Болсуновский С.А. Расчетная оценка и экспериментальное измеренение усилий резания для чистовой высокоскоростной фрезерной обработки компрессорной лопатки ГТД [Текст] / С.А. Болсуновский, В.Д. Вермель, Г.А. Губанов [и др.] // Авиационо-космическая техника и технология. — 2012. — № 10(97). —
C. 16 - 19.
Поступила в редакцию 31.05.2016
Березовський 6.К. Вплив режим1в чистового високошвидюсного фрезерування на параметри якосп поверхневого шару зразюв з титанового сплаву ВТ6
У робот1 встановлено вплив режим1в чистового високошвидкюного фрезерування на параметри якост1 поверхневого шару I силу р^зання при обробщ зразшв з титанового сплаву ВТ6.
Представлено математичш модели р^вняннями лшйно1 регресИ залежностей параметр1в якост1 поверхневого шару I сили р^зання в1д величини подач1 на зуб фрези I швидкост^ р^зання.
Показано розподш залишкових напруг по глибиш поверхневого шару зразк1в.
Ключов1 слова: чистове високошвидкюне фрезерування, параметри якост1, поверхневий шар, залишков1 напруги, шорстксть поверхш, стутнь наклепу, середнш крок нер1вностей, сила р^зання, подача на зуб, швидксть р^зання, математична модель.
Y.K.Berezovsky. Influence of high-speed fine mill conditions on qualitative characteristics of BT6 titanium alloy specimens' surface coat
This investigation describes the influence of high-speed fine mill conditions on qualitative characteristics of surface coat and tool-workpiece load during BT6 titanium alloy specimens processing.
Mathematical models are presented in the form of equations of linear regression showing the function of surface coat qualitative characteristics and tool-workpiece load to the tooth loading and tool-cutting speed.
The distribution of residual strain through the specimens surface coat depth is demonstrated.
Key words: high-speed fine milling, qualitative characteristics, surface coat, residual strain., surface finish,peening degree, average pitch of roughness, tool-workpiece load, tooth loading, tool-cutting speed, mathematical model.
