Обеспечение заданной стойкости твердосплавных фрез на этапе проектирования
научный журнал «Актуальные исследования» #9 (12), май '20

Обеспечение заданной стойкости твердосплавных фрез на этапе проектирования

В статье выделены основные группы методов обеспечения стойкости, а также рассмотрены пути обеспечения стойкости твердосплавного инструмента на этапе проектирования. На примере оптимизационного алгоритма выбора параметров твердосплавной концевой фрезы представлена упрощенная схема работы алгоритма, параметры и результат решения оптимизационной задачи.

Аннотация статьи
стойкость
режущий инструмент
износостойкое покрытие
фреза концевая
Ключевые слова

Отечественный и зарубежный опыт показывает, что качество, точность, производительность и себестоимость изготовления изделий зависит от свойств применяемого режущего инструмента. Даже при использовании прогрессивного станочного оборудования с ЧПУ невозможно достичь высоких технико-экономических показателей процесса механической обработки без качественного режущего инструмента. Разнообразные условия его эксплуатации вызывают множество видов повреждений и отказов технологической системы, а скорости изнашивания инструмента значительно выше, чем скорости изнашивания деталей и узлов станков. Поэтому работоспособность технологической системы в целом в первую очередь зависит именно от качества применяемого инструмента. В металлообрабатывающей промышленности > 65% от общего количества брака выпускаемых деталей вызвано недостаточным качеством инструмента. При этом расходы на металлообрабатывающий инструмент могут доходить до 45 % от общих затрат на механическую обработку деталей. Роль режущего инструмента еще больше возрастает на операциях механической обработки, характеризующихся повышенными теплосиловыми нагрузками, а именно: при высокоскоростном резании, обработке деталей из закаленных, коррозионностойких, жаропрочных сталей и сплавов, а также различных композиционных материалов.

Анализ методов прогнозирования стойкости представленных в работах авторов [1-6] позволяет выделить 3-и основные группы в зависимости от этапа производственного процесса:

1. Методы прогнозирования стойкости на этапе проектирования

  • способ, основанный параметрической взаимосвязи геометрических характеристик инструмента и физико-механических характеристик инструментального материала от заданных ограничений системы СПИД.
  • компиляционный метод,
  • аналоговый метод.

способы, основанные на моделировании инструмента.

2. Методы прогнозирования стойкости на этапе изготовления инструмента:

  • способ, основанный на контроле фактических параметров режущего клина в процессе изготовления,
  • способы, основанные на моделировании процесса изготовления по УП.

3. Методы прогнозирования стойкости на этапе использования

  • способы, основанные на измерении некоторых характеристик процесса резания,
  • способы, основанные на математических моделях изнашивания режущих инструментов,
  • способы, основанные на связи стойкости инструмента с каким-либо физическим свойством инструментального материала, количественные характеристики которого могут быть измерены без проведения процесса резания.

Обеспечение качества инструмента на стадии проектирования основано на взаимосвязи стойкости металлорежущего инструмент с параметрами инструментального и обрабатываемого материала, геометрией режущего клина, свойствами износостойкого покрытия и параметрами технологического процесса: применяемое оборудование, состояние обрабатываемого материала, СТО и др.

Рассмотрим 1-й этап процесса и 1-ю группу методов применительно к обеспечению стойкости твердосплавной концевой фрезы.

Алгоритм влияния выбора параметров фрез представлен на рис. 1. Все параметрические зависимости для реализации оптимизационного алгоритма представлены в научных работах [1-7].


Рис. 1 Алгоритм выбора параметров фрезы

Таблица 1

№ п/п

Параметры выбора

Значение параметра

Примечание

1.

Обрабатываемый материал

Титановый сплав ВТ23

Класс: Титановый деформируемый сплав

σв- 1450-1600 МПа

1.1.

Режущий материал

Твердый сплав марки А04

Ультрамелкозернистый твердый сплав группы ВК производства АО «КЗТС»

2.

Применяемое оборудование

DMU85-FD

5-осевой фрезерный станок с ЧПУ

3.

Применяемая оснастка для установки инструмента

HSK-A100-EMC32-110

Силовой фрезерный патрон с конусом HSK 100.

4.

Наличие охлаждения зоны резания

Да

Внешний полив под давлением, ECOCOOL SOLUBLE 20 -20 – универсальная смазочно-охлаждающая жидкость

5.

Применяемая оснастка для закрепления заготовки

Тиски станочные HEAV-200

Тиски станочные с ручным приводом, удлинённые, прецизионной точности. Шириной губок 100-320 мм.

Результат реализации алгоритма влияния технологически параметров процесса согласно таблице 1 представлен на рис. 2

Рис. 2 Чертеж концевой фрезы – результатам работы алгоритма

Результаты проведенных испытаний, представленные в работе [8], показывают обеспечение заданных параметров стойкости спроектированной конструкции фрезы на уровне мировых аналогов.

Выводы

  1. Все параметрические зависимости для реализации оптимизационного алгоритма представлены научной литературе.
  2. Результаты проведенных испытаний подтверждают эффективность выбранных конструктивных решений и видов покрытий, как путей обеспечения заданной стойкости твердосплавной фрез (рис. 2) из сплава А04.
  3. В условиях экономической постановки вопроса одним из основных методов повышения стойкости инструмента принимается нанесение комбинированных износостойких покрытий.
  4. Необходимо проведение дополнительных исследований в части распространения алгоритма на другие виды инструмента и группы материалов
    .
Текст статьи
  1. Григорьев С.Н. Методы повышения стойкости режущего инструмента: учебник для студентов вузов. - М.: Машиностроение, 2011. - 368 с.: ил. - ISBN 978-5-94275-591-1.
  2. Внуков Ю.Н., Марков А.А. Нанесение износостойких покрытий на режущий инструмент. - Киев: Техника, 1992. – 134 с.
  3. Иващенко А.П. Анализ и синтез причин, приводящих к снижению стойкости режущего инструмента при резании материалов // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 6.
  4. Бржозовский Б.М. Обеспечение надежности определения режимов лезвийной обработки для автоматизированного станочного оборудования / Б.М. Бржозовский, А.Л. Плотников. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2001. 88 с.
  5. Кибальченко А.В. Контроль состояния режущего инструмента: Обзорная информация / А.В. Кибальченко М.: ВНИИТЭМР, 1986. 44 с.
  6. Старков В.К. Обработка резанием. Управление стабильностью и качеством в автоматизированном производстве / В.К. Старков. М.: Машиностроение, 1989. 269 с.
  7. Старков В. К. Физика и оптимизация резания материалов / В. К. Старков. – М.: Машиностроение, 2009. – 640с.
  8. Повышение стойкости твердосплавных фрез, Тутынин Н.В.// Сб. научн. трудов междунар. науч.-техн. конф., Липецкого государственного технического университета. Часть 1. 17-18 ноября 2016г. - Липецк: Изд-во Липецкого государственного технического университета, 2016г. - 356.
Список литературы
Ведется прием статей
Прием материалов
c 01 июля по 16 июля
Осталось 5 дней до окончания
Препринт статьи — после оплаты
Справка о публикации
БЕСПЛАТНО
Размещение электронной версии
21 июля
Загрузка в elibrary
21 июля
Рассылка печатных экземпляров
25 июля