Для отправки ваших публикаций, пожалуйста, зарегистрируйтесь.

Если Вы уже зарегистрированы, то авторизуйтесь на сайте.



  1. Вход или регистрация
  1. Подписка

Исследование влияния условий буксирного полирования режущих инструментов на изменение микрогеометрии режущих кромок
27 февраля 2018             

Автор: А.С. БАБАЕВ, канд. техн. наук, доцент; В.П. ЧАРТОРИЙСКИЙ 2, ген. директор; Н.В. ЛАПТЕВ 1, магистрант (1 НИ ТПУ, г.Томск, 2 ООО «ПРОМТЕХ», г. Санкт-Петербург); Бабаев А.С. – 634050, г. Томск, пр. Ленина, д. 30, Национальный исследовательский Томский политехнический университет, e-mail: babaevartyom@tpu.ru
 

Введение

 
Современные инструментальные производства развиваются по мере роста требований в повышении стойкости и надёжности при эксплуатации режущих инструментов. Традиционные технологические процессы состоят, как правило, из двух основных операций – формообразование (заточка) режущей части и нанесения износостойкого покрытия. Многочисленные исследования и практический опыт по изучению этих технологических подходов на этих уже исчерпывают свой ресурс. Всё чаще на зарубежных инструментальных заводах находят своё место применение новые технологий, которые в технологических процессах встраиваются после операций заточки или дополнительно после нанесения покрытий. К числу таких инновационных технологий можно отнести применение методов контролируемого взаимодействия специальной абразивной среды, частицы которой находятся в незакреплённом состоянии, с режущими инструментами путём строго определённого движения последних. Так например, широкое распространение имеет технология буксирного полирования (drag finishing), которая применяется после операции заточки или нанесения износостойкого покрытий [3]. В случае применения буксирного полирования после заточки одновременно решаются несколько задач:
  1. равномерное прогнозируемое округление режущих кромок;
  2. полирование стружечных канавок с учётом угла наклона;
  3. уменьшение концентраторов напряжений по длине режущей кромки, имеющих место после заточки.
Известно, что нанесение покрытия на режущие инструменты в той или иной мере сопровождается образованием капельной фазы, что неблагоприятно влияет на отвод тепла из зоны резания и, как следствие, на снижение эксплуатационных характеристик инструментов. Использование буксирного полирования после осаждения покрытия позволяет удалить капельную фазу и при этом оставить его без повреждений целостности.
 
Рассмотрим реализацию движений при буксирном полировании. Режущие инструменты закрепляются держатели, роль которых выполняют стандартные цанги, патроны или специальные приспособления. Жёсткое закрепление инструментов исключает соударения в процессе обработки. Путём погружения в абразивную среду и тройного вращения реализуется сложное планетарное движение путём «протягивания» заготовок через абразивную смесь. При этом траектория такого движения описывается кривой из семейства циклоид (рис. 1).
 
Исследование влияния условий буксирного полирования режущих инструментов на изменение микрогеометрии режущих кромок
Рис. 1. Пример траектории движения заготовки, воспроизводимой при буксирном полировании
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Установлено, что такое движение в значительной мере определяет равномерность обработки в радиальном направлении. По общим рекомендациям в качестве абразивных сред, применяемых для буксирного полирования режущих инструментов, наиболее часто используются:
а) гранулят скорлупы грецкого ореха, пропитанный специальной шлифовальной или полировальной пудрой (марка «Н»);
б) гранулят кукурузных волокон, пропитанный специальным полировальным порошком (марка «М»);
в) смесь, состоящая из гранулятов скорлупы грецкого ореха и карбида кремния мелкой дисперсности (марка «HSC»).
 
Так, например, марка «Н» используется главным образом для удаления микрозаусенцев с инструментов из инструментальных сталей и обработки паяных соединений. Этот гранулят образует минимальное количество пыли, сохраняет свои свойства в течение 150-200 часов эксплуатации и может обеспечить шероховатость Ra 0,03 мкм. Применение марки «М» оправдано при необходимости полирования стружечных канавок инструментов (метчики, фрезы, свёрла) из твёрдых сплавов и быстрорежущих сталей при незначительном округлении режущих кромок. Такая необходимость возникает при обработке алюминиевых и титановых сплавов, склонных при резании к налипанию, а также для повышения подачи и обеспечения стабильного отвода стружки. Смесь марки «HSC» чаще всего используется для повышения производительность при округлении режущих кромок с одновременным полирование рабочих поверхностей, а также для удаления капельной фазы с износостойких покрытий. Однако, эффект полирования в этом случае несколько слабее, чем при использовании гранулята кукурузы или грецкого ореха из-за повышенной абразивности карбида кремния.
 

Экспериментальная часть

 
На первом этапе для исследования влияния воздействия абразивных сред марок «М» и «HSC» на формирование радиуса округления и изменение шероховатости режущих кромок были подготовлены образцы из твёрдых сплавов согласно таблице 1.
 
Таблица 1
Состав и физико-механические характеристики некоторых твёрдых сплавов
№, п/п Марка твёрдого сплава Содержание Co, % мас. Размер зерна карбида вольфрама dwc, мкм Изготовитель (страна)
1 ВК8 8 1…2 >50% КЗТС (Россия)
2  ВК6-ОМ  6  До 1 >60%
3  K40UF  10  0,6  Konrad Friedrichs (Германия) 
 
Указанные образцы имели форму призматических пластин (тип 13 исполнение 1 по ГОСТ 17163-90), которые затачивали на универсально-заточном станке модели 3В642 алмазным кругом АС4 28/20 К5 формы 11V9. При заточке обеспечивали постоянные значения углов γ=0°±1° и α=30°±1°. Измерения радиусов округления и контроль шероховатости режущих кромок выполняли в условиях лаборатории ООО «ПРОМТЕХ» (г. Санкт-Петербург) на специальном микроскопе MikroCADPremium компании LMI (Германия) [4]. На данном приборе время сканирования кромки составляет не более 2-5 секунд с точностью по вертикальной оси 0,1 мкм и по горизонтальной – 1,5 мкм. С применением программного обеспечения ODSCAD происходит построение трёхмерной и цветоимитационной модели режущей кромки. По специальному алгоритму происходит идентификация режущей кромки, а затем её разбиение на 300-400 сечений в нормальном направлении [1]. Данные с сечений анализируются в автоматическом режиме и происходит вычисление радиуса округления, шероховатости на кромке и ряд других параметров [2].
 
Указанные выше образцы обрабатывали на станке буксирного полирования мод. DF-3 Tools компании ОТЕС (Германия) (рис. 2). Одновременно на станке данной модели можно обрабатывать 18 образцов диаметром до 55 мм, 9 образцов – до 80 мм и 3 образца – до 250 мм. На каждый эксперимент было отведено по 3 образца каждого твёрдого сплава. Режимы обработки:
  • частота вращения ротора np=45 мин-1 и держателя nд=96 мин-1;
  • время – 2,5 мин вращение по часовой стрелке и 2,5 мин против;
  • глубина погружения от уровня абразива 150 мм.
 
Исследование влияния условий буксирного полирования режущих инструментов на изменение микрогеометрии режущих кромок Исследование влияния условий буксирного полирования режущих инструментов на изменение микрогеометрии режущих кромок Исследование влияния условий буксирного полирования режущих инструментов на изменение микрогеометрии режущих кромок
Рис. 2. Общий вид станка DF-3 Tools (а), схема вращения образцов (б) и внешний вид рабочего места и микроскопа MikroCADPremium (в)
 
В результате буксирной обработки и после измерений параметров режущей кромки были получены данные, приведённые на рис. 3.
 
Исследование влияния условий буксирного полирования режущих инструментов на изменение микрогеометрии режущих кромок
Рис. 3. Изменение радиуса округления ρ и шероховатости R режущих кромок твёрдосплавных пластин
 
 
 
 
 
На втором этапе исследовали изменения аналогичных параметров микрогеометрии режущих кромок на концевых фрезах, предназначенных для высокоскоростной обработки алюминиевых сплавов. Для этого были использованы четыре двузубые фрезы диаметром 10 мм с длиной рабочей части 35 мм и хвостовика 50 мм. Инструменты были изготовлены из твёрдого сплава марки HB10F. Производитель прутков-заготовок из твёрдого сплава Boehlerit (Австрия). Согласно табл. 1 dwc=0,5 мкм, содержание Co 5% (мас.). Указанные инструменты обрабатывали в абразиве марки М 5/300 с целью сохранения исходного радиуса округления режущих кромок (остроты) и полирования стружечной канавки. Последнее объясняется повышением эффективности отвода стружки при фрезеровании алюминия, склонного к налипанию. Для обеспечения усиленного полирования стружечных канавок фрезы устанавливали в наклонные держатели под углом 20° к оси вращения ротора. Остальные режимы аналогичные твёрдосплавным пластинам.
 
Исследование влияния условий буксирного полирования режущих инструментов на изменение микрогеометрии режущих кромок
Рис. 4. Изменение радиуса округления и шероховатости режущих кромок концевых фрез после буксирного полирования в абразиве М 5/300
 
 

Результаты и обсуждение

 
Из приведённого графика (см. рис. 3) следует, что наименьшие величины радиуса округления достигаются путём применения твёрдого сплава марки K40UF с последующей обработкой в абразиве марки М 5/300. При этом было замечено, что максимальное значение шероховатости R на кромке гарантировано уменьшается на 20-30%, а среднее – на 10-15%. Использование абразивной смеси марки HSC 1/300 позволяет с высокой стабильностью округлять режущую кромку на величину 2,7 мкм для пластин из ВК8, на 4,8 мкм – ВК6-ОМ и на 5,1 мкм – К40UF. Данная разница в приросте радиуса округления после буксирного полирования различных твёрдых сплавов может иметь зависимость от величины исходного радиуса. При этом за непродолжительное время обработки в абразивах HSC 1/300 и М 5/300 шероховатость режущих кромок на всех пластинах уменьшается незначительно на величину 0,1…0,3 мкм.
 
Данные, полученные в ходе измерений режущих кромок концевых фрез, представленные на графике (см. рис. 4), свидетельствуют об увеличение радиуса округления на 2,0 мкм и стабилизации шероховатости режущих кромок по длине. При этом при визуальном осмотре и сравнении с необработанными фрезами было замечено, что обеспечивается полирование стружечной канавки. Также отчётливо наблюдается граница перехода между обработанной и необработанной частью хвостовика, вызванная закреплением инструментов в цангу.
 
Таким образом переход от экспериментальных образцов в виде пластин к реальным конструкциям режущих инструментов (на примере концевых фрез) позволяет сделать заключение о корреляции получаемых результатов и упрощении проведения эксперимента с точки зрения подготовки и измерений режущих кромок образцов.
 

Выводы

 
Применение технологии буксирного полирования оказывает влияние на формирования радиуса округления и шероховатости режущих кромок. При этом достигается высокая стабильность и повторяемость качественных параметров от применения данной технологии. Путём подбора абразивной среды и режимов для обработки режущих инструментов можно обеспечить прогнозированное изменение радиуса округления и шероховатости режущих кромок. Абразивную среду марки HSC 1/300 необходимо использовать при обработке режущих инструментов, применяемых для обработки высокопрочных материалов, а М 5/300 – для усиленного полирования стружечных канавок. Возможно последовательное применение данных абразивных сред с целью снижения времени на подготовку радиуса округления и дополнительное полирование стружечных канавок. Таким образом, на станке DF-3 Tools путём замены контейнера с абразивной средой можно обеспечить обработку режущих инструментов под различные обрабатываемые материалы – сталь, алюминий и титановые сплавы. Одновременная обработка 18 инструментов на предлагаемых в данной работе режимах может обеспечить производительность до 756 инструментов в смену.
 
Список литературы

1. Frankowski G., Chen M., Huth T. Real-time 3D shape measurement with digital stripe projection by Texas instruments Micro Mirror devices (DMD) // Proceedings of SPIE. – 2000. – Vol. 3958. – P. 90–106.
2. Rodriguez C. Cutting edge preparation of precision cutting tools by applying microabrasive jet machining and brushing. – Kassel: Kassel University press GmbH, 2009. – 205 p.
3. Denkena B., Biermann D. Cutting edge geometries. CIRP Annals // Manufacturing Technology. – 2014. – Vol. 63 (2). – P. 631–653.
4. Бабаев А.С., Чарторийский В.П. Изучение микрогеометрии режущих кромок ружейных сверл с использованием микроскопа MikroCAD // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2015. – № 2. – С. 309–312.
 
Актуальные проблемы в машиностроении. Том 4. № 1. 2017 Технологическое оборудование, оснастка и инструменты

Обсудить статью на Форуме Машиностроителей






Комментариев пока нет
{c_navigation}

Написать комментарий

Другие публикации по теме





Автоматизация промышленных предприятий Автоматизация промышленных предприятий
Диспетчеризация производства, идентификация и прослеживаемость, управление КПЭ (KPI)...
(495) 662-43-70
Rodcraft (Родкрафт), Deprag, Stahlwille (Штальвиль), инструмент Atlas Copco (Атлас Копко), Iscar (Искар), Sandvik Coromant (Сандвик Коромант), Mitsubishi (Митсубиси). Маркировка труб, горячего металла в металлургии. Промышленное оборудование и инструмент
Rodcraft (Родкрафт), Deprag, Stahlwille (Штальвиль), инструмент Atlas Copco (Атлас Копко), Chicago Pneumatic (Чикаго Пневматик), Fuji (Фуджи), Desoutter, Iscar (Искар), Sandvik Coromant (Сандвик Коромант), Mitsubishi (Митсубиси), Korloy (Корлой), Seco tools, SGS tools, Onsrud, Fette, Guhring и пр. Оборудование для маркировки. Маркировка труб, горячего металла в металлургии. Фаскосниматели (фаскорезы, кромкорезы), ручные фрезеры по металлу. Пневмодвигатели (пневматические двигатели, пневмомоторы).
(495) 668-13-58
ИРОК-2М. Купить. Инструкция.
Инструмент ИРОК-2М от производителя. Купить. Скачать инструкцию и другие документы. Прочий электромонтажный инструмент и электрокомпоненты.
(495) 668-13-58 доб. 4
Реклама на сайте и-Маш Реклама на сайте и-Маш      
pr()i-mash.ru