CC BY
54
Оригинальная статья / Original article УДК 621.9.01
DOI: http://dx.doi.org/10.21285/1814-3520-2018-3-10-23
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФРЕЗЕРОВАНИЯ КРУПНОГАБАРИНЫХ ДЕТАЛЕЙ СИЛОВОГО НАБОРА ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
© О.М. Балла1
Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Российская Федерация, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
РЕЗЮМЕ. ЦЕЛЬ. Повышение эффективности фрезерования крупногабаритных деталей типа панелей, балок, лонжеронов, шпангоутов из высокопрочных материалов на станках с программным управлением. МЕТОДЫ. В ходе работы были применены экспериментальные методы исследования интенсификации режимов фрезерования. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ. Исследованы режущие свойства современных инструментальных материалов отечественного производства для фрезерования высокопрочных нержавеющих сталей, титановых и алюминиевых сплавов. ВЫВОДЫ. Применение твердых сплавов марок ВП322 и ВРК15 в конструкциях специализированных и специальных фрез обеспечивает интенсификацию режимов фрезерования в 1,3-2,5 раза при обработке крупногабаритных деталей из титановых сплавов и высокопрочных нержавеющих сталей. Твердый сплав ВК8 обеспечивает интенсификацию съема металла при фрезеровании деталей из алюминиевых сплавов в 3-5 раз по сравнению с инструментом из быстрорежущих сталей.
Ключевые слова: твердые сплавы, фрезерование, титановые сплавы, высокопрочные нержавеющие стали, детали силового набора.
Информация о статье. Дата поступления 17 января 2018 г.; дата принятия к печати 20 февраля 2018 г.; дата онлайн-размещения 31 марта 2018 г.
Формат цитирования. Балла О.М. Повышение эффективности фрезерования крупногабаритных деталей силового набора летательных аппаратов // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2018. Т. 22. № 3. С. 10-23. DOI: 10.21285/1814-3520-2018-3-10-23
IMPROVING MILLING EFFICIENCY OF LARGE-SIZE PARTS OF AIRCRAFT STRUCTURAL FRAME O.M. Balla
Irkutsk National Research Technical University, 83, Lermontov St., 664074, Irkutsk, Russian Federation
ABSTRACT. The PURPOSE of the paper is to improve the efficiency of milling of large-size parts of panel-, beam-, spar-, frame-type made of high-strength materials on CNC machine-tools. METHODS. The study employs experimental methods to study the issues of milling modes intensification. RESULTS AND THEIR DISCUSSION. The study has been given to the cutting properties of modern tool materials produced domestically for milling high-strength stainless steels, titanium and aluminium alloys. CONCLUSIONS. Application of hard alloys of brands ВП322 and ВРК15 in the designs of single-purpose and special cutters intensifies milling modes by 1.3-2.5 times when machining large-size parts from titanium alloys and high-strength stainless steels. Hard alloy ВК8 intensifies the removal of metal by 3-5 times as compared with the tool made of high-speed steel when milling parts from aluminium alloys. Keywords: hard alloys, milling, titanium alloys, high-strength stainless steels, structural frame parts
Information about the article. Received January 17, 2018; accepted for publication February 26, 2018; available online March 31, 2018.
For citation. Balla O.M. Improving milling efficiency of large-size parts of aircraft structural frame. Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2018, vol. 22, no. 3, pp. 10-23. (In Russian). DOI: 10.21285/1814-3520-2018-3-10-23
1Балла Олег Михайлович, кандидат технических наук, доцент кафедры технологии и оборудования машиностроительных производств Института авиамашиностроения и транспорта, e-mail: [email protected] Oleg M. Balla, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Technology and Equipment of Machine-building Production of the Institute of Aircraft Engineering and Transport, e-mail: [email protected]
©
Введение
На предприятиях отрасли новые инструментальные материалы находят ограниченное применение. Это связано с тем, что в справочной литературе практически отсутствует информация об их работоспособности. С учетом этого новые материалы используются на ранее применяемых режимах обработки. В результате такого подхода работоспособность новых инструментальных материалов определяется только по одному критерию - стойкости. В работах [1, 2] показано, что стойкость не является адекватной характеристикой работы инструмента. Для современных многоцелевых станков с высокой стоимостью часа работы наиболее важен такой показатель работоспособности, как коэффициент производительности. Следовательно, для решения вопросов снижения трудоемкости механической обработки необходимо комплексное исследование работоспособности инструментальных материалов. С учетом того, что заготовки крупногабаритных деталей из высокопрочных материалов характеризуются низкими коэффициентами использования материалов (КИМ) [3, 4], дополнительно приходится учитывать, что
черновое фрезерование выполняется с большой активной длиной режущих кромок, одновременно участвующих в резании. Это приводит к большим нагрузкам на технологическую систему и интенсивным вибрациям, приводящим к разрушению инструмента [5, 6]. Его работоспособность, как правило, обеспечивается снижением нагрузки на технологическую систему (особенно при черновом фрезеровании), что достигается путем удаления припуска на черновую обработку за несколько проходов, уменьшения толщин среза (подачи на зуб). Кроме того, при большой высоте конструктивных элементов деталей их обработку ведут по методу деления ширины фрезерования.
Все это вызывает снижение производительности механической обработки. С учетом вышесказанного исследование целесообразно было разделить на два этапа:
- изучение работоспособности инструментальных материалов применительно к обрабатываемым материалам;
- определение методов снижения динамических нагрузок на технологическую систему с сохранением или увеличением интенсивности съема металла.
Экспериментальное определение эффективности инструментальных материалов
при фрезеровании
Для выполнения экспериментальных работ были выбраны наиболее широко применяемые в конструкциях силового набора планеров конструкционные материалы и инструментальные материалы, редко применяемые на предприятиях. Для сравнения были использованы широко применяемые инструментальные материалы. Физико-механические свойства исследуемых материалов приведены в табл. 1 [7].
Физико-механические характеристики инструментальных материалов приведены в табл. 22 [8, 9].
Экспериментальные работы выполнены на специализированном фрезерном станке модели ФП17МН с числовым программным управлением (ЧПУ) при обработке заготовок из материалов, приведенных в табл. 1. Данные материалы находят широкое применение в конструкции силового набора летательных аппаратов. Привод главного движения станка обеспечивает обработку исследуемых материалов с крутящим моментом 1200 Нм в режиме ПВ100%.
2Балла О.М. Обработка деталей на станках с ЧПУ. Оборудование. Оснастка. Технология: учебное пособие. СПб.: Лань, 2015. 368 с. / Balla O.M. Machining of parts on CNC machine-tools. Equipment. Tooling. Technology: Learning aids. St. Petersburg: Lan Publ., 2015, 368 p.
Таблица 1
Физико-механические свойства титановых сплавов и высокопрочных сталей
Table 1
Physical and mechanical properties of Itanium alloys and high-strength steels
Марка материала / Brand of material Предел прочности на изгиб, МПа / Flexural strength, MPa Относительное удлинение, %/ Percentage of elongation, % Модуль упругости, МПа / Modulus of elasticity, MPa
ВТ20 1000-1100 6-12 115000
ВТ22 1200 8-12 115000
08Х15Н5Д2Т (ВНС2) 1350* 12 220000
12Х15Н4АМ3 (ВНС5) 1390-1650* 15 220000
В95ПЧ 540 6-8 75000
1933 510 - 75000
*Предел прочности на изгиб приведен после старения, при фрезеровании он находится в пределах 1000-1100
МПа / The flexural strength is given after aging, when milling it has been in the range of 1000-1100 MPa.
Таблица 2
Физико-механические характеристики инструментальных материалов
Table 2
Physico-mechanical characteristics of too materials
Марки твердого сплава Предел прочности Твердость,
и быстрорежущих сталей / на изгиб, МПа / HRA (HRC) /
Brands of hard alloys Flexural strength, MPa Hardness
and high-speed steels HRA (HRC)
ВК8 1600 87,5
ВК6ОМ 1270 90,5
ВК10ХОМ 1500-1700 89
ВК15ХОМ 1600-1800 88
ВРК15 2000 90
ВП322 1800 91
Р18 2900-3000 (63-65)
Р9К5 2500-2700 (64-67)
Р9М4К8 2500-2800 (65-68)
В качестве инструмента применяли:
- специальные торцовые фрезы с механическим креплением пластин твердого сплава формы 03133-120312 по ГОСТ 19050 и 2008-1108 по ТУ 49-1963-73 со следующими геометрическими параметрами для титановых сплавов и высокопрочных нержавеющих сталей: ф = 80°; Y = 3°; а = 8°; А = 5°;
- концевые фрезы с напайными пластинками твердого сплава формы 36 со следующими геометрическими параметрами: ш = 40°; Y = 5°, а = 18° - для обработки титановых сплавов и высокопрочных нержавеющих сталей; ш = 40°; Y = 15°,
а = 20° - для алюминиевых сплавов;
- концевые фрезы из быстрорежущих сталей для обработки алюминиевых сплавов со следующими геометрическими параметрами: ш = 40°; Y = 15°; а = 20.
Фаску износа измеряли на инструментальном микроскопе ММИ-2 с точностью до 0,005 мм. Измерения выполняли на рабочем месте без извлечения фрезы из оправки. Для обеспечения фиксированного положения фрезу устанавливали на ложемент. Измерение выполняли в отраженном свете. Неперетачиваемые пластинки для измерения износа устанавливались на ложементе, выполненном из материала Ком-
пар-С, что обеспечивало их точную ориентацию. Точная ориентация концевых фрез и пластин исключает при измерении подна-стройку резкости. Это способствует повышению точности измерения износа по задней поверхности. Экспериментальные ра-
боты были выполнены по методике, представленной в работах [10, 11]. Условия выполнения экспериментальных работ при фрезеровании титановых сплавов и полученные результаты приведены на рис. 1, 2.
Т, мин / min 250
200
150
100
50
15 20 30 40 50
v, м/мин / m/min
Т, мин / min 350
300
250
200
150
100
50
0
15
20
30
b
40 50
v, м/мин / m/min
Рис. 1. Влияние скорости резания V на стойкость T при торцовом фрезеровании титановых сплавов ВТ22 (a) и ВТ20 (b) Fig. 1. Influence of cutting speed V on durability T at face milling of titanium alloys ВТ22 (a) and ВТ20 (b)
Т, мин / min
Т, мин / min
250
200
150
100
50
0,05
0,1
— — ВК8 --ВК6 ОМ
— — ВК10 ХОМ ——ВРК15
ВП322
0,15 0,2
a
Sz, мм/зуб / 0,25 mm/tooth
350 300 250 200 150 100 50 0
0,05
0,1
—*— ВК8 --ВК6 ОМ --ВК10 ХОМ —— ВРК15 --ВП322
\\
\\
Л
¿=5=2
0,15 0,2 b
0,25
mm/tooth
Рис. 2. Влияние подачи на зуб sz на стойкость T при торцовом фрезеровании титановых сплавов ВТ22 (a) и ВТ20 (b) Fig. 2. Influence of advance per tooth sz on durability T at face milling of titanium alloys ВТ22 (a) and ВТ20 (b)
0
a
0
Исследование зависимости стойкости от скорости резания было выполнено при следующих условиях: титановые сплавы - ВТ20, ВТ22; торцовая фреза d = 80 мм; подача на зуб Эг = 0,1 мм/зуб; глубина фрезерования ^ = 2 мм; ширина фрезерования В = 50 мм; охлаждение -РЗ СОЖ8; фрезерование - попутное.
Условия исследования зависимости стойкости от подачи на зуб были выполнены при тех же условиях при постоянной скорости резания V = 22 м/мин.
Анализ полученных результатов фрезерования титановых сплавов позволил установить, что перечень сплавов необоснованно ограничен марками ВК8 и ВК6 ОМ. Применение относительно новых марок твердых сплавов, таких как ВП322, ВРК15, ВК10 ХОМ, позволяет значительно повысить как скорость резания, так и подачу на зуб. На рис. 1, 2 марки твердых сплавов приведены в порядке снижения их стойкости.
Наиболее эффективен твердый сплав ВП322. Его применение обеспечивает интенсификацию режимов чернового фрезерования не менее чем в 2 раза только за счет увеличения скорости резания при одновременном увеличении стойкости. Увеличение подачи на зуб также возможно до 2 раз, но это целесообразно использовать только в условиях высокой жесткости технологической системы.
Исследование работоспособности твердых сплавов при концевом фрезеровании титановых сплавов приведено на рис. 3, 4.
Исследование зависимости стойкости от скорости резания были выполнены при следующих условиях: концевая фреза d = 50 мм; подача на зуб Эг = 0,1 мм/зуб; глубина фрезерования I = 10 мм; ширина фрезерования В = 80 мм; число зубьев г = 4; охлаждение - РЗ СОЖ8; фрезерование - попутное.
Т, мин / min 400
350
300
250
200
150
100
50
15 20 30 40 50
v, м/мин / m/min
ВК6 ОМ
Т, мин / min 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0
15 20 30 40 50
v, м/мин / m/min
a b
Рис. 3. Влияние скорости резания V на стойкость T при концевом фрезеровании титановых сплавов ВТ22 (a) и ВТ20 (b) Fig. 3. Influence of cutting speed V on durability T at end milling of titanium alloys ВТ22 (a) and ВТ20 (b)
0
Т, мин / min
0,1
0,2 0,25 mm/tooth
Т, мин / min
450
400
350
300
250
200
150
100
50
\\
I
\ nN
Sz, мм/зуб /
0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 mm/tooth
b
Рис. 4. Влияние подачи на зуб sz на стойкость T при торцовом фрезеровании титановых сплавов ВТ22 (a) и ВТ20 (b) Fig. 4. Influence of advance per tooth sz on durability T at face milling of titanium alloys ВТ22 (a) and ВТ20 (b)
Условия исследования зависимости стойкости от подачи на зуб были выполнены при тех же условиях при постоянной скорости резания V = 20 м/мин.
Анализ полученных результатов при фрезеровании титановых сплавов позволил установить, что применение относительно новых марок твердых сплавов, таких как ВП322, ВРК15, ВК10 ХОМ, позволяет значительно повысить как скорость резания, так и подачу на зуб. Марки твердых сплавов приведены в порядке снижения эффективности. Наиболее эффективен твердый сплав ВП322. Его применение обеспечивает интенсификацию режимов чернового фрезерования не менее чем в 2 раза только за счет увеличения скорости резания при одновременном увеличении
стойкости. Увеличение подачи на зуб также возможно более чем в 2 раза, но это целесообразно только в условиях высокой жесткости технологической системы.
Условия выполнения экспериментальных работ при фрезеровании высокопрочных нержавеющих сталей и полученные результаты приведены на рис. 5, 6.
Исследование зависимости стойкости от скорости резания было выполнено при следующих условиях: стали: ВНС2, ов =1000 МПа; ВНС5, ов = 1200 МПа; фреза концевая d = 50 мм; подача на зуб Sz = 0,1 мм/зуб; глубина фрезерования t = 10 мм; ширина фрезерования В = 80 мм; число зубьев z = 4; охлаждение -РЗ СОЖ8; фрезерование - попутное.
a
Т, мин / min 1200
1000
800
600
400
200
20
30
40 a
V, м/мин / m/min
Т, мин / min
900 800 700 600 500 400 300 200 100 0
V, м/мин / m/min
20
30
40
b
Рис.
5. Влияние скорости резания V на стойкость T при концевом фрезеровании cталей ВНС2 (08Х15Н5Д2Т) (a) и ВНС5 (13Х15Н4АМ3) (b) Fig. 5. Influence of cutting speed V on durability T at end milling of stеels ВНС2 (08Х15Н5Д2Т) (a) and ВНС5 (13Х15Н4АМ3) (b)
Т, мин / min
500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0
Т, мин / min
400
350
0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3* .И /
300 250 200 150 100 50 0
> ВК8, ВНС5
--ВК10 ХОМ, ВНС5
--ВП322, ВНС5
0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3Sz мм/зУб /
mm/tooth
a b
Рис. 6. Влияние подачи на зуб sz на стойкость T при концевом фрезеровании шалей ВНС2 (08Х15Н5Д2Т) (a) и ВНС5 (13Х15Н4АМ3) (b) Fig. 6. Influence of advance per tooth sz on durability T at end milling of steels ВНС2 (08Х15Н5Д2Т) (a) and ВНС5 (13Х15Н4АМ3) (b)
Условия исследования зависимости стойкости от подачи на зуб были выполнены при тех же условиях при постоянной скорости резания V = 30 м/мин.
Анализ полученных результатов при
фрезеровании высокопрочных нержавеющих сталей также подтвердил необходимость применяемых марок твердых сплавов, таких как ВП322, ВК10 ХОМ. Это позволяет значительно повысить как скорость
0
резания, так и подачу на зуб. Марки твердых сплавов приведены в порядке снижения эффективности. Наиболее эффективен твердый сплав ВП322. Его применение обеспечивает интенсификацию режимов чернового фрезерования не менее чем в 1,5 раза только путем увеличения скорости резания при одновременном увеличении стойкости. Работоспособность твердого сплава ВК10 ХОМ несколько ниже. При
Т, мин / min
10000
1000
100
10
фрезеровании сталей типа ВНС наиболее эффективно увеличение подачи на зуб. Технологически это возможно до трех раз, но это только в условиях высокой жесткости технологической системы.
Условия выполнения экспериментальных работ при фрезеровании алюминиевых сплавов и полученные результаты приведены на рис. 7, 8.
> ВК8
--Р18
--Р9К5
——Р9М4К8
100 200 300 400 500 600 700 800
V, м/мин / m/min
Рис. 7. Влияние скорости резания V на стойкость T при концевом фрезеровании алюминиевых сплавов В95ПЧ и 1933 Fig. 7. Influence of cutting speed V on durability T at end milling of aluminium alloys В95ПЧ and 1933
T, мин I min 10000
1000
100
10
0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3
Sz, мм/зуб / mm/tooth
Рис. 8. Влияние подачи на зуб sz на стойкость при концевом фрезеровании алюминиевых сплавов В95ПЧ и 1933 Fig. 8. Influence of advance per tooth sz on durability at end milling of aluminium alloys В95ПЧ and 1933
1
Исследование зависимости стойкости от скорости резания были выполнены при следующих условиях: фрезы концевые d = 50 мм; подача на зуб Sz = 0,1 мм/зуб; глубина фрезерования t = 10 мм; ширина фрезерования В = 50 мм; число зубьев z = 3; охлаждение - РЗ СОЖ8; фрезерование - попутное.
Условия исследования зависимости стойкости от подачи на зуб были выполнены при тех же условиях при постоянной скорости резания V = 200 м/мин. Выбор скорости резания 200 м/мин был обусловлен тем, что при данной скорости фрезы из быстрорежущих сталей еще сохраняют работоспособность, а на твердосплавных пластинах прекращается наростообразова-ние. Наростообразование на твердосплавных фрезах проявляется не так, как на резцах, и при продолжительной работе приводит к пакетированию стружки в стружечных канавках фрез даже при числе зубьев, равном двум, и дальнейшему их разрушению. Автором установлено, что при фрезеровании алюминиевых сплавов, упрочняемых термообработкой, образование нароста исключается при скоростях резания более 170-180 м/мин. Разграничение областей
рационального применения фрез из быстрорежущих сталей и твердого сплава по частоте вращения шпинделя приведено на рис. 9.
Разграничение определяет рациональные области применения фрез из условия исключения наростообразования для твердосплавного инструмента. Ниже линии разграничения необходимо выполнять обработку алюминиевых сплавов, упрочняемых термообработкой, фрезами из быстрорежущих сталей независимо от частоты вращения шпинделя. Предпочтение следует отдавать инструменту из сталей с повышенным содержанием кобальта [12].
Анализ полученных результатов при фрезеровании высокопрочных алюминиевых сплавов позволил установить, что даже твердый сплав ВК8 обеспечивает значительную интенсификации режимов фрезерования по сравнению с инструментом из быстрорежущих сталей. Его применение даже относительно легированных быстрорежущих сталей позволяет увеличить скорость резания в 2-3 раза, и при достаточной жесткости технологической системы возможно повышение подачи на зуб.
n, мин-1/ min-1 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0
твердый сплав / hard alloy
б/р сталь / high-speed steel
10
20
30
40
50
60
70
80
90 100 d мм / mm
5
Рис. 9. Линия разграничения областей рационального применения фрез из твердого сплава
и быстрорежущих сталей Fig. 9. Differentiation line of the fields of rational application of mills from rigid alloys
and high-speed steels
Следует заметить, что возможность интенсификации режимов чернового фрезерования ограничена технологическими характеристиками оборудования, а именно, жесткостью, крутящим моментом и мощно-
стью привода главного движения. С учетом этого особую актуальность приобретают вопросы снижения динамических нагрузок на технологическую систему без снижения режимов фрезерования.
Экспериментальное определение снижения динамических нагрузок на технологическую систему при фрезеровании
Рассматриваемые в статье обрабатываемые материалы имеют высокое упругое последействие. С учетом этого фрезы должны иметь большие значения задних углов [11]. Это исключает эффективное применение фрез с переменной схемой резания, полученной профильным затылова-нием. С учетом этого была разработана и исследована схема получения острозато-ченного периодического профиля режущих кромок, обеспечивающего получение больших значений задних углов как на основных режущих кромках, так и вспомогательных [13, 14] (рис. 10, 11).
На рис. 10 приняты следующие обозначения: вправ(лев) - углы подъема вспомогательных винтовых поверхностей соответственно правого и левого направлений;
ш - угол наклона винтовой линии зуба фрезы; Нпр, Нлев - шаги вспомогательных винтовых поверхностей соответственно правого и левого направлений.
На рис. 11 приняты следующие обозначения: фпр(лев) - вспомогательные углы в плане соответственно на правой и левой сторонах стружкоразделительной канавки; апр(лев) - задние углы на вспомогательных режущих кромках; Ъ - глубина стружкораз-делительной канавки; Ь - активная длина режущей кромки; Ь1 - ширина стружкораз-делительной канавки.
Эффективность черновой обработки фрезами с острозаточенным периодическим профилем режущих кромок приведена на рис. 12-14.
Рис. 10. Схема образования переменной схемы резания на острозаточенных фрезах вспомогательными винтовыми поверхностями правого и левого направлений Fig. 10. Diagram of variable cutting pattern formation on the sharp mills by auxiliary helical surfaces of right-hand and left-hand directions
Рис. 11. Профиль режущих кромок, образованный пересечением основной режущей кромки вспомогательными винтовыми поверхностями Fig. 11. Profile of cutting edges formed by the section of the main cutting edge by auxiliary
helical surfaces
14000 13000 12000 11000 10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000
Py, H
0,05
0,1
0,15
Sz, мм/зуб / 0 2 im m/tooth
Рх, Н 4500
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
0,05 0,1 0,15 0,2 Рис. 12. Влияние конструкций концевых фрез на силы резания Ру и Рх при изменении подачи на зуб sz Fig. 12. Influence of end milling cutter designs on the cutting forces Ру and Рх under the variation of the advance per tooth sz
Sz, мм/зуб / m m/tooth
На рис. 12 приняты следующие обозначения: 1 - концевая фреза с периодическим профилем режущих кромок (переменной схемой резания); 2 - эталонная концевая фреза; обрабатываемый материал -
Ру, Н 12000 1 11000 10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000
ВТ20, диаметр фрезы d = 50 мм, число зубьев г = 4, материал режущей части ВК8, глубина фрезерования I = 10 мм, ширина фрезерования В = 60 мм.
Рх, Н 4000
3500
3000
2500
2000
1500
10
20
30
40
t, мм / mm
1000
——1
у
/ -I-1
/ ^
t, мм
Рис. 13. Влияние конструкций концевых фрез силы резания Ру и Рх при изменении глубины фрезерования t Fig. 13. Influence of end milling cutter designs on the cutting forces Ру and Рх _under the variation of the milling depth t_
1
1
2
2
На рис. 13 приняты следующие обозначения: 1 - концевая фреза с периодическим профилем режущих кромок (переменной схемой резания); 2 - эталонная концевая фреза; обрабатываемый материал -ВТ20, диаметр фрезы d = 50 мм, число зубьев z = 4, материал режущей части -ВК8, подача на зуб sz = 0,1 мм/зуб; ширина фрезерования В = 60 мм.
На рис. 14 приняты следующие обозначения: 1 - концевая фреза с периодическим профилем режущих кромок (переменной схемой резания); 2 - эталонная концевая фреза; обрабатываемый материал -ВТ20, диаметр фрезы d = 50 мм, число зубьев z = 4, материал режущей части -ВК8, подача на зуб sz =0,1 мм/зуб; глубина
Ру, н 7000
6500 6000 5500 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000
' 1
у
В, мм /
г/
t-
фрезерования t = 60 мм.
Полученные результаты показали, что применение переменных схем резания обеспечивает при равных условиях эксплуатации снижение составляющих сил резания от 1,3 до 2 раз, при этом эффект от их применения возрастает с увеличением толщины среза, глубины и ширины фрезерования. Это в свою очередь обеспечивает возможность увеличения минутной подачи фрезы на 30-40% при одновременном увеличении стойкости. Выполненные производственные испытания подтвердили полученные результаты (табл. 3, 4, где D - диаметр фрезы; L - длина рабочей части фрезы; R - радиус заточки торцовой части фрезы; z - число зубьев фрезы).
Рх, Н 3000
2500
2000
1500
1000
500
20
40
60
80
В, мм / mm
Рис. 14. Влияние конструкций концевых фрез силы резания Ру и Рх при изменении ширины фрезерования Fig. 14. Influence of end milling cutter designs on the cutting forces Ру and Рх under the variation of the milling width
Таблица 3
Результаты производственных испытаний фрез с переменной схемой резания
при фрезеровании стали 08Х15Н5Д2Т
Table 3
Production test results of cutters with variable cutting scheme when milling steel 08Х15Н5Д2Т
Деталь/ Part Фреза / Cutter: D х L x R x z Режим фрезерования: V, м/мин; S, мм/мин; t, мм / Milling mode: V, m/min; S, mm/min; t, mm Стойкость, мин / Durability, min
хххх.ххх.х1 45 x 50 x 4 x 5 17,5; 80; 40* 540
хххх.ххх.х2 40 x 75 x 4 x4 22,4; 80; 10-15 450
хххх.ххх.х1 45 x 50 x 4 x5 17,5; 80; 40* 540**
хххх.ххх.х2 40 x 75 x 4 x4 22,4; 80; 10-15 450**
*Работа фрезы с припуском 40 мм (в заводской программе фреза удаляет припуск 20 мм) / Operation of the cutter with the allowance of 40 mm (according to the factory program the cutter removes the allowance of 20 mm); **работа фрезы после переточки / Cutter operation after resharpening.
Таблица 4
Результаты испытаний контрольной партии фрез, применяемых на предприятии
Table 4
Result s of testing the control lot of cutters used at the enterprise
Деталь / Part Фреза / Cutter: D x L x R x z Режим фрезерования: V, м/мин; S, мм/мин; t, мм / Milling mode: V, m/min; S, mm/min; t, mm Стойкость, мин / Durability, min
хххх.ххх.х1 45 x 50 x 4 x 4 17,5; 60; 20 180
хххх.ххх.х2 40 x 75 x 4 x 4 22,4; 60; 10-15 90
хххх.ххх.х1 45 x 50 x 4 x 5 17,5; 60; 20 180**
хххх.ххх.х2 40 x 75 x 4 x 4 22,4; 60; 10-15 90**
*Работа фрезы после переточки / Cutter operation after resharpening.
Аналогичные результаты были получены и при черновом фрезеровании
крупногабаритных заготовок из титановых сплавов [14].
Заключение
Применение твердых сплавов марок ВП322, ВК10 ХОМ и ВРК15 в конструкциях специализированных и специальных фрез обеспечивает интенсификацию режимов фрезерования в 1,3-2,5 раза при обработке крупногабаритных деталей из титановых сплавов и высокопрочных нержавеющих сталей. При концевом фрезеровании твердый сплав ВРК15 не испытывался ввиду того, что винтовые пластины из данной марки не выпускаются. Твердый сплав ВК8 обеспечивает интенсификацию съема ме-
талла при фрезеровании деталей из алюминиевых сплавов по сравнению с инструментом из быстрорежущих сталей в 3-5 раз. Применение переменных схем резания обеспечивает снижение динамических нагрузок на технологическую систему, что дает возможность дополнительно интенсифицировать съем металла за счет увеличения минутной подачи, увеличенного припуска срезаемого металла за один проход при одновременном увеличении стойкости.
Библиографический список
1. Балла О.М. Инженерная оценка качества режущего инструмента // Авиационная промышленность. 1989. № 4. С. 48-49.
2. Балла О.М. Основные направления развития конструкций инструмента // Вестник ИрГТУ. 2006. № 4-3 (28). С. 40-43.
3. Белянин П.Н. Производство широкофюзеляжных самолетов. М.: Машиностроение, 1979. 360 с.
4. Белянин П.Н. Технология и оборудование для производства широкофюзеляжных самолетов в США. М.: Машиностроение, 1979. 255 с.
5. Жарков И.Г. Вибрации при обработке лезвийным инструментом. Л.: Машиностроение, 1986. 186 с.
6. Жарков И.Г. Управление интенсивностью автоколебаний - важный резерв повышения производительности и качества изделий // Исследование обрабатываемости жаропрочных и титановых сплавов: межвузовский сб. Куйбышев: Изд-во Куйбышев. авиац. ин-та им. С.П. Королева. 1976. Вып. 4.
С. 99-105.
7. Авиационные материалы. Справочник: в 7 т. / под. ред. К.Н. Туманова. М.: Машиностроение, 1972. Т. 2 - 400 с.; т. 5 - 200 с.
8. Зубарев Ю.М. Современные инструментальные материалы. СПб: Лань, 2008. 224 с.
9. Балла О.М. Инструментообеспечение современных станков с ЧПУ. СПб.: Лань, 2017. 200 с.
10. Кондратов А.С. Методика экспериментального установления режимов скоростного точения в производственных условиях // Вестник машиностроения. 1963. № 4. С. 59-60.
11. Балла О.М. Исследование режущих свойств инструментальных материалов и работоспособности конструкций инструмента // Вестник ИрГТУ. 2016. № 6. С. 10-25. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2016-6-10-25
12. Шпур Г., Штеферле Т. Справочник по технологии резания материалов: в 2 кн. / пер. с нем.; под ред.
Ю.М. Соломенцева. М.: Машиностроение, 1985. Кн. 1 - 616 с.; кн. 2 - 688 с.
13. Балла О.М. Повышение эффективности фрезерования деталей из титановых сплавов // Авиацион-
ная промышленность. 1989. № 11. С. 44-46.
14. А.с. № 1050176 Mm В23с 5I06. Фреза I
O.M. Балла. 1983.
References
1. Balla O.M. Engineering evaluation of cutting tool quality. Aviatsionnaya promyshlennost' [Aviation industry]. 1989, no. 4, pp. 48-49. (In Russian).
2. Balla O.M. Main directions of tool design development. Vestnik IrGTU. [Proceedings of Irkutsk State Technical University]. 2006, no. 4-3 (28), pp. 40-43. (In Russian).
3. Belyanin P.N. Proizvodstvo shirokofyuzelyazhnykh samoletov [Production of wide-body aircrafts]. Moscow: Mashinostroenie Publ., 1979, 360 p. (In Russian).
4. Belyanin P.N. Tekhnologiya i oborudovanie dlya pro-izvodstva shirokofyuzelyazhnykh samoletov v SShA [Technology and equipment for the production of wide-body aircrafts in the United States]. Moscow: Mashinostroenie Publ., 1979, 255 p. (In Russian).
5. Zharkov I.G. Vibratsii pri obrabotke lezviinym instru-mentom [Vibrations under machining by an edge tool]. Leningrad: Mashinostroenie Publ., 1986, 186 p. (In Russian).
6. Zharkov I.G. Upravlenie intensivnost'yu avtokolebanii - vazhnyi rezerv povysheniya proizvoditel'nosti i kachestva izdelii [Control of self-oscillations intensity as an important reserve for increasing efficiency and product quality]. Mezhvuzovskii sbornik "Issledovanie obrabatyvaemosti zharoprochnykh i titanovykh splavov" [Interuniversity collection of articles "Study of heat-resistant and titanium alloys machinability"]. Kuibyshev: Kuibyshevskii aviatsionnyi institut im. S.P. Koroleva Publ., 1976, issue 4, pp. 99-105. (In Russian).
7. Aviatsionnye materialy. Spravochnik [Aviation materials. Handbook]. V 71. /pod. red. K.N. Tumanova [In 7 volumes. Under edition of K.N. Tumanov]. Moscow:
Критерии авторства
Балла О.М. провел исследования, подготовил статью к публикации и несет ответственность за плагиат.
Mashinostroenie Publ., 1972, vol. 2 - 400 p.; vol. 5 - 200 p. (In Russian).
8. Zubarev Yu.M. Sovremennye instrumental'nye mate-rialy [Modern instrumental materials]. Sankt-Peterburg: Lan' Publ., 2008, 224 p. (In Russian).
9. Balla O.M. Instrumentoobespechenie sovremennykh stankov s ChPU [Tooling for modern CNC machine tools]. Sankt-Peterburg: Lan' Publ., 2017, 200 p. (In Russian).
10. Kondratov A.S. Methods of experimental setting of high-speed turning modes in production conditions. Vestnik mashinostroeniya [Bulletin of Mechanical Engineering]. 1963, no. 4, pp. 59-60. (In Russian).
11. Balla O.M. Research of tool material cutting properties and tool design performance capacity. Vestnik IrGTU [Proceedings of Irkutsk State Technical University]. 2016, no. 6, pp. 10-25. (In Russian). https://doi.org/10.21285/1814-3520-2016-6-10-25
12. Shpur G., Shteferle T. Spravochnik po tekhnologii rezaniya materialov [Reference book on the technology of cutting materials]. V 2 kn. / per. s nem.; pod red. Yu.M. Solomentseva [In 2 books /translation from German; under edition of Yu.M. Solomentsev]. Moscow: Mashinostroenie Publ., 1985, book 1 - 616 p.; book 2 - 688 p.
13. Balla O.M. Improving efficiency of milling titanium alloy parts. Aviatsionnaya promyshlennost' [Aviation industry]. 1989, no. 11, pp. 44-46. (In Russian).
14. Balla O.M. Freza [The cutter]. A.s. [Certificate of authorship of the Soviet Union] no. 1050176 MKI V23s 5/06, 1983.
Authorship criteria
Balla O.M. has conducted the study, prepared the article for publication and bears the responsibility for plagiarism.
Конфликт интересов Conflict of interest
Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов. The author declares that there is no conflict of interests
regarding the publication of this article.
