ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ТЕХНОЛОГИЯ • ОБОРУДОВАНИЕ • ИНСТРУМЕНТЫPrint ISSN: 1994-6309 Online ISSN: 2541-819X
Введение. Одной из важнейших задач при резании металлов и сплавов является контроль температурного фактора, так как температура является одним из ограничений при определении режимов резания. Этот подход позволяет определять рациональные (в некоторых случаях и оптимальные) режимы фрезерования. Экспериментальные методы определения температуры трудоемки, экономически затратные и не всегда доступны. Трудоемкость заключается в необходимости постоянной настройки экспериментального оборудования в связи с меняющимися условиями резания, электроизоляции инструмента и заготовки, появлении паразитной термоЭДС (если речь идет о методах измерения температуры термопарами), постоянной калибровке приборов и подбору коэффициентов теплового излучения (если речь идет о бесконтактных методах измерения температуры). В связи с этим возникает необходимость в теоретическом определении температур при фрезеровании с минимальным использованием экспериментальных данных. Цель работы. Разработать методику теоретического расчета температуры при фрезеровании (резании) жаропрочных материалов на никелевой основе (на примере сплава ХН56ВМКЮ-ВД (ЭП109-ВД)). Методика исследования. Для теоретического определения температур резания была сформирована математическая модель, учитывающая механические и теплофизические свойства обрабатываемого материала и их изменение в зависимости от изменения температуры при фрезеровании, геометрию режущего инструмента и особенности схематизации процесса фрезерования. Экспериментальная часть исследования проводилась на фрезерном станке КФПЭ-250 с системой ЧПУ Маяк-610. Обрабатывался материал ЭП109-ВД фрезой фирмы Seco JS513050D2C.0Z3-NXT с различными значениями скорости и подачи. Температура измерялась с помощью тепловизора модели Fluke Ti400. Результаты и их обсуждение. Разработана теоретическая модель расчета температуры (для группы сплавов ХН77ТЮР, ХН62МВТЮ, ХН73МБТЮ и ХН56ВМКЮ-ВД) при фрезеровании жаропрочных сплавов на никелевой основе, позволяющая при изменении условий резания (скорость, подача, глубина, геометрия режущего инструмента) спрогнозировать значение температуры на передней и задней поверхности режущего инструмента, а также температуру резания. Анализ экспериментальных и теоретически спрогнозированных значений температуры резания показал удовлетворительное совпадение соответствующих значений.
Губин Дмитрий Сергеевич
Кисель Антон Геннадьевич
1. Wear behavior of solid SiAlON milling tools during high speed milling of Inconel 718 / A. Celik, M.S. Alagac, S. Turan, A. Kara, F. Kara // Wear. – 2017. – Vol. 378–379. – P. 58–67. – DOI: 10.1016/j.wear.2017.02.025.
2. Analysis of tool wear patterns in finishing turning of Inconel 718 / J.L. Cantero, J. Diaz-Alvarez, M.H. Miguelez, N.C. Marin // Wear. – 2013. – Vol. 297, iss. 1–2. – P. 885–894. – DOI: 10.1016/j.wear.2012.11.004.
3. Augspurger T., Bergs T., Döbbeler B. Measurement and modeling of heat partitions and temperature fields in the workpiece for cutting Inconel 718, AISI 1045, Ti6Al4V, and AlMgSi0.5 // Journal of Manufacturing Science and Engineering. – 2019. – Vol. 141 (6). – P. 061007. – DOI: 10.1115/1.4043311.
4. The effect of feed rate on durability and wear of exchangeable cutting inserts during cutting Ni-625 / J. Petru, T. Zlamal, R. Cep, D. Stancekova // Tehnicki Vjesnik. – 2017. – Vol. 24, suppl. 1. – P. 1–6. – DOI: 10.17559/TV-20131221170237.
5. Макаров А.Д. Оптимизация процессов резания. – М.: Машиностроение, 1976. – 278 с.
6. Modeling and optimization of temperature in end milling operations / J.C. Baralic, N.G. Ducic, A.M. Mitrovic, P.P. Kovac, M.V. Lucic // Thermal Science. – 2019. – Vol. 23, iss. 6A. – P. 3651–3660. – DOI: 10.2298/TSCI190328244B.
7. Liao Y.S., Lin H.M., Wang J.H. Behaviors of end milling Inconel 718 superalloy by cemented carbide tools // Journal of Materials Processing Technology. – 2008. – Vol. 201, iss. 1–3. – P. 460–465 – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2007.11.176.
8. Федоров С.В., Мин Х.С. Влияние комплексной поверхностной обработки на изнашивание фрезерных твердосплавных пластин при резании никелевого сплава // Известия вузов. Физика. – 2018. – Т. 61, № 8-2. – С. 93–97.
9. Tanaka H., Sugihara T., Enomoto T. High speed machining of Inconel 718 focusing on wear behaviors of PCBN cutting tool // Procedia CIRP. – 2016. – Vol. 46. – P. 545–548. – DOI: 10.1016/j.procir.2016.03.120.
10. Identification of temperatures in cutting zone when dry machining of nickel alloy Inconel 718 / A. Czan, M. Sajgalik, J. Holubjak, L. Zauskova, T. Czanova, P. Martikan // Procedia Manufacturing. – 2017. – Vol. 14. – P. 66–75. – DOI: 10.1016/j.promfg.2017.11.008.
11. Cutting zone temperature identification during machining of nickel alloy Inconel 718 / A. Czan, I. Danis, J. Holubjak, L. Zauskova, T. Czánová, M. Mikloš, P. Martikán // Technological Engineering. – 2017. – Vol. 14. – P. 24–29. – DOI: 10.1515/teen-2017-0017.
12. Coz G.L., Dudzinski D. Temperature variation in the work piece and in the cutting tool when dry milling Inconel 718 // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2014. – Vol. 74, iss. 5–8. – P. 1133–1139. – DOI: 10.1007/s00170-014-6006-1.
13. Sato M., Tamura N., Tanaka H. Temperature variation in the cutting tool in end milling // Journal of Manufacturing Science and Engineering. – 2011. – Vol. 133, iss. 2. – P. 021005. – DOI: 10.1115/1.4003615.
14. Ozela T., Altan T. Process simulation using finite element method – prediction of cutting forces, tool stresses and temperatures in high-speed flat end milling // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2000. – Vol. 40, iss. 5. – P. 713–738. – DOI: 10.1016/S0890-6955(99)00080-2.
15. Heisel U., Kushner V., Storchak M. Effect of machining conditions on specific tangential forces // Production Engineering. – 2012. – Vol. 6, iss. 6. – P. 621–629. – DOI: 10.1007/s11740-012-0417-3.
16. Разработка математической модели кривой течения сплавов при адиабатических условиях деформирования / В.С. Кушнер, М.Г. Сторчак, О.Ю. Бургонова, Д.С. Губин // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2017. – Т. 83, № 5. – С. 45–49. – URL: https://www.zldm.ru/jour/article/view/477/478 (дата обращения: 27.01.2022).
17. High speed turning of Inconel 718 using PVD-coated PCBN tools / S.L. Soo, S.A. Khan, D.K. Aspinwall, P. Harden, A.L. Mantle, G. Kappmeyer, D. Pearson, R. M’Saoubi // CIRP Annals – Manufacturing Technology. – 2016. – Vol. 65, iss. 1. – P. 89–92. – DOI: 10.1016/j.cirp.2016.04.044.
18. Analytical modelling methods for temperature fields in metal cutting based on panel method of fluid mechanics / F. Klocke, M. Brockmann, S. Gierlings, D. Veselovac, D. Kever, B. Roidl, G. Schmidt, U. Semmler // Procedia CIRP. – 2015. – Vol. 31. – P. 352–356. – DOI: 10.1016/j.procir.2015.03.067.
19. Experimental studies for verification of thermal effects in cutting / U. Heisel, M. Storchak, P. Eberhard, T. Gaugele // Production Engineering. – 2011. – Vol. 5. – P. 507–515. – DOI: 10.1007/s11740-011-0312-3.
20. Shrot A., Baker M. Determination of Johnson–Cook parameters from machining simulations // Computational Materials Science. – 2012. – Vol. 52, iss. 1. – P. 298–304. – DOI: 10.1016/j.commatsci.2011.07.035.
Благодарности:
Исследования выполнены на оборудовании ЦКП «Структура, механические и физические свойства материалов».
Губин Д.С., Кисель А.Г. Расчет температур при чистовом фрезеровании жаропрочного сплава марки ХН56ВМКЮ-ВД // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2022. – Т. 24, № 1. – С. 23–32. – DOI: 10.17212/1994-6309-2022-24.1-23-32.
Gubin D.S., Kisel’ A.G. Calculation of temperatures during finishing milling of a nickel based alloys. Obrabotka metallov (tekhnologiya, oborudovanie, instrumenty) = Metal Working and Material Science, 2022, vol. 24, no. 1, pp. 23–32. DOI: 10.17212/1994-6309-2022-24.1-23-32. (In Russian).
