ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Конструкционные материалы, в том числе материалы из жаропрочных и труднообрабатываемых сталей, широко применяются в различных отраслях машиностроения. Для повышения эффективности изготовления деталей термического оборудования из жаропрочных и труднообрабатываемых сталей применяется технологический метод резания с предварительным плазменным подогревом заготовки. Существует также технологический метод резания металлов, в том числе труднообрабатываемых ультразвуковым точением. Исходя из этого для повышения эффективности плазменной механической обработки труднообрабатываемых материалов необходимо исследовать технологические возможности применения ультразвукового точения при плазменной механической обработке. Цель работы: исследовать износ режущих инструментов при применении ультразвука в условиях плазменно-механической обработки деталей из труднообрабатываемых материалов. В работе исследованы: особенности процесса плазменно-механической обработки в условиях ультразвукового резания и определены величины износа твердосплавных резцов ВК8, Т5К10 и Т15К6 при обработке сталей марок 20Х13Н18 и 20Х25Н20С2Л, а также определены износ указанных резцов в условиях обычного точения этих же материалов для сопоставления результатов износа резцов в различных условиях обработки. Методом исследования является определение линейного износа твердосплавных резцов по задней поверхности при обычной, плазменно-механической и плазменно-механической обработке с применением ультразвукового резания. Линейный износ резцов был измерен инструментальным микроскопом и визуально обследован лупой с десятикратным увеличением. Результаты и обсуждение. В статье приводятся результаты экспериментальных исследований по определению износа режущих инструментов при обработке жаропрочных сталей марки 20Х13Н18 и 20Х25Н20С2Л твердосплавными резцами марки ВК8, Т5К10 и Т15К6. Проводились исследования по определению износа твердосплавных резцов как при обычном механическом резании, плазменно-механическим резании, а также плазменно-механическим резании с применением ультразвука. Эксперименты проводились при точении указанных материалов на модернизированном токарном станке мод.1А64. К токарному станку подключен выпрямитель с управляемым дросселем и плазмотрон мод. АПР-403, на суппорте станка размещен плазмодержатель. В качестве источника питания сжатой электрической дуги служит полупроводниковый выпрямитель. Электронная дуга горит между катодом (плазмотроном) и анодом (заготовкой) в точке плазмообразующего газа, сжатый воздух проходит через канал сопла плазмотрона. При проведении экспериментов положение плазмотрона регулировалось по отношению оси вращения детали. При проведении опытов по изучению износа резцов в условиях ультразвукового плазменно-механического резания ультразвук подавался на режущую кромку с помощью устройства, разработанного авторами. При обработке жаропрочных сталей в обычных условиях точения режимы обработки были следующими: скорость резания V = 10 м/мин, глубина резания t = 3…4 мм, продольная подача S_пр = 0,31 мм/об. Установлено, что при обработке сталей марки 20Х13Н18 при таких условиях задняя поверхность твердосплавного резца Т5К10 изнашивается до величины 1 мм в течение 10 мин, а твердосплавного резца ВК8 – в течение 15 мин. При плазменной механической обработке в 2 раза увеличены скорость резания и величина подачи, при этом Т5К10 изнашивается до 1мм в течение 20 минут, ВК8 – 25 мин. Плазменно-механическая обработка с применением ультразвука показала, что твердосплавный резец Т5К10 за 50 мин резания изнашивается на величину 0,50 мм, а ВК8 – 0,35 мм. Такие же результаты получены при обработке жаропрочной стали 20Х25Н20С2Л. Таким образом, исследование износа твердосплавных резцов при обработке жаропрочных сталей показали, что использование ультразвукового резания при плазменно-механической обработке сталей может значительно снизить величину износа инструмента. Представленные результаты подтверждают перспективность применения ультразвукового плазменно-механического резания жаропрочных сталей лезвийными инструментами.

1. Подураев В.Н. Резание труднообрабатываемых материалов. – М.: Высшая школа, 1974. – 587 с.

2. Подураев В.Н., Соколов Н.М. Плазменно-фрезерная обработка крупных сварных узлов из высокопрочных сталей // Станки и инструмент. – 1989. – № 7. – С. 23–28.

3. Резников А.Н., Черторижский Ю.Н., Мурин И.А. Определение режима плазменно-механической обработки // Станки и инструмент. – 1990. – № 1. – С. 30–31.

4. Михалькова С.А. Плазменно-механическая обработка деталей металлургического оборудования // Вестник машиностроения. – 1989. – № 5. – С. 53–56.

5. Маслов А.Р., Схиртладзе А.Г. Обработка труднообрабатываемых материалов резанием. – М.: Инновационное машиностроение, 2018. – 208 с. – ISBN 978-5-6040281-0-0.

6. Патент № I 2003.0014 Азербайджа?нская Респу?блика. Устройства для ультразвукового резания и растачивания металлов / Аббасов В.А., Баширов Р.Д. – 2003.

7. Баширов Р.Д., Аббасов В.А. Выбор параметров пьезоэлементов и расчетов токарного резца-концентратора для ультразвукового точения // Механика – машиностроение. – 2001. – № 1. – С. 42–45.

8. Баширов Р.Д., Аббасов В.А. Устройства для ультразвукового точения и резки металлов // 48-я учебно-методическая научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава и аспирантов АзТУ. – Баку, 2001. – Ч. 2. – С. 79–81.

9. Регулирование газодинамических параметров сжатой дуги на выходе двухкамерного плазмотрона / Ю.Д. Щицын, И.Б. Фомин, Н.Н. Струков, Д.С. Белинин, П.С. Кучев // Сварка и диагностика. – 2011. – № 6. – С. 14–16.

10. Ablyaz T.R., Belinin D.S. Wire electrical discharge machining of items after plasmatic surface hardening // Middle-East Journal of Scientific Research. – 2014. – Vol. 19, N 8. – P. 1096–1098. – DOI: 10.5829/idosi.mejsr.2014.19.8.21041.

11. Чурюмов А.Ю., Поздняков А.В. Горячая пластическая деформация и микроструктура жаропрочной нержавеющей стали 20Х18Н23 // Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов: сборник тезисов докладов XXV Уральской школы металловедов-термистов (Екатеринбург, 3–7 февраля 2020 г.). – Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2020. – С. 185–187.

12. Тарасов С.С., Коряжкин А.А. Повышение эффективности токарной обработки деталей ГТД из жаропрочных никелевых сплавов керамическим инструментом // Справочник. Инженерный журнал. – 2012. – № 11. – С. 14–19.

13. Волков Д.И., Проскуряков С.Л., Тарасов С.С. Применение высокоскоростной токарной обработки для изготовления деталей из жаропрочных никелевых сплавов керамическим инструментом // Вестник РГАТУ им. П.А. Соловьева.– 2012. – № 2. – С. 134–137.

14. Волков Д.И., Тарасов С.С. Расчетное определение параметров сечения среза при высокоскоростной токарной обработке криволинейных поверхностей деталей ГТД из жаропрочных никелевых сплавов // Вестник РГАТУ им. П.А. Соловьева. – 2013. – № 1. – С. 61–68.

15. Коряжкин А.А., Тарасов С.С. Повышение эффективности процесса токарной обработки криволинейных поверхностей деталей из жаропрочных сплавов керамическим инструментом // СТИН. – 2013. – № 8. – С. 23–27.

16. Leppert T. Surface layer properties of AISI 316L steel when turning under dry and with minimum quantity lubrication conditions // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Pt. B: Journal of Engineering Manufacture. – 2012. – Vol. 226, iss. 4. – P. 617–631. – DOI: 10.1177/0954405411429894.

17. Bushlya V., Zhou J., Ståhl J.E. Effect of cutting conditions on machinability of superalloy Inconel 718 during high speed turning with coated and uncoated PCBN tools // Procedia CIRP. – 2012. – Vol. 3. – P. 370–375. – DOI: 10.1016/j.procir.2012.07.064.

18. Laser-assisted high-speed finish turning of superalloy Inconel 718 under dry conditions / H. Attia, S. Tavakoli, R. Vargas, V. Thomson // Procedia CIRP. – 2010. – Vol. 59. – P. 83–88. – DOI: 10.1016/j.cirp.2010.03.093.

19. Effect of low-frequency vibration on workpiece in EDM processes / G.S. Prihandana, M. Mahardika, M. Hamdi, K. Mitsui // Journal of Mechanical Science and Technology. – 2011. – Vol. 25, no. 5. – P. 1231–1234. – DOI: 10.1007/s12206-011-0307-1.

20. Kötter D. Herstellung von Schneidkantenverrundungen und deren Einfluss auf das Einsatzverhalten von Zerspanwerkzeugen. These / Universität Dortmund. – Vulkan-Verlag, 2006. – 107 S. – ISBN ‎3802787366. – ISBN 978-3802787362.

21. Тахман С.И. Разработка единых моделей процесса изнашивания инструментальных твердых сплавов // Вестник машиностроения. – 2008. – № 9. – C. 56–59.

22. Astakhov V.P., Davim P.J. Tools (geometry and material) and tool wear // Machining / ed. by P.J. Davim. – London: Springer, 2008. – P. 29–57. – DOI: 10.1007/978-1-84800-213-5_2.