Особенности обработки резанием алюминиевых сплавов

УДК 621.951 Б.Д. Даниленко

Московский государственный университет им. Н.Э. Баумана Г.В. Студенников

Курганский государственный университет

ОСОБЕННОСТИ ОБРАБОТКИ РЕЗАНИЕМ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Аннотация

В статье приведены результаты анализа литературных данных и проведенных на Курганском машиностроительном заводе им. В. И. Ленина исследований обрабатываемости алюминиевых сплавов различными лезвийными инструментами. Получены поправочные коэффициенты на обрабатываемость алюминиевых сплавов для различных лезвийных инструментов.

Ключевые слова: обрабатываемость, алюминиевые сплавы.

B.D. Danilenko

Moscow State University by N.E. Bauman G.V. Studennikov Kurgan State University

PROCESSING FEATURES BY ALUMINIUM ALLOYS CUTTING

Annotation

In this article presents results of the analysis literary and researches on Kurgan Machine-Buiding Factory of V.I.Lenin metal-cutting features of aluminium alloys varios metal-cutting tools. Correction factors on metal-cutting features of aluminium alloys for various metal-cutting tools are received.

Key words: metal-cutting features, aluminium alloys.

Алюминиевые сплавы используются в некоторых областях промышленности достаточно широко, и на предприятиях этих отраслей накоплен большой опыт по рациональным условиям обработки таких сплавов. Там разработаны специальные стандарты, нормали и рекомендации, которые позволяют выбрать оптимальные условия их обработки.

Однако в условиях мелкосерийного и единичного производства при эпизодическом изготовлении деталей из алюминиевых сплавов такие рекомендации чаще всего отсутствуют. Поэтому у технологов и станочников часто возникают определенные трудности при выборе геометрии режущих инструментов, а также оптимальных режимов резания при обработке алюминиевых сплавов. В общемашиностроительных нормативах режимов резания приведены подробные рекомендации для обработки сталей и чугунов, и только иногда для обработки алюминиевых сплавов, причем часто без указаний, к какой именно марке алюминиевого сплава относятся эти рекомендации, хотя разные марки алюминиевых сплавов могут иметь различную обрабатываемость.

В связи с этим определенный интерес могут представлять данные по обрабатываемости алюминиевых сплавов по сравнению с широко известными машиностроительными материалами, например, со сталью 45, кото-

рая в нормативных документах обычно принимается за эталон и рекомендации по ее обработке достаточно широко известны.

Ниже приведены результаты обработки литературных и нормативных источников, научных работ, связанных с изучением оптимальных условий обработки алюминиевых сплавов, а также данных о работоспособности различных лезвийных режущих инструментов, полученных в производственных условиях.

В табл.1 приведены основные марки алюминиевых сплавов, а коэффициентом Км приближенно охарактеризована их обрабатываемость по сравнению со сплавом Д16, который обычно принимается за эталон среди сплавов алюминия [I]. Принято, что физико-механические свойства указанных в таблице сплавов соответствуют состоянию, чаще всего используемому в промышленности.

Таблица 1

Группа Марки сплавов Км

№ Наименование

1 Дюралюминий Д1АМ, Д1Т, Д1АТ, Д1ТПП, Д16, Д16-Т, Д16-ТПП,Д16-АТ, Д16-АМ, Д20 1,0

2 Алюминий

технической АДО, АД1, АД1М 0,9

чистоты

3 Сплавы АЛ7-Т4, АЛ7-Т5, АЛ19-Т4,

алюминия с АЛ19-Т5, АЛ19-Т7 0,9

медью

4 АЛ2, АЛ2-Т2 0,6

Силумины АЛ4, АЛ4-Т1, АЛ4-Т6 0,8

АЛ9, АЛ9-Т2, АЛ9-Т4, АЛ9- 1,1

Т5, АЛ9-Т6, АЛ9-Т7, АЛ9-Т8

5 Сплавы алюминия с марганцем АМц, АМцМ 0,8

6 Сплавы АМг-2, АМг2-М, АМг2-Н, 2,5

алюминия с АМг3, АМг5, АМг5-М, АМг6

магнием АЛ8-Т4, АЛ13, АЛ22, АЛ22- 1,1

Т4, АЛ27-Т4, АЛ28, АЛ29

7 Сплавы

алюминия с кремнием и АВ-Т, АВ-Т1, ДД33-Т1 1,2

магнием

8 Сплавы алюминия с кремнием и АЛЗ, АЛЗ-Т, АЛЗ-Т2,АЛЗ-Т5, АЛЗ-Т7, АЛЗ-Т8, АЛ 5, АЛ5-Т1, АЛ5-Т5, АЛ 5-Т6,

магнием АЛ5-Т7, АЛ6, АЛ6-Т2, АЛ32, АЛ32-Т1, АЛ32-Т5, АЛ32-Т6, АЛ32-Т7, АКМ2, АК5М2-Т5, АК5М2-Т8 0,8

9 Сплавы алюминия с

магнием, В95-Т1, В95-Т3 0,9

цинком и

медью

10 Сплавы АК4-1, АК6, АК6-Т, АК6-Т1,

алюминия с АК6-Т1ПП, АК8-Т, АК8-Т1, 1,1

медью и АК8-Т1ПП

магнием

11 Сплавы АЛ1-Т5, АЛ1-Т7, АЛ11, А25-

алюминия с Т1, АЛ24, АЛ24-Т5, АЛ30-Т1 0,9

прочими

компонентами

Режущий инструмент, применяемый для обработки алюминиевых сплавов, обычно имеет конструктивные особенности. В табл. 2 приведен сравнительный анализ величин рекомендуемых геометрических параметров инструмента для обработки алюминиевых сплавов по

сравнению с инструментом для обработки стали 45. В табл. 2 указаны средние значения главного заднего угла а, переднего угла у , углов в плане Ф, наклона винтовых канавок ю и количества зубьев инструмента Ъ, полученные на основе анализа большого количества литературных источников.

Видно, что для обработки алюминиевых сплавов рекомендуется использовать инструменты, имеющие более заостренный режущий клин, т.е. значения рекомендуемых передних и задних углов больше, чем у инструментов для обработки конструкционной стали.

Это, по-видимому, объясняется тем, что при обработке алюминиевых сплавов силовая и тепловая нагрузка на режущий клин намного меньше, чем при обработке стали, а это позволяет:

- увеличивать задний угол с целью уменьшения трения по задней поверхности, которое увеличено за счет большей пластичности алюминиевых сплавов, не опасаясь уменьшения прочности клина и ухудшения тепло-отвода из зоны резания;

- увеличивать передний угол с целью улучшения условий стружкообразования, имея в виду те же соображения.

Многозубые инструменты, используемые для обработки алюминиевых сплавов, как правило, имеют меньшее число зубьев (см. табл. 2), а стружечные канавки имеют увеличенные размеры для полного размещения образующейся алюминиевой стружки. Кроме того, рекомендуется повышать качество рабочих поверхностей и поверхностей стружечных канавок у этих инструментов. Так, показатели качества поверхности Ра или у этих инструментов имеют в два раза меньшие значения, чем это рекомендуется для инструментов, обрабатывающих сталь. Это объясняется склонностью алюминиевых сплавов к налипанию на рабочие поверхности, что может значительно усложнить процесс резания.

Сравнение значений скоростей резания, рекомендуемых для работы режущих инструментов в примерно одинаковых условиях для алюминиевых сплавов и стали 45, позволило получить значения коэффициента К,, приведенного в табл. 2. Этот коэффициент характеризует условную обрабатываемость алюминиевого сплава эталонной группы по отношению к стали 45/НВ=200/ для различных видов обработки, т.е. характеризует степень повышения скорости резания при работе по алюминиевому сплаву:

Таблица 2

Режущий инструмент Резец токарный быстрорежущий (БС) аср для уср для обработки обработки 2 для обработки К, 5,2

сталь 45 9 сплавы А1 11 сталь 45 11 сплавы А1 16 сталь 45 сплавы А1

Резец токарный твердосплавный (ТС) 7 10 13 14 - - 2,2

Сверло спиральное БС - - - - 2^ = 120 т= 30 2^ = 135 ю = 42 4,9

Сверло спиральное ТС - - - - 2<р = 120 ю = 42 2^ = 135  = 52 2,8

Зенкер БС 9 14 - - т = 20 2 = 3 т = 30 2 = 3 3

Зенкер ТС 8 12 - - т = 20 2 = 3 т = 30 2 = 3 4

Развертка машинная БС 11 13 0 0 6 4 1,1

Развертка машинная ТС Пила круглая Б С 6 9 11 20 0 9 0 22 8 65 5 18 1,2 5,1

Пила круглая ТС 6 8 6 8 55 16 до 10

Метчик машинный БС Дисковая резьбовая фреза БС 11 7 13 9 5 13 18 21 4 11 4 9 1,4 4,8

Фреза торцовая БС Фреза торцовая ТС ац = 14 ат = 8 7 ац = 18 ат = 12 13 Гц = 15 Гт = 12 10 Гц = 20 Гт = 25 15 13 19 7 8 5,0 2,3

Фрезы дисковые двух- и трехсторонние БС ац = 18 ат = 6 ац = 20 ат = 8 15 20 20 14 4,7

Фреза концевая БС ац = 14 ат = 8 Гц = 15 Гт = 10 14 20 4 2 1,4

130

ВЕСТНИК КГУ, 2010. №1

Г = Vac

у*

где УАС - рекомендуемая скорость резания при обработке алюминиевого сплава;

У45 - рекомендуемая скорость резания при обработке такой же детали из стали 45/НВ=200/.

Условно считается, что если известны режимы обработки стали 45, то при работе по алюминиевому сплаву на режиме, установленном через коэффициент обрабатываемости К,, режущий инструмент при работе в примерно одинаковых условиях будет обеспечивать нормативную стойкость инструмента.

Коэффициенты К, получены на основе анализа отечественных нормативных материалов и рекомендаций, а также рекомендаций по режимам резания зарубежных фирм, где примерно для одинаковых условий приводятся рекомендуемые параметры режима резания, как для конструкционных сталей, так и для алюминиевых сплавов.

Следует отметить, что анализ как отечественных, так и зарубежных источников давал довольно значительный разброс значений К,. Поэтому величины К,, представленные в табл. 2, являются средними значениями, полученными в результате обработки литературных данных, заслуживающих доверия.

В заключение хочется подчеркнуть, что приведенные значения коэффициентов обрабатываемости и геометрических параметров можно рассматривать только как приближенные, и полученные с их помощью рекомендации по условиям обработки алюминиевых сплавов следует использовать только в качестве стартовых значений, чтобы затем уточнить их после анализа результатов пробных проходов.

Список литературы

1. Прогрессивные режущие инструменты и режимы резания металлов:

Справочник/ Под ред. В.И. Баранчикова.- М.: Машиностроение,

1990. - 400 с.

УДК 621.941 Ю.И. Моисеев

Курганский государственный университет

ОЦЕНКА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ДОЛБЛЕНИЯ ПАЗОВ НА ТОКАРНЫХ МНОГОЦЕЛЕВЫХ СТАНКАХ С ЧПУ

Аннотация

Проводится сравнительная оценка производительности обработки пазов долблением на токарных станках с ЧПУ вместо протягивания на отдельной технологической операции. Приведены зависимости основного и оперативного времени методов от скорости резания, длины и количества пазов. Показано, что при соблюдении определенных параметров обеспечивается более высокая производительность долбления.

Ключевые слова: станки с ЧПУ, долбление пазов, протягивание, производительность.

Y.I. Moiseev

Kurgan State University

PRODUCTIVITY ESTIMATION OF MORTISING GROOVES ON NC TURNING MULTI-PURPOSE MACHINE TOOLS

Annotation

The comparative productivity estimation of processing of grooves mortising on NC machine tools instead of allowance on separate technological operation is spent. Dependences of basic and operative time of methods on speed of cutting, lengths and quantities of grooves are resulted. It is shown that at observance of certain parametres high efficiency mortising is provided more.

Key words: NC machine tools, mortising grooves, allowance, productivity.

При изготовлении самых разнообразных деталей машиностроения в серийном производстве все большее применение находят многоцелевые станки типа обрабатывающий центр (ОЦ). Если первоначально подобные станки сверлильно-фрезерно-расточной группы использовались для обработки сложных корпусных деталей, то в последнее время многоцелевые станки стали применяться для изготовления деталей - тел вращения. Основное преимущество всех многоцелевых станков заключается в концентрации технологических операций на одном рабочем месте, что позволяет в многих случаях технологический процесс обработки достаточно сложных деталей свести к одной-двум операциям. Следует также отметить повышение точности обработки (путем снижения погрешностей установки) и производительности (прежде всего, за счет сокращения числа переустановок заготовки). Кроме того, использование станков типа ОЦ с расширенными технологическими возможностями позволяет сократить количество типоразмеров применяемой технологической оснастки.

Появление токарных станков с возможностями выполнения фрезерной, сверлильной и тому подобной обработки часто заставляет иначе оценивать эффективность выполнения отдельных операций. Например, в серийном производстве не ставилось под сомнение выполнение операции получения пазов (например, шпоночных) на протяжных станках. Считалось, что в этих условиях долбление (строгание) пазов на долбежных или поперечно-строгальных станках является прерогативой единичного или мелкосерийного производства. Между тем на современных многоцелевых токарных станках технологически возможно получение не только шпоночных пазов, но и щлицевых и даже зубчатых поверхностей.

В работе проводится сравнительная оценка производительности обработки пазов долблением на токарном станке типа ОЦ вместо их протягивания на отдельной технологической операции.

Вначале проведем сравнение по основному времени. К сожалению, в технической литературе наблюдается некоторое расхождение в определении основного времени протягивания. Так, в учебнике [1] основное время рекомендуется рассчитывать по формуле:

To =

L + (5 -10) 1000V

где Ь = Ьп + Ьз; Ьп - длина рабочей части протяжки, мм; Ь3 - длина протягиваемой заготовки, мм; У - ско-