Исследование зависимости электропроводности от параметров резания при высокопроизводительном фрезеровании алюминиевых сплавов

Заключение. Выполненный анализ точности показал, что при вычислении прогибов предлагаемая методика позволяет достичь необходимой точности при малом количестве членов рядов. При вычислении изгибающих моментов сходимость рядов хуже, чем при вычислении прогибов. Однако, имея общую формулу для коэффициентов при членах ряда, можно достичь необходимой точности расчёта. Данный метод позволяет оценить величину прогибов и изгибающих моментов квадратной пластины с учётом деформаций сдвига.

Таким образом, предложенный приближенный метод расчета пластины методом Бубнова-Галёркина с учетом деформаций сдвига имеет важное практическое значение для тестирования конечно-элементных моделей композитных панелей сложной геометрии и структуры.

Статья поступила 9.12.2013 г.

Библиографический список

1. Осадчий Н.В., Шепель В.Т. Аналитическое исследование цилиндрического изгиба пластин с учетом деформаций сдвига при различных условиях закрепления их кромок // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2013. №9(80). С.82-89.

2. Тимошенко C.n., Войновский-Кригер С. Пластины и оболочки. М.: Наука, 1966. 635 c.

3. Справочник по строительной механике корабля / Г.В. Бойцов [и др.]. В 3 т. Т. 2: Пластины. Теория упругости, пластичности и ползучести. Численные методы. Л.: Судостроение, 1982. 464 с.

УДК 621.914.1

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ОТ ПАРАМЕТРОВ РЕЗАНИЯ ПРИ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОМ ФРЕЗЕРОВАНИИ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ*

© А.В. Савилов1, С.А. Тимофеев2

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Рассматривается зависимость электропроводности в образцах из деформируемого алюминиевого сплава от режимов резания при фрезеровании концевыми и торцевыми фрезами. Ил. 7. Табл. 2. Библиогр. 8 назв.

Ключевые слова: авиационные детали; высокопроизводительное фрезерование; алюминий; неразрушающий контроль; вихретоковый контроль; электропроводность.

STUDYING ELECTRICAL CONDUCTIVITY DEPENDENCE ON CUTTING PARAMETERS UNDER HIGH-PERFORMANCE MILLING OF ALUMINUM ALLOYS * A.V. Savilov, S.A. Timofeev

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

The article deals with the dependence of electrical conductivity of wrought aluminum alloy samples on cutting modes under face and end milling. 7 figures. 2 tables. 8 sources.

Key words: aircraft parts; high-performance milling; aluminum; non-destructive testing; eddy current testing; electrical conductivity.

При механообработке авиационных деталей большое внимание уделяется обеспечению прочности, коррозийной стойкости материала, отсутствию в нём дефектов. Эти процедуры регламентируются соответствующей нормативной документацией. Для проведения контроля механических свойств и структуры материала деталей применяются различные методы. Например, для контроля алюминиевых деталей применяется измерение электропроводности методом вихревых токов. Этот метод неразрушающего контроля отличается точностью, оперативностью, низкой стоимостью применяемой аппаратуры и простотой её

использования. Измерение электропроводности может производиться в производственных условиях без специальных подготовительных мероприятий.

Вихретоковый метод уже довольно долгое время применяется для эффективного контроля электропроводных материалов. В общем виде данный метод выглядит следующим образом (рис. 1). При воздействии переменного электромагнитного поля в металле исследуемой детали возникают так называемые вихревые токи. Они создают собственное электромагнитное поле, которое противодействует внешнему полю. Появление поля вихревых токов фиксируется измери-

1Савилов Андрей Владиславович, кандидат технических наук, доцент кафедры оборудования и автоматизации машиностроения, тел.: (3952)481859, e-mail: saw@istu.edu

Savilov Andrei, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Machinery and Automation of Mechanical Engineering, tel.: (3952) 481859, e-mail: saw@istu.edu

2Тимофеев Сергей Анатольевич, аспирант, тел.: 8(3952)405280, e-mail: sevans@istu.edu Timofeev Sergey, Postgraduate, tel.: 8(3952) 405280, e-mail: sevans@istu.edu

тельной катушкой. Все нарушения однородности контролируемого изделия мгновенно увеличивают электрическое сопротивление поверхностного слоя металла, что приводит к ослаблению вихревых токов [1, 2]. Важной особенностью вихретокового метода нераз-рушающего контроля является то, что его проведение возможно без контакта объекта и преобразователя -их взаимодействие происходит на тех расстояниях, которые необходимы для свободного движения преобразователя относительно объекта (от долей миллиметра). Проводимые в настоящее время исследования показывают связь между электропроводностью и остаточными напряжениями в поверхностном слое алюминиевых деталей после механообработки [3, 4].

В настоящее время для высокопроизводительной механообработки авиационных деталей из алюминия применяются как монолитные режущие инструменты, так и инструменты со сменными многогранными пластинами (СМП) [5]. Режимы резания для них назначаются в соответствии с рекомендациями производителей. При этом основными критериями являются производительность и стойкость и не учитывается возможное изменение микроструктуры и физических свойств материала после обработки под воздействием сил резания и температуры. Влияние данных фак-

торов в процессе обработки может отрицательно сказываться на физических и механико-технологических свойствах материала и, как следствие, на изменении значения электропроводности [4, 6].

Изложенное стало основанием для выполнения исследований в области выявления зависимостей между режимами резания и изменением значений электропроводности на поверхности получаемых изделий.

Были проведены исследования двух распространённых при изготовлении авиационных деталей схем резания: обработка базовых плоскостей и обработка уступов.

Для торцевого фрезерования базовых плоскостей были выбраны фрезы со сменными многогранными пластинами производства компании Sandvik Coromant: R245-063Q22-12H (рис. 2,а), пластины R245-12 T3 E CD10 (синтетический алмаз) и R590-063C5-11M (рис. 2,б), пластины R590-110504H-NL МО (твёрдый сплав).

Стартовые режимы резания представлены в табл. 1.

Фрезерование уступов проводилось цельнотвер-досплавными фрезами R216.23-16025IAP (рис. 3,а) производства Sandvik СоготаП и P218.2220.0007 (рис. 3,б) производства Иркутского авиационного завода [7].

I

а) б)

Рис. 1. Вихретоковый метод: а - схема вихретокового контроля; б - распределение плотности вихревых токов; 1 - генератор; 2 - блок измерения; 3 - объект контроля; 4 - магнитное поле

а) б)

Рис. 2. Торцевые фрезы Sandvik Соготапи а - Й245-063022-12И; б - Я590-063С5-11М

Стартовые режимы при торцевом фрезеровании

Таблица 1

Фреза, пластина

о

ср н

е

а и

N Ш

е

.0

е

О

о

сл

а н а

ц-

а

о

а

о;

е р

ю >

Е

о;

а

ш

е с

О

а

н

и б м

у м

л

г си

я ГО

а я

н и

ь н

л а

а з

и е

д р

а

Р

е р

с

о

р

о ^

О

ю о

о;

л е а

3

ь

о

р

о ^

О

Р245-063022-12Н, Р245-12 Т3 Е СР10

63

0,1

0,5

45

1810

9000

5400

Р590-063С5-11М, Р590-110504Н-ЫЬ Н10

63

0,1

0,5

45

1781

9000

6

5

а) б)

Рис. 3. Концевые фрезы: а - R216.23-16025IAK20P H10F, Sandvik Оогота^; б - P218.2220.0007 Стартовые режимы обработки' уступов

Таблица 2

Число эффективных зубьев г Подача на зуб Р2, мм/зуб с! а я Радиальная глубина резания ае, мм н и м/ , н и

Фреза м м о о ср т е м а и Д Осевая глубина резани: мм м/ о > я и н го з е р ь т с о р о к О Скорость шпинделя 1 об/мин Подача стола У^ мм/м

Р216.23-16025!ЛР20К 16 3 0,14 20 0.5 452 9000 3780

Р218.2220.0007 16 3 0,14 20 0.5 452 9000 3780

Стартовые режимы резания для указанных фрез представлены в табл. 2.

В качестве исследуемого материала был выбран фрагмент горячекатаной плиты алюминиевого сплава В95пчТ2. Работы проводились на фрезерном обрабатывающем центре РМС635У. Измерение электропроводности выполнялось прибором Sigmatest 2.069 [8]. Для этого на поверхность образцов была нанесена

размерная сетка с шагом 20 мм.

Графики зависимости электропроводности от режимов резания при торцевом фрезеровании приведены на рис. 4, 5.

Графики зависимости электропроводности от режимов резания при торцевом фрезеровании приведены на рис. 6-8.

22 21,95 21,9 21,85 21,8

1 и

0,04

22 21,95 21,9 21,85 21,8

0,08

0,1 0,12 fz, мм/зуб

а)

fz, мм/зуб

0,16

0,18

0,22

б)

Рис. 4. Зависимость электропроводности от подачи на зуб при торцевом фрезеровании. Режимы резания - ар= 0.5 мм, ае= 45 мм, Vc= 1780 м/мин: а - фреза Я245-063022-12И, пластины Й245-12 T3 E CD10; б - фреза R590-063C5-11M, пластины R590-110504H-NL И10

22

§ 21,9

и

а 21,8

21,7

1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900

Уе, м/мин

21,7

1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900

Vc, м/мин

б)

Рис. 5. Зависимость электропроводности от скорости резания при торцевом фрезеровании. Режимы резания - ар= 0.5 мм, ае= 45 мм, fz= 0.16 мм/зуб: а - фреза R245-063Q22-12H, пластины R245-12 T3 E CD10;

б - фреза R590-063C5-11M, пластины R590-110504H-NL Ш0

21,85 21,8

121,75 и 21,7 ^ 21,65

4/ 21,6

21,55 21,5

0,05

0,1 0,15

fz, мм/зуб

а)

0,2

0,25

21,85 21,8 | 21,75 и 21,7 ^ 21,65

4/ 21,6

21,55 21,5

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25

fz, мм/зуб

б)

Рис. 6. Зависимость электропроводности от подачи на зуб при обработке уступа. Режимы резания - ар= 20 мм, ае= 0.5 мм, Vc= 452 м/мин: а - фреза R216.23-16025IAP20A H10F; б - фреза P218.2220.0007

0

21,8

- 21,75 /м

2 21,7

и

£ 21,65

а 21,6 14 21,55 21,5

0,5

1,5 2

ае, мм

а)

2,5

3,5

21,8 21,75 /мм 21,7

и

£ 21,65 21,6

21,55

21,5

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

ае, мм

б)

Рис. 7. Зависимость электропроводности от радиальной глубины при обработке уступа.

Режимы резания - ар= 20 мм, fz= 0.14 мм, Vc= 452 м/мин: а - фреза R216.23-16025IAP20A H10F; б - фреза P218.2220.0007

0

1

3

Выводы. Анализ полученных зависимостей показывает, что изменение электропроводности при варьировании подачи на зуб и скорости резания (см. рис. 4-6) минимально для всех фрез, использованных в эксперименте, и находится в пределах колебаний электропроводности в заготовке.

Зависимость электропроводности от радиальной глубины фрезерования более выражена (см. рис. 7). При увеличении радиальной глубины резания электропроводность падает.

Во всех рассмотренных случаях электропроводность превосходит минимально допустимое, в соответствии с нормативной документацией ведущих мировых производителей авиационной техники, значение 20 МС/м.

Рассмотренные в данной работе фрезы и соответствующие для них режимы резания не могут при-

вести к появлению зон разупрочнения материала В95пчТ2 в нормальных условиях (отсутствующий или минимальный износ режущих кромок, удовлетворительная эвакуация стружки).

Представленная в рамках данной статьи работа проводится при финансовой поддержке Правительства Российской Федерации (Минобрнауки России) по комплексному проекту 2012-218-03-120 «Автоматизация и повышение эффективности процессов изготовления и подготовки производства изделий авиатехники нового поколения на базе Научно-производственной корпорации «Иркут» с научным сопровождением Иркутского государственного технического университета» согласно Постановлению Правительства Российской Федерации от 9 апреля 2010 г. № 218.

Библиографический список

1. Неразрушающий контроль: справочник. В 7 т. / Клюев В.В. С.42-46. В 2 кн. М.: Машиностроение, 2003. Т.2. 688 с.

2. Демина Л.Н. Методы и средства измерений, испытаний и контроля: учеб. пособие. М.: НИЯУ МИФИ, 2010. 292 с.

3. Васильков С.Д. Разработка и исследование метода не-разрушающего контроля остаточных напряжений в металлах и сплавах и его метрологическое обеспечение: автореф. дис. ... канд. техн. наук. 05.11.01. М.: СПбГУ ИТМО, 2010. 24 с.

4. Определение остаточных напряжений в поверхностном слое деталей из алюминиевого сплава после механической обработки / С.Д. Васильков [и др.] // Инструмент и технологии. 2009. №30-31. С.26-29.

5. Оптимизация процессов механообработки на основе модального и динамометрического анализа / А.В. Савилов [и др.] // Наука и технологии в промышленности. 2013. №1-2.

Статья поступила 15.01.2014 г.

6. Васильков С.Д. Исследования по определению остаточных напряжений через удельное электросопротивление // Технология, оборудование и автоматизация машиностроительного производства. СПб.: Инструмент и технологии, 2008. С. 28-31.

7. Современное состояние производства высокопроизводительного режущего инструмента из порошковых быстрорежущих сталей и твердых сплавов / А.В. Савилов [и др.] // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2013. №6. С.26-33.

8. Тимофеев С.А. Высокопроизводительное фрезерование авиационных деталей из алюминиевых сплавов по критерию заданной электропроводности // Высокоэффективные технологии производства летательных аппаратов: сборник докладов. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2012. С.25-33.