СПОСОБ ОБРАБОТКИ РЕЗАНИЕМ ТОКОПРОВОДЯЩИМ РЕЖУЩИМ ИНСТРУМЕНТОМ ИЗДЕЛИЙ ИЗ МЕТАЛЛОВ И ТОКОПРОВОДЯЩИХ МАТЕРИАЛОВ
METHOD OF CUTTING METALLIC AND CURRENT-CONDUCTING MATERIALS BY CURRENT-CONDUCTING CUTTING TOOL

Изобретение относится к машиностроению в части механической обработки и может использоваться для повышения стойкости токопроводящего режущего инструмента при обработке резанием металлов и токопроводящих материалов.
При резании металлов и сплавов в зоне контакта инструмента и изделия повышается температура и возникает естественная термопара между материалом инструмента и обрабатываемой деталью. При этом в зоне контакта как при трении металла, так и в процессе резания из-за разнородности контактирующих материалов возникают в соответствии с эффектами Зеебека и Пельтье термоэлектродвижущие силы (ТЭДС) и в замкнутом контуре станок - инструмент - изделие - станок (СИИС) начинает функционировать термоток. Известно, что термотоки при определенных условиях снижают стойкость режущего инструмента за счет активизации адгезионно-окислительных процессов в механизме разрушения. Доказано, что устранение ТЭДС приводит к повышению стойкости инструмента (Солоненко В.Г. Электроизоляция как метод повышения работоспособности режущих инструментов. Технология металлов №2, 2009. 18-25 с., №3, 2009. 9-15 с.).
Способ повышения стойкости инструмента методом прерывания цепи результирующего термотока, возникающего в цепи станок - приспособление - инструмент - изделие, при котором цепь ТЭДС разрывают традиционными изоляционными материалами, например слоем из текстолитовых прокладок толщиной порядка 2 мм, накладывает ряд ограничений, главным из которых является снижение жесткости системы СИИС из-за механических свойств диэлектриков.
Другой способ повышения стойкости состоит в том, что изоляционный слой образуют путем нанесения покрытия из клея или пластмассы, которые наносят на крепежные поверхности инструмента (хвостовик) или поверхности приспособлений, предназначенные для закрепления инструмента или изделия, толщиной 0,02-0,08 мм, или используют склеенные из отдельных частей сборные приспособления для крепления режущего инструмента или обрабатываемой детали (а.с. №206972) - прототип.
При этом достигается уменьшение или устранение действия ТЭДС и стойкость инструмента повышается в 1,5-3,0 раза. Это достигается при сверлении, точении, фрезеровании и других методах механической обработки сталей и сплавов.
Данный способ не обеспечивает необходимой жесткости покрытия при длительной работе, тонкие покрытия или слои клея обладают неравномерной толщиной, что приводит к биению инструмента, они обладают низкой твердостью, что ведет к их быстрому износу. Такой способ не нашел широкого применения в промышленности.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание универсального способа, уменьшение или устранение негативного действия ТЭДС, возникающей в процессе обработки металлов и токопроводящих материалов резанием токопроводящим режущим инструментом.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении изобретения, является повышение стойкости режущего инструмента при одновременном сохранении технических и эксплуатационных характеристик технологической системы станок - приспособление - инструмент - изделие.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе обработки резанием токопроводящим режущим инструментом изделий из металлов и токопроводящих материалов, включающем, по меньшей мере, одну рабочую операцию, на которой осуществляют обработку резанием токопроводящим инструментом, по меньшей мере, одной поверхности изделия из металла или токопроводящего материала в замкнутой технологической системе станок - инструмент - изделие - станок (СИИС), используют инструмент, закрепленный в приспособлении посредством выполненных из титанового сплава деталей, на контактирующих поверхностях которых создают окисную пленку с поверхностным сопротивлением ≥200 МОм.
2
2
Предлагаемый способ основывается на разрыве цепи ТЭДС в системе СИИС, ведущем к повышению стойкости инструмента. Приспособления и детали, предназначенные для крепления инструмента или изделия, выполняют из титановых сплавов. Электроизоляция при этом создается за счет окисной пленки из TiO на поверхности титанового сплава при термическом или электродуговом оксидировании. Электросопротивление такой пленки превышает 200…500 МОм, т.е. по сути она близка к диэлектрику. При термическом оксидировании при 600…750°С на поверхности титана возникает прочная, плотная, пассивная пленка преимущественно из ТiO. Толщина такой пленки достигает 30…100 мкм, под ней находится диффузионная зона (альфированный слой) на основе твердого раствора кислорода в α-титане. Окисная пленка имеет твердость порядка 10000 МПа, сравнимую с твердостью закаленной стали. Высокая твердость способствует высокой износостойкости, что подтверждается исследованием термически оксидированных слоев при трении титановых сплавов с другими металлами и сплавами.
Такие свойства пленки на титановых сплавах обеспечивают: разрыв цепи результирующей ТЭДС в системе «приспособление-инструмент» и уменьшат негативное влияние ее на износ инструмента, высокая твердость - создает повышенную износостойкость оксидированных поверхностей приспособлений из титановых сплавов.
Пример конкретного исполнения.
На чертеже показана схема для осуществления способа при сверлении.
Сверло 1 устанавливают, например, в модернизированном шпинделе 2 сверлильного станка, в который установлена переходная втулка 3. Внутренняя поверхность втулки 3 имеет соответствующие стандартные форму и размеры отверстия шпинделя. На поверхности переходной втулки 3 нанесено диэлектрическое покрытие 4, благодаря чему достигается электрическая изоляция сверла 1 от массы станка.
В процессе резания при обработке отверстия в изделии 5, установленном на столе 6 станка, в зоне контакта поверхностей сверла с обрабатываемым изделием 5 из-за их нагрева и вследствие разнородности инструментального и обрабатываемого материалов возникают ТДЭС. Однако вследствие электрической изоляции сверла от массы станка диэлектрическим покрытием 4 результирующие ТЭДС, проходящие по контуру станок - сверло - изделие - станок, разрываются, что способствует повышению стойкости сверла. При этом благодаря высоким механическим свойствам титановых сплавов не нарушается жесткость системы СИИС, что благоприятно влияет на точность обработки изделия.
Переходные втулки в количестве 4 штук были изготовлены из сплава ВТ3-1, геометрические размеры выполнены в соответствии с ГОСТ13598-85. После механической обработки втулки подвергли термическому оксидированию при температуре 750°С в течение 5 часов. Поверхностное сопротивление оксидированной поверхности втулок составило 2000…4000 МОм.
Производственные эксперименты производились при сверлении отверстий в изделии «Доска трубная» (для теплообменника) толщиной 100 мм из технического титана ВТ1-0 спиральным сверлом из стали Р6М5 ⌀25 мм (ГОСТ 12121-77). Общее количество отверстий данного диаметра в детали - 1700 шт. Применение данного способа показало увеличение стойкости инструмента в 2,15 раза.