Повышение эффективности изготовления деталей и приборов в авиастроении из прецизионного сплава 36НХТЮ

УДК 621.91.01

Д.В. Маношин, Т.Г. Насад

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ И ПРИБОРОВ

В АВИАСТРОЕНИИ ИЗ ПРЕЦИЗИОННОГО СПЛАВА 36НХТЮ

Приводятся экспериментальные данные обработки прецизионного сплава 36НХТЮ. Выведены зависимости износа инструмента и получаемой шероховатости от режимов резания для данного сплава. Рассматривается влияние режимов обработки на окружную силу резания Pz.

Прецизионный сплав, износ, качество поверхности

D.V.Manoshin, T.G. Nasad

USING PRECISION ALLOY 36НХТЮ TO IMPROVE THE EFFICIENCY OF PARTS AND

DEVICES IN AIRCRAFT MANUFACTURING

The article provides the experimental data for processing the precision alloy 36НХТЮ. Dependences of the tool wear and the resulting roughness on the cutting modes for this alloy are deduced. Impact of the processing modes on the Pz cutting properties is considered.

Precision alloy, deterioration, surface quality

Производство авиационной техники в большей степени, чем любая отрасль современного машиностроения, обладает теми отличительными особенностями, которые создают его ярко выраженную отраслевую специфику. Это относится к большой номенклатуре деталей, к которым предъявляются высокие требования, как к качеству поверхности, так и к точности их изготовления, к различным материалам, обладающим специфическими физико-механическими свойствами, область которых разнообразна: от упругих, чувствительных элементов приборов и деталей высокой точности,

таких как мембрана, до сложных корпусных деталей. Особое внимание при обработке данных деталей уделяется точности и высокому качеству поверхности, что сложно достичь при механической обработке из-за быстрого износа режущего инструмента и, как следствие, низкой точности деталей.

К одним из основных технологических мероприятий, повышающих долговечность и надежность деталей машин, относятся выбор и назначение условий резания, обеспечивающих изготовление деталей заданной точности и стабильности как по размерам, так и по физико-механическим свойствам. К сожалению, существующие нормативы по режимам резания в большинстве случаев лишены связей с размерной стойкостью инструмента и точностью обработки [3].

Проведенный анализ на приборостроительном предприятии показал, что использование прецизионных сплавов составляет более 10,5%. (рис. 1) и обработка таких сплавов остается достаточно трудоемким и сложным процессом, из чего можно сделать вывод о целесообразности глубокого изучение обработки данных сплавов.

Коррозионностойкие и жаропрочные стали и сплавы

Нержавеющие стали

Цветные металлы

Прецизионные сплавы

Неметаллические материалы

Рис. 1. Обзор используемых материалов в приборостроении

Поставленная задача заключалась в изучении процессов обработки данных материалов на примере сплава 36НХТЮ, а именно:

— получить экспериментальную модель зависимости износа инструмента и получаемой шероховатости от режимов резания;

— исследовать зависимость составляющей силы резания Pz от режимов обработки.

Для этого была проведена серия экспериментов. Обработка производилась на токарноревольверном центре с ЧПУ модель SL-20HE. В качестве обрабатываемого материала использовался круглый прокат из сплава 36НХТЮ 0 40 мм, твердостью 6HRc, после термической операции. Длина обработки L=40 мм. Используемый инструмент - твердосплавные пластины для обработки жаропрочных сплавов, материал пластины был определен по спектральному анализу па приборе «NITON XLt», который показал следующий состав: WC 90.68±0.87; Со 5,71±0,29; Cu 0.53±0.15; Cr 0.64+0.29; Ti 1.2+0.57. Для увеличения стойкости пластин было нанесено покрытие TiN толщиной 3 мкм. Обработка производилась на режимах, приведенных в табл. 1 [2].

Таблица 1

Режимы обработки сплава прецизионного сплава 36НХТЮ

Факторы Минимальное значение Максимальное значние

Скорость, м/мин. 50 70

Глубина резания, мм. 1,2 5,5

Подача, мм/об. 0,17 0,55

На основании проведенных экспериментов были выявлены следующие зависимости (1) для черновой обработки:

где V - скорость резания при черновой обработке; 1 - глубина резания; 8 - подача.

Данные зависимости показали, что повышение скорости оказывает положительное влияние, уменьшает силу резания Р2. Увеличение глубины резания и подачи, наоборот, повышает силу резания. Но их влияние на силу резания Р2 при постоянной площади сечения срезаемого слоя 1X8, при разных отношениях 1/8 будет неодинаковым. Поэтому при точении, для того чтобы при заданной

площади сечения максимально уменьшить величину сил, необходимо уменьшить глубину резания и увеличить подачу, т.е. стремиться работать с возможно меньшим отношением Это объясняется тем, что глубина резания и подача оказывают разное влияние на степень деформации срезаемого слоя. На рис. 2 графически показано влияние скорости резания на окружную силу при черновой обработке со следующими режимами: S=0,17 мм/об, 1=1,2 мм. На рис. 3 приведены зависимости влияния глубины резания и подачи на окружную силу.

Рис. 2. Г рафик зависимости силы резания от скорости резания

Рг, к г с, , Рг,

ЫО

1.5x103

1х103

500

3------------------------------- - - - 1бх103

К Г С

1.2ХІ03

300

400

У

У /

/

0.2 0.4 0.6 0.3

Г, ММ, мм/ой,

Рис. 3. График зависимости силы резания от глубины резания и подачи при черновой обработки со следующими режимами: Б=0,17 мм/об, 1=1,2 мм

На основании следующей серии экспериментов была выявлена зависимость износа передней поверхности инструмента от режимов резания, в действительных значениях (2) и в степенном виде (3). Для изучения процесса был применен статистический метод планирования эксперимента. Обработка результатов проводилась при равномерном дублировании опытов.

1ё= -0.542 - 0.095 X 1^~1'772 + 0.415 X 1^~0-41 + 0.424 X ^5+0'515

ь 3 0.073 0.331 0.255 4 '

1г3 = К X У-1-3 X с1-2 X 51,664

где Из - износ инструмента в мм; К=102,121 - коэффициент, применяемый для материала 36НХТЮ;У -скорость резания при черновой обработке, м/мин; 1 - глубина резания, мм; 8 - подача, мм/об.

Данная зависимость показала, что наибольшее негативное влияние на износ инструмента при черновой обработке прецизионных материалов в диапазоне скоростей 50+70 м/мин оказывает подача. Также из полученной математической зависимости видно, что увеличение скорости, наоборот, оказывает положительное влияние на уменьшение износа инструмента, что означает необходимость исследования данного материала при высокоскоростной обработке. На рис. 4 показан график зависимости износа инструмента от глубины резания.

Следующими опытами была выявлена зависимость шероховатости поверхности от режимов обработки. Для этого сначала был проведен однофакторный эксперимент зависимости шероховатости от скорости, который показал, что имеются два экстремальных значения при У=50 и У=70 м/мин. В диапазоне скоростей резания от 30 до 50 м/мин идет интенсивное наростообразование, поэтому чистота поверхности ухудшается. При скоростях от 50 до 70 м/мин идет разупрочнение нароста и, как следствие, улучшение качества поверхности. Свыше 75 и до 170 м/мин идет постепенное ухудшение

качества (рис. 5). Исходя из этих данных, была проведены более подробные исследования участка со скоростью от 50-70 м/мин и получена математическая модель (4).

Рис. 4. График зависимости износа инструмента от глубины резания при черновой обработке со следующими режимами: У=70 м/мин, Б=0,5 мм/об.

Рис. 5. Зависимости шероховатости от скорости резания

-1.356 х £.0.779 х ^0.729

Кг = С X У

где С=103,958 - коэффициент, применяемый для расчета шероховатости материала 36НХТЮ.

На основании проведенных многофакторных экспериментов получены зависимости износа инструмента и получаемой шероховатости от режимов резания, которые позволяют рассчитать оптимальные режимы при черновой обработке прецизионных материалов в диапазоне скоростей от 50 до 70 м/мин. Также полученные модели позволяют прогнозировать процесс изнашивания инструмента в зависимости от свойств обрабатываемого материала и параметров резания, что позволяет сократить материальные затраты на используемый инструмент, а также повысить точность получаемых размеров.

ЛИТЕРАТУРА

1. Григорьев С.Н. Метод повышения стойкости режущего инструмента / С.Н. Григорьев. М.: Машиностроение, 2009. 368 с.

2. Бобров В.С. Основы теории резания металлов / В.С. Бобров. М.: Машиностроение, 1975.

344 с.

2. Туманов А.Т. Справочник по авиационным материалам / А.Т. Туманов. М.: Машиностроение, 1986. Т. 1. 512 с.

Маношин Дмитрий Валерьевич -

аспирант кафедры «Технология электрофизических и электрохимических методов обработки» Энгельсского технологического института (филиала) Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.

Dmitriy V. Manoshin -

Postgraduate

Department Technology for Electrochemical and Electrophysical Processing Methods Engels Technological Institute Part of Gagarin Saratov State Technical University

Насад Татьяна Геннадьевна -

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Технология электрофизических и электрохимических методов обработки» Энгельсского технологического института (филиала) Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.

Tatyana G. Nasad -

Dr. Sc, Professor,

Head: Department Technology for Electrochemical and Electrophysical Processing Methods Engels Technological Institute Part of Gagarin Saratov State Technical University

Статья поступила в редакцию 12.05.12, принята к опубликованию 06.09.12