Токарная обработка заготовок под операции ротационной вытяжки

УДК 621.941.1

ТОКАРНАЯ ОБРАБОТКА ЗАГОТОВОК ПОД ОПЕРАЦИИ РОТАЦИОННОЙ ВЫТЯЖКИ

В.В. Иванов, Е.В. Сорокин

Рассмотрены вопросы токарной обработки заготовок для операций ротационной вытяжки. Основное внимание уделено расточным операциям. Приведены результаты, полученные в производственных условиях.

Ключевые слова: токарная обработка, форма стружки, СМП, стойкость.

Ротационная вытяжка на раскатных станках является эффективной формообразующей операцией при изготовлении различных тонкостенных деталей типа «тело вращения» с цилиндрической, конической или криволинейной формой образующей. При этом достигаются коэффициент использования материала до 0,7, точность диаметральных размеров и толщины стенки до 0,05 мм, шероховатость обработанной поверхности в пределах Яа 0,1...2,5 мкм. Этот процесс широко применяется при производстве целого ряда деталей различных боеприпасов, к которым предъявляются всё более жесткие требования к стабильности геометрических и весовых характеристик.

Как правило, исходную заготовку под ротационную вытяжку получают токарной обработкой. При этом разнотолщинность стенки заготовки, погрешности её формы в поперечном и продольном сечениях, и т.п. напрямую влияют на точность будущих деталей. При обработке внутренних поверхностей в заготовках типа «Труба» наиболее распространено растачивание резцами в силу универсальности этого процесса по сравнению с другими, например, обработкой зенкерами. Однако в этом случае необходимо свести до минимума влияние консольного закрепления инструмента на виброустойчивость процесса резания, в особенности при отношении параметров расточной оправки Ь/Б>4. Кроме того, предъявляются повешенные требования к жесткости всей технологической системы станка, в частности, его резцедержателя. В ряде случаев это решается путем замены штатного резцедержателя на специальную стойку, устанавливаемую на поперечный ползун суппорта.

В соответствии с существующими технологическими рекомендациями для растачивания глубоких отверстий предпочтительны следующие геометрические параметры режущей части инструмента: главный угол в плане ф = 90°, угол при вершине е = 35...60°. Величина радиуса закругления переходной режущей кромки г = 0,2...0,8 мм. Значение отношения Ь/Б влияет на выбор геометрических параметров инструмента, степень его изношенности, а также режимы резания. Так, с увеличением этого отноше-

ния следует уменьшать значения г, е, допустимой величины износа и скорости резания, применять сменные многогранные пластины (СМП) с задними углами. Кроме того, обязательным требованием является формирование компактной стружки и обеспечение её надежной эвакуации из полости детали. Это необходимо для исключения её заклинивания между стенкой детали и корпусом оправки, приводящего к ухудшению шероховатости обработанной поверхности, дополнительному отжиму инструмента, скалыванию вершины резца и т.п. Формирование компактной стружки достаточно успешно решается путем подбора оптимальной формы передней поверхности СПМ в сочетании с режимами резания.

При выборе инструментов, в частности СМП, необходимо учитывать следующие обстоятельства. В условиях современной экономической ситуации потребность российского машиностроения в режущих инструментах на 80-90% удовлетворяется за счет их импортирования [1]. Такое положение дел ставит отечественную промышленность в технологическую зависимость от зарубежных поставок. С учетом этого, инструментальное обеспечение машиностроительных производств по возможности должно основываться на отечественных разработках и стать приоритетным. Ниже приведены некоторые результаты, полученные в производственных условиях.

В первом случае осуществляли расточку в заготовке детали типа «труба» из стали 40Х (ГОСТ 8731-74), получаемой из горячекатаной трубы 180x16 (ГОСТ 18732-78) и имеющей твердость после термообработки ИЯС 30...35. Исходя из конкретных производственных возможностей, растачивание под раскатку выполняли за две операции: черновая и чистовая, на одном и том же станке мод. 163 (1969 г. выпуска). Закрепление заготовки на станке осуществляется в 3-х кулачковом патроне с поддержкой люнетом с тремя вращающимися роликами (рис. 1). Инструментальная оснастка состоит из расточной оправки диаметром О = 80 мм, которая с вылетом Ь = 400 мм (ЫО = 5) закреплена в штатном резцедержателе станка. В качестве инструмента использован резец (ф = 95°) с механическим креплением СМП типа ТРМЯ 160408.

На черновой операции отверстие в заготовке длиной 670 мм растачивают до 0146 мм на половину ей длины. Затем заготовку перезакрепляют и обрабатывают её вторую половину. Растачивание осуществляется со следующими режимами резания: глубина резания ? = 1,5 мм, число проходов г = 3, подача ^ = 0,3 мм/об, частота вращения шпинделя п = 125 об/мин. В качестве охлаждения применяется водный раствор эмульсии. При данных условиях суммарное машинное время обработки одной детали составляет 54 мин. В процессе изготовления партии деталей на черновой операции было проведено сравнение эксплуатационных показателей СМП отечественного и зарубежного производства, некоторые характеристики которых приведены в табл. 1.

Рис. 1. Растачивание отверстия в детали «Труба» на универсальном токарно-винторезном станке мод. 163

Таблица 1

Характеристики СМП

Производитель Форма СМП Марка сплава Область применения по ИСО Стоимость СМП, руб.

ОАО «КЗТС» ТРМЯ 160308-Б6 ТР20АМ Р15-Р30 142,2

ZCC-CT ТРМЯ 160308 УБС351 Р20-Р40 214,0

Геометрия передней поверхности сравниваемых СМП предназначена для получистовой-чистовой обработки. Основное отличие их «топографии» заключается в наличии углубления в виде лунки в вершине СМП формы ТРМЯ 160308 (рис. 2), что отражается на образовании стружки в виде полуколец и колец (рис. 3). Геометрия Б6 формирует стружку в виде непрерывной винтовой спирали 06 мм с шагом 4 мм и провоцирует нежелательные эффекты, о которых было сказано выше. Признаком затупления вершины СПМ является возникновение вибраций, приводящих к ухудшению шероховатости обработанной поверхности, что наблюдается при линейном износе задней поверхности - 0,5 мм.

209

Рис. 2. Сравниваемые формы СМП: слева - ТРМК 160308-Е6 (КЗТС);

справа - ТРМК 160308 @СС-СТ)

Рис. 3. Резец, закрепленный на расточной оправке, и стружка, образующаяся при работе СМП формы ТРМК 160308

210

Вопросы резания материалов и проектирования специального инструмента Полученные результаты по стойкости СМП отражены в табл. 2.

Таблица 2

Результаты стойкостных испытаний

Форма СМП Количество затупленных вершин Количество обработанных деталей Стойкость одной вершины, дет/мин Износ задней поверхности, мм

ТРМЯ 160308-Б6 2 4 2/108 0,52

ТРМЯ 160308 1 8 8/432 Не изменялся

На чистовой операции растачивание осуществляется в размер 0143Н13 с шероховатостью обработанной поверхности Я280 за один проход при глубине резания ? = 0,5 мм. Последовательность обработки и остальные режимы резания такие же, как и на черной операции. В этом случае использование СМП формы ТРМЯ 160308-Б6 из сплава ТР20АМ приводит к образованию стружки в виде отрезков спиралей длиной до 100 мм (рис. 4). Критерием затупления служит превышение отклонения от округлости 0,3 мм отверстия 0147мм, которое наблюдается после обработки, в среднем, 8-ми деталей (142 мин). При этом линейный износ задней поверхности не превышает 0,1...0,2 мм. Предположительно, это вызвано большим отжимом расточной оправки, по сравнению с вариантом использования зарубежной СМП (такой же, как и на черновой операции) из-за разницы в геометрии передней поверхности.

Из полученных результатов видно, что апробированная отечественная СМП пока не может составить конкуренцию её зарубежному аналогу. Более предпочтительной альтернативой сплаву ТР20АМ может являться сплав марки ТС20РТ-Р (Р10-Р25) из группы основных марок сплавов для токарных работ в номенклатуре сплавов ОАО «КЗТС» [2]. В качестве геометрии передней поверхности можно применить Б4, рекомендуемую ее производителем для растачивания (в диапазонах ? = 0,5.2,5 мм, ^ = 0,05.0,25 мм/об). Однако в существующей номенклатуре СМП ОАО «КЗТС» такая геометрия воспроизводится пока на СМП формы УСМТ 160404-Б4.

Во втором случае под раскатку обрабатывали заготовку длиной 600 мм из исходной трубы 133x14 (ГОСТ 18732-78) из стали 10 (ГОСТ8 873174) твердостью НВ137. Перед растачиванием осуществляется обтачивание заготовки до диаметра 130-0,1 мм на станке мод. 16К20. Для её закрепления за внутренний диаметр кроме патрона шпинделя станка дополнительно

используется 3-х кулачковый патрон, установленный в пиноли задней бабки. Это позволяет свести до минимума разнотолщинность стенки трубной заготовки, подготовленной для операции растачивания. Обтачивание осуществляется с режимами: ^ = 1,5 мм, 5 = 0,3 мм/об, V = 132 м/мин (при п = 315 об/мин), охлаждение водным раствором эмульсии. В качестве инструмента использован резец РСЬКЯ 2525М12 производства ООО «Вега-М» (г. Набережные Челны), оснащенный отечественной СМП формы СКМв 120404-М2 (рис. 5, а).

Рис. 4. Форма образующейся стружки на операции чистового

растачивания

Машинное время обработки одной детали при данных режимах, составляет 6,3 мин. В ходе испытаний одной вершиной было обработано 15 деталей (95 мин работы). При этом был достигнут линейный износ задней поверхности 0,2 мм, что не является предельно допустимым значением. Образующаяся стружка (рис. 5, б) не препятствует работе станка без вмешательства оператора. Полученные результаты свидетельствуют о возможности использования отечественных инструментов на данной операции.

212

а

б

Рис. 5. Вид образующейся стружки: а - передняя поверхность СМП формы CNMG 120404-M2; б - образующаяся стружка

Операция растачивания данной заготовки до 0108,2+0,22 с Я220 осуществляется по той же схеме и на том же станке, что и в первом случае. Отличие заключается в том, что для повышения жесткости технологической системы штатный резцедержатель станка заменён на специальную стойку (рис. 6, а), в которую устанавливается расточная оправка 090мм с вылетом 380 мм (Ь/О = 4,2). Это позволило применить СМП без задних углов с углом при вершине 80° (рис. 6, б).

а б

Рис. 6. Стойка станка: а - стойка для крепления расточной оправки;

б - типы СМП

Испытания показали, что наличие упрочняющей фаски, шириной 0,3 мм на отечественной СМП формы Ж^Мв 080408-Я2 из сплава РС34ХТ (Р35 по ИСО) приводит к возникновению вибраций. Наиболее

213

удачной для данной операции оказалась СМП формы WNMG 080408 из сплава МТ2 (Р35 по ИСО) производства МКТС-Хертель, которая обеспечивает получение приемлемой формы стружки и требуемого качества обработанной поверхности.

Вполне работоспособными оказались СМП формы CNMG 120408-РМ из сплава GC4325 (Sandvik Coromant). Априорно, из-за наличия фаски шириной 0,3 мм на отечественном аналоге CNMG 120404-М2 из сплава ТС20РТ-Р (показавшего хорошие результаты на операции обтачивания) от его испытания отказались.

Подводя итог изложенному, можно констатировать следующее. Наиболее трудоемкой операцией при подготовке заготовок деталей к ротационной вытяжке является растачивание внутренних поверхностей. Тем не менее, наличие широкого ассортимента современных СМП, разнообразной геометрии передней поверхности позволяет подобрать наиболее рациональную конструкцию СМП применительно для каждого конкретного случая обработки. Для решения проблемы импортозамещения инструментов основному производителю отечественных СМП ОАО «КЗТС» следует расширять существующую номенклатуру геометрии передней поверхности до достаточного уровня.

Список литературы

1. Черепанов П. Инструментальные твердые сплавы просят российское гражданство. Новый оборонный заказ. Стратегии. 2015. №2 (34). URL: http://www.dfnc.ru.

2. ОАО «Кировградский завод твердых сплавов». 2016. URL: http://www.kzts.ru.

Иванов Валерий Васильевич, д-р техн. наук, проф., sev7107@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Сорокин Евгений Владиславович, канд. техн. наук, доц., sev7107@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

TURN PROCESS FOR STOCKS BY ROTARY DRAWING OPERATIONS

V. V. Ivanov, E. V. Sorokin

Considered are the issues of turning processes for rotary drawing operations. The main attention is paid to boring operations. The results obtained under production conditions.

Key words: Turning process, shape of the chip, indexable-insert, durability.

Ivanov Valeriy Vasilyevich, doctor of technical science, professor, sev 710 7@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Sorokin Evgeniy Vladislavovich, candidate of technical science, docent, sev 710 7@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University

214