ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ КОНЦЕВЫХ ФРЕЗ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ.

DESIGN FEATURES OF END MILLING CUTTERS FOR TITANIUM ALLOYS MACHINING

Sergey Kozlov

Evgeny Shirshov

АННОТАЦИЯ

В работе рассматривается задача определения эффективности обработки титановых сплавов в зависимости от применения фрез с различной геометрией. Исследования при ресурсных испытаниях фрез различных типов показали зависимость между геометрией фрез и качеством обработанной поверхности детали, уровнем максимальной вибрации и степенью износа фрез. Получено экспериментальное подтверждение улучшения качества обработанной поверхности от применения фрез с геометрией Guhring.

ABSTRACT

The paper deals with the problem of determining the efficiency of processing titanium alloys, depending on the use of cutters with different geometries. Studies in the resource tests of different types of mills showed the relationship between the geometry of the mills and the quality of the machined surface of the part, the level of maximum vibration and the degree of wear of the mills. The experimental confirmation of improved surface quality from the use of cutters with the geometry of Guhring is obtained.

Ключевые слова: фрезерование; автоколебания; подача; сила резания; обработка резанием.

Keywords: milling; oscillations; feed; cutting force; cutting.

В настоящее время титан и его сплавы широко используются в авиационной и ракетно-космической технике, а также в транспортном машиностроении и судостроении, где важную роль играет малая плотность в сочетании с высокой прочностью и сопротивляемости коррозии. С помощью концевых фрез можно выполнять самые различные виды работ по обработке не только плоских, но и сложных по форме поверхностей. При фрезеровании инструмент изнашивается по передней и задней поверхностям. Износ и стойкость фрез зависят от свойств обрабатываемого материала и материала инструмента, режима резания, геометрии инструмента и качества смазывающе-охлаждающей жидкости. Чем выше твердость и прочность обрабатываемого материала, тем больше скорость нарастания износа и, следовательно, меньше стойкость инструмента. Большое влияние на стойкость оказывает геометрия заточки фрезы. Особенностью фрезерования титана и его сплавов является появление во время обработки колебаний (вибраций), ухудшающих качество и точность обработки, а также приводящих к ускоренному износу инструмента и шпиндельного узла. Одним из наиболее эффективных способов снижения возбуждения колебаний является применение фрез с переменной геометрией.

Таким образом, актуальной научно-практической задачей является возможность изготовления фрез с эффективной геометрией российскими производителями.

В работах [1,2] приведены результаты исследований по подавлению вибраций в результате незначительных изменений (Dw £ 4°) углов наклона w соседних зубьев цилиндрической фрезы.

Ряд современных зарубежных инструментальных фирм [3,4,5,6,7,8] предлагают рынку широкий выбор концевых фрез из твердых сплавов, у которых основным достоинством рекламируется их высокая виброустойчивость в результате перехода от изготовления равнонаклонных винтовых зубьев к разнонаклонным.

Фирма Guhring и ряд других зарубежных фирм предлагают различное сочетание углов наклона зубьев концевых фрез w от 35º  до 45º с разницей в углах наклона у соседних зубьев Dw = 2–4°.

Целью исследования является возможность изготовления фрез с эффективной геометрией российскими производителями. Ресурсные испытания десяти фрез для определения эффективности обработки металла и износостойкости инструмента проводились на обрабатывающем центре F650/50 Hyundai. Испытания проводились с фрезами двух разных производителей, отличающимися геометрией и наличием специального износостойкого покрытия. Это монолитные твердосплавные фрезы собственного изготовления без износостойкого покрытия и фрезы, изготовленные по технологии и чертежам немецкого производителя режущего инструмента фирмы Guhring (далее Guhring). Сравнение фрез проводилось в одинаковых условиях. Расчётное время обработки детали составило 11,2 часа. Качество обрабатываемых поверхностей представлено на фотографии см.рис.1.

Рисунок 1. Обработка детали

На этом рисунке мы можем наглядно увидеть разницу в обработке. Фреза №1 собственного изготовления отработала 1 час, начался прогрессирующий интенсивный износ, появилась вибрация, на обрабатываемых боковых поверхностях появились заусенцы величиной до 10-12 мм, обработку прекратили. Установили фрезу Guhring, продолжили обработку до полного ее окончания. Фреза отработала 10 часов без отклонений и внешних признаков износа. Результаты, полученные при обработке, сведены в таблицу 1.

Таблица 1.

Результаты эксперимента

Выводы

1. Скорость резания фрезами собственного изготовления в 2-4 раза ниже (в зависимости от обрабатываемого материала), чем скорости резания аналогичными зарубежными фрезами;
2. Качество обрабатываемых поверхностей на 1 или 2 класса ниже. Если по алюминиевым сплавам импортными фрезами можно получить шероховатость Ra0,63, (были случаи, когда получалось Ra0,32), то фрезами собственного изготовления качество обрабатываемой поверхности, шероховатость получается от Rz20 до Ra1,25.
3. Стойкость фрез собственного изготовления при обработке титановых сплавов и лёгких сплавов в 2-3 раза ниже стойкости зарубежных аналогов, по сталям все гораздо хуже;
4. Использование фрез без покрытия для обработки титановых сплавов с любой геометрией, нерациональное и экономически неэффективное использование ресурсов.
5. При разработке «хорошей» геометрии фрез, изготавливаемых на предприятии, можно достичь выдающихся результатов по металлообработке титановых сплавов.

Список литературы:

1. Budak E. An Analytical Design Method for Milling Cutters With Nonconstant Pitch to Increase Stability, Part 2: Application / E. Budak // ASME Journal of Manufacturing Science and Engineering. 2003. Vol. 125. Р. 35–38.
2. Budak E. Analytical Prediction of Chatter Stability Conditions for Multi–Degree of Systems in Milling. Part I: Modeling / E. Budak, Y. Altintas // Transactions of ASME, Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control. 1998. Vol. 120. Р. 22–30.
3. Каталог фирмы ООО «Техтрейд» [Электронный ресурс]. URL: http://www.techtrade.su/ (дата обращения: 04.02.2019).
4. Каталог Janpo [Электронный ресурс]. URL: http://www.cutters.com.tw (дата обращения: 04.02.2019).
5. Каталог фирмы ARNO [Электронный ресурс]. URL: http://www.arnoru.ru /(дата обращения: 04.02.2019).
6. Каталог фирмы GUHRING [Электронный ресурс]. URL: http://:www.guehring.ru (дата обращения: 04.02.2019).
7. Каталог фирмы Maykestag [Электронный ресурс]. URL:http://www.maykestag.com/ru/ (дата обращения: 04.02.2019).
8. Каталог фирмы MITSUBISHI [Электронный ресурс]. URL: http://www.mitsubishicarbide.com/EU/ru/ (дата обращения: 04.02.2019).
9. Каталог фирмы PARA Tooling [Электронный ресурс]. URL: http://www.paratools.com/ (дата обращения: 04.02.2019).