TECHNOLOGY OF RESOURCE RECOVERY OF POLYHEDRAL NON-REACHABLE PLATES

Full Text

ВВЕДЕНИЕ Инструмент с МНП является основным при разработке операции на станках с ЧПУ. МНП - одноразовые, используются не более 3-4 раз в зависимости от количества вершин. МНП включают твердосплавную основу и трехкомпонентное покрытие. Стоимость пластин ежегодно возрастает, что объясняется существенным удорожанием природных ресурсов и технологии производства. МНП - это изделия, имеющие разнообразную и точную геометрическую форму, сложный состав, высокое качество лезвий, точность и, как правило, прошедшие упрочняющую обработку, в основном - нанесением покрытий. Применение МНП предполагает использование вершины резца один раз при полном износе. На рис. 1 показаны типичные виды износа пластин по передней и задней поверхности. Износ МНП приводит к изменению формы передней поверхности и размеров пластин, разрушению упрочненной поверхности (покрытия). Повторить исходную геометрическую форму передней поверхности пластины с помощью алмазной заточкой в большинстве случаев невозможно, поэтому нужно создать новую форму пластины. Упрочняющая обработка МНП с помощью покрытия, применяемая ведущими фирмами, развита на высоком научном и техническом уровне. Замена покрытий на ее более простые химические соединения должна быть обоснованная своей эффективностью. Поэтому создание вторичного, полноценного ресурса работоспособности МНП - это сложная научно-техническая задача, решение которой возможно на основе комплексного исследования влияния вопросов рационального формообразования режущей части алмазным шлифованием и использования эффективных методов упрочнения для конкретных условий обработки. Очевидно, что содержание концепции создания вторичного ресурса может быть разным, но оно должно быть обосновано. Переточкой МНП занимались многие авторы [1, 5], которые предложили 3 метода восстановления. Первый метод основан на переточке только по задней поверхности, это наиболее приближенный метод по геометрии пластины, но он трудоемкий, т.к. требует применения станков с ЧПУ. Второй метод использует заточку по передней и задней поверхности. Он требует не только больших затрат, но и необходимость дополнительных наладок при установке на станках с ЧПУ. Третий метод наиболее перспективен, т.к. переточка осуществляется только по передней поверхности. Заточка по передней поверхности пластины с положительным передним углом имеет следующие преимущества: - надежность крепления пластины в корпусе инструмента cохраняется; - требуется обычный универсальный заточной станок; - минимальная трудоемкость заточки пластины. К недостаткам этого метода можно отнести уменьшение размера пластины по высоте и прочности режущей кромки, изменение геометрических параметров пластины, в частности переднего угла, изменение параметров стружколомания и стружкодробления. Однако при переточке пластин по передней поверхности появляется уникальная возможность изменить геометрические параметры режущей части в соответствии с конкретными условиями обработки, в частности создание переднего угла 0o - 6o взамен переднего угла у новой пластины, равного -20o. На рис. 2 показаны станок, трехповоротные тиски, конструкции алмазного инструмента и державки пластины. Практика процесса переточек показывает, что наибольшую эффективность имеют алмазные круги на бакелитовых и вулканитовых связках. Пластина закреплялась в оправке, которая применялась при обработке на станке с ЧПУ. ТЕХНОЛОГИЯ ЗАТОЧКИ Технология заточки МНП проводится с помощью алмазных кругов на универсальном заточном станке. Схема наладки резцов с пластинами перед заточкой показана на рис. 3. Изношенные пластины устанавливают в корпус державки с фиксацией последнего в положении для данной номенклатуры пластин. Данный способ не требует дополнительных затрат на приспособление и обеспечивает приемлемую точность глубины заточки режущих пластин ± 0,01 мм. На рис. 4 показана передняя поверхность переточенной пластины. Рис. 4. Передняя поверхность пластины после заточки Технологические режимы шлифования выбраны в соответствии с [3]: Vр = 35 м/с; Sпоп = 0,1 мм/дв.ход; Sпрод = 1 - 2 мм/мин. Перед заточкой необходимо рассчитать геометрические параметры передней поверхности пластины и припуски на обработку. Геометрические размеры передней поверхности: длину, ширину, угол наклона главной режущей кромки в осевом и радиальном направлениях рассчитываем по формулам. Длина переточенной главной режущей кромки: Lp = t + (1...2) мм, где t - глубина резания, равная припуску. Ширина передней поверхности рассчитывалась по длине участка пластического контакта стружки по передней поверхности L3 [4]: L3 = So [Kl (l - tg(γ)) + sec(λ)], где, So - подача на оборот заготовки, мм/об; Kl - усадка стружки по длине; γ - передний угол. После заточки передний угол при вершине пластины γ = + (5°…7°), это позволяет иметь положительный передний угол на главной режущей кромке равный 3°…5° при установки резца для обработки заготовок. Получаемый в процессе заточки уступ служит стружколомом. ТЕХНОЛОГИЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ На рис. 5 приведены результаты исследования химического состава твердого сплава фирмы SANDVIK, проведенные на специальной установке, которые показали, что в качестве основы подложки фирма-изготовитель использовала твердый сплав ВК 6. В данной работе в качестве катода используется чистый титан марки BT-1-00. Это дает возможность определить режимы нанесения покрытия и его адгезионные свойства. Нанесение износостойких покрытий является эффективным способом повышения работоспособности сменных многогранных пластин. Характеристики используемых установок, в основном отличаются габаритными размерами, схемой размещения режущего инструмента в камере, количеством испарителей и др. В зависимости от типоразмера инструмента, используются различные схемы его размещения, в зависимости от конфигурации изделий нанесение на них покрытий осуществляется без вращения, с осевым планетарным вращением и т.д. Технологический цикл КИБ нанесения покрытий можно представить в виде двух последовательно протекающих процессов [2, 6]: - ионной бомбардировки, предназначенной для термомеханической активации, залечивания дефектов и очистки поверхности основы ионами испаряемого электрода, т.е. подготовку поверхности перед покрытиями; - конденсации покрытия. Технологические режимы процесса нанесения покрытия TiN на МНП. I) Ионная очистка: - ток дуги испарителя Jд = 90(A); - ток катушки Jф = 0,4 (А); - напряжение на подложке Uп = 1000 (В); - остаточное давление в камере Pост = 2.10-5 мм рт.ст.; - температура нагрева изделий T = 600 оС; - время очистки t = 10 мин. II) Конденсация покрытия: - ток дуги испарителя Jд = 90(A); - ток катушки Jф = 0,5 (А); - напряжение на подложке Uп = 150 (В); - давление в камере P = 2.10-5 мм рт.ст.; - температура нагрева изделий T =550 - 600 оС; - время очистки t = 40 мин. Первый этап - ионная очистка, удаляет загрязнения и забивает микродефекты на поверхности, убирает загрязнения из вакуума. Второй этап - конденсация покрытия в азоте. Элементный анализ полученного покрытия нитрида титана проведен с помощью анализатора JED-2300 и микроскопа JEOL JSM-6390A. Результаты исследований структуры, элементного состава и свойства покрытия с режущей кромки пластин представлены на рис. 6. Элементный анализ полученного покрытия показал, что в полученном износостойком покрытии массовое содержание азота 9,63%, титана 90,37% соответственно. Дальнейшее исследование ведется в нахождении оптимального процентного содержания элементов [6]. Для пластин этого типа требуется содержание азота не менее 8,5%, т.е. получаемое покрытие вполне удовлетворяет этим требованиям. Структурный анализ показал хорошую однородность и целостность покрытия TiN. Хорошо видно, что покрытие повторяет рельеф поверхности подложки. В структуре наблюдается наличие капельной фазы размером от 1 до 3 мкм. На рис. 7 представлены переточенные пластины, покрытые износостойким покрытием TiN методом конденсации с ионной бомбардировкой. Разработана технология восстановления сменных многогранных неперетачиваемых пластин, обеспечивающая стабильные показатели качества обработки и стойкость порядка 80% от изначальной стойкости пластины. Рис. 1. Износ МНП по передней (а и б) и задней (в) поверхности Рис. 2. Универсальный заточной станок WS54 Швейцария (а), трехкоординатные тиски (б), круг шлифовальный АЧК ГОСТ 16172-80 АСО 160/120 B1 (в), державка для крепления МНП Sandvik Coromant PCLNR2525M-12 (г) Рис. 3. Схема профилирования передней поверхности пластин при заточке и фактические углы по задней и передней поверхности (6о) Рис. 5. Результаты исследования химического состава МНП фирмы SANDVIK Рис. 7. Переточенные пластины с нанесенным покрытием TiN Рис. 6. Исследование структуры покрытия, элементного состава и свойства режущей поверхности пластины

About the authors

Nikolay Vasil'evich Nosov

Samara State Technical University

Email: nosov.nv@samgtu.ru
Doctor of Technics, Professor at the Engineering Technology, Machine Tools and Tools Department

Victor Nikolaevich Lavro

Samara State Technical University

Email: nosov.nv@samgtu.ru
Senior Lecturer at the Metal Science, Powder Metallurgy, Nanomaterials Department

Sergey Nikolaevich Balakirov

Samara State Technical University

Email: s.balakirov@yandex.ru
Graduate Student, Category 2 Process Engineer of JSC «Aviaagregat»

References

Supplementary files