Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Аналитический обзор методов проектирования и эксплуатации фрезерного инструмента для обработки жаропрочных сплавов на никелевой основе 11
1.1. Особенности фрезерных операций при обработке жаропрочных сплавов на никелевой основе 18
1.2. Анализ рекомендаций по проектированию фрезерного инструмента 21
1.3. Анализ рекомендаций по эксплуатации фрезерного инструмента 36
1.4. Цель и задачи исследования 46
ГЛАВА 2. Разработка методики определения оптимальных параметров технологической системы при фрезеровании жаропрочных сплавов на никелевой основе 48
2.1. Исследование доминирующих факторов технологической системы, влияющих на ресурс инструмента при обработке жаропрочных сплавов на никелевой основе 48
2.2. Анализ процесса изнашивания лезвия в период приработки 58
2.3. Разработка методики определения оптимальных параметров технологической системы 68
ГЛАВА 3. Определение рациональных параметров инструмента и режимов резания при фрезеровании жаропрочных сплавов на никелевой основе 82
3.1. Выбор инструментального материала 82
3.2. Оптимизация геометрии режущей части фрезы 91
3.3. Исследование влияния режимов обработки на силу резания и стойкость фрезы 99
3.4. Влияние смазочно-охлаждающих жидкостей на ресурс фрезерного инструмента при обработке жаропрочных сплавов на никелевой основе 109
3.5. Разработка методики определения оптимального шага зубьев фрезы по амплитудным характеристикам процесса фрезерования 116
Основные выводы 131
Список литературы 133
Приложения 146
- Анализ рекомендаций по проектированию фрезерного инструмента
- Анализ процесса изнашивания лезвия в период приработки
- Оптимизация геометрии режущей части фрезы
- Влияние смазочно-охлаждающих жидкостей на ресурс фрезерного инструмента при обработке жаропрочных сплавов на никелевой основе
Введение к работе
Актуальность темы. Обработка жаропрочных сплавов на никелевой основе составляет значительную долю в номенклатуре обрабатываемых авиационных материалов. Эти материалы относятся к классу труднообрабатываемых и при фрезеровании трудоемких крупногабаритных изделий, например, дисков авиационных двигателей и энергетических установок, возникают значительные сложности, связанные с низким ресурсом инструмента, точностью и производительностью обработки. Трудоемкость обработки этих материалов растет из года в год, что объясняется разработкой новых жаропрочных сплавов на никелевой основе, соответствующих современным требованиям, предъявляемым к авиационной и космической технике. На точность и шероховатость обработки влияют два основных фактора: изменения формы инструмента в результате износа; деформация упругой системы вследствие вибраций и сил возникающих при обработке. Обеспечение приемлемых условий обработки производится за счет снижения режимов резания, а это в свою очередь, приводит к уменьшению производительности обработки и повышенному износу инструмента. Дальнейшее снижение подачи приводит к тому, что она становится соизмеримой с величиной округления лезвия и процесс обработки находится на грани резания и выдавливания. Силы резания снижаются, но работа происходит в упрочненном слое, что в конечном итоге ведет к более интенсивному износу инструмента и изменению его формы. Поэтому требуются другие решения. Создание оптимальных параметров технологической системы при фрезеровании предполагает комплексное определение параметров инструмента и режимов обработки.
Опыт эксплуатации инструмента показал, что оптимизировать параметры технологической системы, а именно: геометрию режущей части инструмента и режимы обработки можно только с учетом других факторов (жесткости системы, динамических характеристик и т.д.). В качестве критерия оптимизации целесообразно использовать закономерности формоизменения лезвия в период приработки. Положительным результатом комплексной оптимизации параметров технологической системы является минимизация периода приработки. При этом следует учитывать такие параметры, как точность и производительность обработки, шероховатость обработанной поверхности. Кроме того, определять параметры технологической системы целесообразно для конкретного случая обработки или однотипных условий.
Цель работы: повышение точности и производительности фрезерования фасонных поверхностей деталей из жаропрочных сплавов на никелевой основе за счет оптимизации параметров технологической системы по критерию стабильности состояния лезвия режущей части инструмента в период приработки.
Научная новизна:
- в результате исследования процесса приработки достигается оптимизация доминирующих в данных условиях обработки параметров технологической системы по критерию стабильности состояния лезвия режущей части фрезы в период приработки;
- установлено, что минимальный уровень вибраций технологической системы обеспечивается за счет оптимизации шага зубьев фрезы по критерию, учитывающему логарифмический декремент затухания амплитуды в переходных вибрационных процессах.
Практическая ценность заключается: в разработанной методике определения оптимальных параметров технологической системы по критерию изменения состояния формы лезвия в период приработки; в разработанных рекомендациях, которые могут применяться на предприятиях моторостроительной и энергомашиностроительной промышленности, обрабатывающих диски турбин из труднообрабатываемых материалов.
Реализация результатов работы. По результатам работы разработана методика определения оптимальных технологических параметров системы для обработки труднообрабатываемых материалов. Разработанные технологические рекомендации и инструмент апробированы в лабораториях кафедры «Металлорежущие станки и инструменты» и на ФГУП ОМО им. П.И. Баранова при выполнении хоздоговорных работ. Инструменты позволили обеспечить окончательный профиль детали и показали повышение производительности до 20%, за счет повышения стойкости инструмента в 22,5 раза. Применение разработанных рекомендаций повысили точность обработки, улучшили качество обработанной поверхности с Ra = 6,3 мкм до Ra = 3,2. Разработанная методика включена в программу и применяется в ОмГТУ на курсах повышения квалификации сотрудников промышленных предприятий в 2009 – 2010 годах.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на: Всероссийской научно-технической конференции «Россия молодая: передовые технологии – в промышленность», Омск, 2008 г., Международной научно-технической конференции «Новые материалы, неразрушающий контроль и наукоемкие технологии в машиностроении», Тюмень, 2008 г., Международной научно-практической конференции «Наука и производство-2009», Брянск, 2009 г., Международного технологического конгресса «Военная техника, вооружение и технологии двойного применения в ХХI веке», Омск, 2009 г., а также на заседаниях кафедры «Металлорежущие станки и инструменты» Машиностроительного Института.
Публикации. Результаты диссертационной работы представлены в 14 публикациях, из них 4 опубликованы в журналах, входящих в перечень ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, общих выводов и списка литературы из 145 наименований; изложена на 148 страницах машинописного текста, включая 54 иллюстрации и 12 таблиц.
Анализ рекомендаций по проектированию фрезерного инструмента
Для определения оптимальных параметров технологической системы необходимо провести сравнительный анализ существующих рекомендаций по проектированию фрезерного инструмента.
В настоящее время существуют две концепции проектирования фрезерного инструмента: традиционная, описанная еще И.И, Семенченко, Г.Н. Сахаровым, В.М. Матюшиным; новая, применяемая иностранными фирмами по производству металлорежущего инструмента (Sandvik Coromant, Ceratizit, LEUCO, SECO и т.д.). Согласно традиционной концепции для фрезерной обработки можно выделить несколько закономерностей: - равномерность фрезерования, более спокойная и без вибраций работа, обусловлена большим числом зубьев (одновременное участие не менее двух зубьев); - передний угол предпочтительно положительный, способствующий уменьшению сил резания, а, следовательно, и увеличению ресурса работы инструмента; - наличие острого лезвия способствует большей стойкости и более плавному фрезерованию. - многие конструкционные особенности фрезы были установлены вследствие более простого их изготовления. Современная методика, применяемая при изготовлении инструмента передовыми производителями металлорежущего инструмента, на практике показывает обратное: - для обработки жаропрочных сплавов на никелевой основе применяется инструмент с небольшим количеством зубьев, что предположительно связано с меньшими вибрациями, возникающими в процессе резания; - применяется отрицательный передний угол, увеличивающий ресурс инструмента за счет более прочного лезвия режущей части (положительный угол применяется только для определенных условий обработки); - наличие лезвия с отрицательной фаской способствует большей стойкости; - появление нового оборудования способствует получению сложных поверхностей без особых трудностей, что позволяет в процессе проектирования инструмента не ограничиваться простыми конструкциями фрезы.
Производственный опыт показывает, что влияние геометрии лезвия пластины на стойкость и, следовательно, ресурс очень велико. Для определения оптимальной геометрии и подходов к оптимизации геометрии режущей части и формы лезвие пластин необходимо исследовать напряженно деформированное состояние материала заготовки и определить основные закономерности его. Эмпирический путь исследования влияния геометрии инструмента на стойкость не дает логических связей при рационализации.
Исследование напряженного состояния в зоне резания может производиться методами теории упругости - со стороны инструмента, методами теории пластичности — со стороны заготовки и экспериментальными методами. Методы теории пластичности позволяют установить основные закономерности поведения обрабатываемого материала. Методы теории упругости - напряженное состояние режущей части инструмента. Экспериментальные данные - надежные результаты с минимумом допущений.
Исследование напряженного состояния в зоне стружкообразования проводилось во множестве работ, наиболее известны из которых [1,4,5,6,9,15,16,24,81,84,86,88]. Анализ этих работ показывает, что в силу сложности и многофакторности процесса, общей модели напряженного состояния не создано. В литературе существует два основных подхода к исследованию напряжений в этой зоне — это экспериментальный метод и моделирование. Эти методы взаимно дополняют друг друга, но сложность и трудоемкость получения экспериментальных данных не позволяет получить базу данных, достаточную для создания общей модели. Большое количество параметров процесса резания и их сложное взаимовлияние не позволяет точно описать их поведение в изменяющихся условиях. Описание процесса резания всегда требует некоторой идеализации при создании умозрительной модели. Речь идет только об адекватности модели в определенных условиях, что определяется правильностью выбора и описания поведения доминирующего фактора и его влияния на остальные. Выбор доминирующего фактора для реального процесса и способа воздействия на него — это основная задача при решении производственных задач в условиях машиностроительного производства.
Износ твердосплавных пластин на фрезах весьма похож на износ при токарной обработке. Но есть и характерные черты. Лезвие разрушается более активно. Следы износа по задней поверхности более грубые, причем с повышением скорости резания они становятся более глубокими. Исследования рекомендаций по выбору геометрии пластин для фрез в проспектах ведущих фирм показали, что в большинстве случаев рекомендуются пластины с фасками вместо радиуса при вершине. Причем, практика показывает, что замена пластин с фасками на пластины с радиусом приводит к заметному падению стойкости. Кромки пластин для фрез выполняют острыми, или с минимальным округлением, или с отрицательной фаской. Размеры фаски тем больше, чем больше подача [106].
Форма передней поверхности пластин существенно влияет на стойкость. Во множестве работ по инструменту и теории резания [9, 11, 15, 41, 42] рассматриваются модели, учитывающие форму передней поверхности. Вопрос этот сложный в силу сложности явлений, происходящих на передней поверхности и разнообразия случаев обработки. Исследование этих явлений с позиций линий скольжения позволяет систематизировать многочисленные наблюдения и исследования. Существует большое количество разновидностей форм передней поверхности многогранных твердосплавных пластин. Анализ области их применении в конкретных условиях целесообразно проводить с позиций линий скольжения. Сетка линий скольжения в зоне первичной деформации приведена в работах [11, 41, 26]. Изменение формы линий скольжений при изменении величины переднего угла можно определить по линиям равной
Анализ процесса изнашивания лезвия в период приработки
Большое влияние на ресурс инструмента имеет форма лезвия. В проспектах зарубежных фирм и исследованиях отечественных ученых [62, 63, 64, 13, 34, 44,] имеются рекомендации по выбору оптимальной формы лезвия в зависимости от ряда факторов, но картина не полная и требует дополнительных исследований и определения внутренних логических связей, хотя бы качественных. Отсюда вытекает задача исследований и установления основных конструктивных особенностей фрезы для обработки жаропрочных сплавов на никелевой основе.
Исследования показывают, что при обработке деталей из жаропрочных сплавов на никелевой основе происходит износ в результате выкрашивания твердосплавных пластин в сочетании с абразивным и адгезионным износом. В связи с этим стоит задача поиска оптимальной геометрии лезвия фрезы, которая позволяет снизить износ и противостоять выкрашиванию, а, следовательно, изготавливать инструмент с ресурсом его работы - одна деталь.
В процессе работы зуб фрезы контактирует с заготовкой по передней грани через срезаемый слой металла и по задней грани через поверхность резания. При работе дисковой фрезой на зуб фрезы действует окружная Р: и радиальная Ру составляющие силы.
Равнодействующая R указанных сил представляет собой силу резания на зубе фрезы. Сила резания R не остается постоянной на протяжении дуги контакта зуба фрезы с заготовкой ни по значению, ни по направлению. Как следует из изложенного выше, при вращении фрезы сечение среза непрерывно изменяется от пуля до максимального значения, вследствие чего непрерывке меняется и сила резания. Кроме того, вследствие вращения фрезы направление силы R будет также непрерывно изменяться по отношению к постоянным направлениям, характерным для фрезерного станка, например по отношению к плоскости стола станка.
Силу резания R можно разложить на горизонтальную Ps и вертикальную Pv. По окружной силе Рг рассчитывают механизм главного движения станка и мощность, расходуемую на резание. Радиальная сила Ру вызывает деформацию частей станка и изгиб фрезерной оправки. По горизонтальной силе Ps, которая носит название также силы подачи, рассчитывают механизм подачи станка и зажимные детали приспособления. Вертикальная сила Pv отжимает фрезу от обрабатываемой заготовки.
Из всех значений равнодействующей и ее составляющих, которые они принимают на протяжении дуги контакта, наибольший интерес представляют максимальные значения окружной силы Рг тах, силы подачи Ps max и вертикальной силы РУтах, которые необходимо знать при расчете деталей станка на прочность, и среднее значение окружной силы Ргср, используемое при определении мощности, расходуемой на резание. Окружная сила (Н), действующая на один зуб, может быть выражена как:гдер - удельное давление, Н/мм";/- площадь поперечного сечения среза, снимаемого данным зубом. Удельное давление зависит от толщины среза: чем больше толщина, тем меньше удельное давление - и определяется по формуле: где Ср - коэффициент, характеризующий условия обработки;у - величина, зависящая от обрабатываемого материала, затупления инструмента и смазки, у= 0,2 -т- -0,4.
Тогда составляющая силы резания Pz будет определяться:гдех=1+у=0,6Ю,8. Тогда:Максимальное где у/ - угол контакта фрезы с заготовкой, .Если в работе одновременно находится несколько зубьев, например 1 и 2, то суммарная окружная сила будет определяться:
Приведенное выражение для PzcyM будет соответствовать также максимальному значению окружной суммарной силы Р2 тах сум, так как оно соответствует моменту выхода очередного зуба из обрабатываемого материала. Окружная сила создает момент сопротивления резанию и изгибает оправку:где М — крутящий момент, Н-мм; D - диаметр фрезы, мм.Максимальное значение крутящего момента будет:
Для определения значений силы подачи Ps и вертикальной силы Pv при встречном фрезеровании спроектируем все силы на горизонтальную X и вертикальную Y оси. Тогда сила подачи будет:
Наибольшее значение сила подачи будет иметь в момент выхода очередного зуба из обрабатываемого материала, тогда:Опытным путем установлено, что [32]:Принимая Pv = 0,35R, имеем:
Из формулы (2.2.18) для 2 следует, что при/? 0,35д вертикальная сила будет стремиться оторвать деталь от стола станка, а при р 0,3 5д -прижать деталь к столу станка. Если считать, что с деталь, контактирует один зуб, то отрыв детали от стола происходит при условии/? 0,35q, или:
Из приведенного соотношения следует, что при работе фрезой с одним зубом фреза будет стремиться оторвать деталь от стола при
Расчеты показывают, что если в работе одновременно два зуба, то отрыв детали происходит при t/D 0,045.
Установлено, что в период приработки при фрезеровании фасонных поверхностей жаропрочных сплавов на никелевой основе, в момент контакта обрабатываемой детали лезвиями фрезы, возникают силы с максимальным значением 1200Н-И800Н, превышающие силы резания в установившемся режиме в 6 8 раз (рис. 2.2.1). Это результат вибраций в начальный период фрезерования. В результате приработки поверхностей лезвия фрезы силы резания снижаются до стабильных значений - 20011, т.к. инструмент обретает геометрические параметры оптимальные для данных условий. Полученные данные формы износа позволяют внести коррективы в геометрические параметры фрезы, что в свою очередь уменьшает время приработки, и, соответственно, увеличивает ресурс инструмента. Таким образом, выбор оптимальных геометрических параметров фрезы происходит по визуальному анализу формоизменения лезвия в период приработки. Графики Series 1 6 соответствую-! принятым па предприятии параметрам технологической системы, а графики Series 7 -8 соответствуют оптимизированным параметрам, что обеспечивает значительное снижение силы резания.
Оптимизация геометрии режущей части фрезы
Выбор оптимальной геометрии фрезы для обработки жаропрочных сплавов на никелевой основе является важным направлением для повышения производительности и точности процесса фрезерования этих сплавов. Значение углов заточки инструмента для конкретных операций выбираются исходя из кинематических и физических особенностей процесса фрезерования.
Режущая часть зуба фрезы характеризуется следующими основными углами: задним углом а, передним углом у, углом наклона лезвия т. Все эти углы оказывают влияние на технологические условия обработки. При обработке жаропрочных сплавов на никелевой основе износ зубьев дисковой фасонной фрезы происходит в основном по задней поверхности, т.е. в месте выхода зубьев фрезы, в виде ленточки истирания одинаковой ширины. Поэтому целесообразно вносить коррективы в геометрические параметры фрезы в виде задней фаски, которая бы способствовала снижению процесса приработки и как следствие повышению стойкости.
Задний угол а. Основное назначение заднего угла устранение трения задней поверхности зуба об обрабатываемую поверхность в процессе резания. На выбор заднего угла оказывает влияние характер обработки и назначение фрезы.
Выбор большого заднего угла нежелателен, так как он связан с ослаблением лезвия фрезы. Кроме того, с повышением величины заднего угла возрастает износ режущего лезвия в радиальном направлении. Точность обработки зависит от величины радиального износа. Следовательно, если требуется чистота обработки в пределах 6-К7-го классов и точность не ниже 3-го класса, задний угол должен быть 3- 5 с целью обеспечения большей прочности и стабильности лезвия фрезы (рис. 3.2.1).
Исследования показали, что дисковые фрезы, предназначенные для обработки жаропрочных сплавов на никелевой основе имеют значения заднего угла равного 30, что связано с относительно малыми толщинами среза, когда радиус округления лезвия должен быть минимальным. Чем меньше толщина среза, тем ниже давление и прочность сваривания материала стружки с материалом инструмента. Процесс разрушения лезвия фрезы при этом замедляется, а ее стойкость повышается.
Передний угол у. Основное назначение переднего угла заключается в уменьшении работы, затрачиваемой на пластическую деформацию стружки, удаляемой в процессе резания. Он выбирается исходя из зависимости физико-механических свойств обрабатываемого материала, а также режущей и прочностной характеристики материала инструмента.
На рис. 3.2.2. показана зависимость составляющей силы Р= и стойкости фрезы Т от переднего угла у при обработке жаропрочного сплава на никелевой основе ЭП741НП фрезой с твердосплавными пластинами ВРК15, а = 30, а = 10, v - 20 м/мин, S: = 0,04 мм/зуб, t = 1 мм.
Уменьшение переднего угла приводит к увеличению сил резания, ухудшению частоты обработки, налипанию стружки на переднюю поверхность зуба фрез. Увеличение переднего угла приводит к снижению прочности зуба и к появлению выкрашивания. Увеличенные удельные силы резания при фрезеровании жаропрочных сплавов на никелевой основе вызывают необходимость применения на фрезах малых передних углов с целью предохранения твердосплавных режущих кромок от выкрашивания.
При отрицательном угле наклона лезвия стойкость фрез оказывается выше, что можно объяснить характером износа зубьев фрезы. Максимальный износ наблюдается в наиболее удаленных от вершины точках контакта задней поверхности зубьев и поверхности резания, а при отрицательном переднем угле облегчаются условия работы этих точек - они испытывают меньший удар.
Большие отрицательные передние углы на режущей части фрезы вызывают вибрации, которые негативно сказываются на точности обработки поверхности. Исследования показали, что передний угол минус 5 обеспечивает максимальную стойкость с минимальными вибрациями. При увеличении переднего угла свыше 0 в процессе фрезерования начинает выкрашиваться лезвие фрезы (рис. 3.2.3).
Угол наклона лезвия т. Фрезы с углом со обладают целым рядом преимуществ по сравнению с прямозубыми. Винтовые зубья отводят стружку в сторону, благодаря чему она не попадает под следующий зуб, и тем самым режущие кромки предохраняются от излишнего износа. Плавность работы способствует уменьшению вибраций фрезы и улучшению чистоты обрабатываемой поверхности. Увеличение угла наклона зубьев фрезы к оси фрезы приводит к уменьшению стойкости. Уменьшение стойкости объясняется увеличением нагрузки на единицу длины лезвия удельных сил резания и как следствие появления сколов. На рис. 3.2.4 показана зависимость составляющей силы резания Pz и стойкости фрезы Гот угла со при обработке жаропрочного сплава на никелевой основе ЭП741НП фрезой с твердосплавными пластинами ВРК15, f = -5, а = 30, v = 12 м/мин, S. = 0,04 мм/зуб, / = 1 мм. Несмотря на более высокие силы резания, фрезы с меньшим углом о имеют большую стойкость. Это связано с тем, что сколов на лезвии фрезы меньше при со = 5-Ч5, чем при у 20.
Исследования показывают, что оптимальным углом т для обработки жаропрочных сплавов на никелевой основе следует считать угол 10. Это связано с тем, что при to 10 присутствуют существенные вибрации, сказывающиеся на точность обработки, а при т 10е резкое снижение стойкости за счет повышения числа сколов. Процесс фрезерования при со = 10 протекает плавно, с отсутствием сколов (рис. 3.2.5). Фрезы с углом т 10 вследствие высоких значений вибрации, после достижения определенного ленточного износа скалываются, что приводит к негодности режущую кромку (рис. 3.2.6). Фрезы с углом со 10 выходят из строя по причине сколов зачастую до достижения ленточного износа (рис 3.2.7).
Влияние смазочно-охлаждающих жидкостей на ресурс фрезерного инструмента при обработке жаропрочных сплавов на никелевой основе
Одним из важнейших путей увеличения срока службы фрез является снижение температуры на контактных поверхностях инструмента. Поиск способов снижения температуры невозможно без изучения физики тепловых явлений, происходящих в процессе фрезерования. Процесс фрезерования более сложен, чем процесс точения. Источники теплоты - теплота деформации, выделяющаяся вблизи плоскости сдвига и теплота трения на площадке контакта стружки с зубом, а также теплота трения на задней поверхности непрерывно меняются в ходе резания. Температура, возникающая в рабочей части инструмента — температура резания, является одним из важнейших факторов. Она влияет почти на все основные явления, связанные с процессом резания. От количества тепла, переходящего в инструмент и обрабатываемую деталь, зависят стойкость инструмента, температурные деформации фрезы и детали, а, следовательно, точность обработки, явления наклепа, остаточные напряжения и так далее [25].
Повышение температуры изменяет механические характеристики и структуру материала инструмента, а также материала срезаемого слоя. Возникающее в процессе резания тепло как результат пластической деформации и трения на передней и задней поверхностях инструмента оказывает влияние на весь комплекс явлений, сопутствующих процессу резания, а также на состояние поверхностного слоя деталей, класс чистоты и точность обработки.
Температура в зоне резания и на контактных поверхностях зависит от интенсивности источников и от условий отвода тепла. При резании жаропрочных сплавов на никелевой основе тепловой баланс характеризуется большим количеством тепла, которое переходит во фрезу. Большое влияние на интенсивность отвода тепла из зоны резания оказывает теплопроводность обрабатываемого материала, с уменьшением которой отвод тепла ухудшается. Уменьшение теплоотвода приводит к концентрации тепла и повышению температуры резания.
Наряду с режимом резания и геометрией фрезы на тепловой баланс существенное влияние оказывают физико-механические свойства обрабатываемого материала и материала режущего инструмента. Это относится главным образом к жаропрочным материалам, при обработке которых наблюдается ряд характерных явлений, одно из них - особая интенсивность тепловыделения. При этом низкая теплопроводность указанных материалов обусловливает концентрацию тепла в зоне резания, что приводит к резкому снижению стойкости инструмента, в связи, с чем обработку жаропрочных сплавов приходится вести на пониженных режимах.
С одной стороны, с превышением скорости резания количество теплоты, уносимой стружкой, возрастает, и деталь нагревается меньше, так как в нее поступает относительно меньшее количество теплоты. С другой стороны, с повышением скорости резания увеличивается нагрев инструмента, что способствует более усиленному его изнашиванию.
На современном уровне металлообработки проблема теплоотвода не может быть решена только подводом СОЖ в зону резания, а требуется применение таких режущих инструментов, которые обеспечат отвод тепла со стружкой. Температура в зоне резания настолько высока (превышает 1000 С0), что происходит испарение охлаждающей жидкости. Это отрицательно сказывается на стойкости инструмента, особенно при фрезеровании, когда процесс обработки прерывистый. Значительные колебания температуры на лезвии режущей части фрезы приведут к образованию термических трещин.
При обработке деталей из жаропрочных сплавов на никелевой основе возникают сложности, связанные с недостаточной стойкостью инструмента вследствие выкрашивания лезвия. Одной из причин возникновения сколов на лезвии, при обработке этих сплавов является применение смазочно-охлаждающих жидкостей. Из-за прерывистого процесса резания при фрезеровании режущая часть зуба работает в условиях быстро меняющихся тепловых и механических нагрузок. Износ зубьев фрезы во многих случаях имеет характер как микровыкрашиваний, так и микроскопических сколов лезвия режущей части фрезы. Установлено, что фактором, усиливающим выкрашивание режущей кромки, является мгновенное переохлаждение ее к моменту выхода из контакта («тепловой удар»), в результате чего появляется сетка микротрещин. СОЖ, является гораздо более сильным охлаждающим средством, чем воздух, которое усиливает действие теплового удара. Усиление под действием СОЖ теплового и механического ударов оказывается столь существенным, что это приводит к значительному увеличению износа и выкрашиванию на лезвии инструмента. По данным многих авторов исследовавших резание труднообрабатываемых материалов, применение смазочно-охлаждающих жидкостей при обработке труднообрабатываемых материалов позволяет: увеличить стойкость режущего инструмента, снизить температуру нагрева рабочих поверхностей инструмента, улучшить качество поверхности, повысить усталостную прочность изделия. В полной мере это отражено в работах Подураева В. Н.
При исследовании влияния смазочно-охлаждающей жидкости на стойкость фрезы, рассматривалось фрезерование жаропрочного сплава на никелевой основе фрезами, в одном случае с применением СОЖ (7%-ная эмульсия с добавлением сульфофрезола и скипидара), в другом без СОЖ. Исследования показывают, что за время одного оборота фрезы температура контакта резко изменяется. Осциллографирование температур зоны контакта позволило выявить, что средняя температура контакта устанавливается чрезвычайно быстро - через 0,002- -0,003 секунды после вступления зуба фрезы в работу. По выходе зуба из соприкосновения с обрабатываемым материалом температура его режущей части также быстро снижается до 1/3 величины, возникающей при резании. При движении зуба в воздухе (до следующего врезания) его температура, вследствие теплопередачи и вентиляционного эффекта, снижается до 100-И50 С. Резкое снижение температуры происходит из-за низкой теплоемкости твердого сплава [33].
На рис. 3.4.1. показана зависимость образования сколов от количества переточек фрезы при обработке фрезерованием жаропрочного сплава на никелевой основе ЭП741НП с применением СОЖ и без нее.
