8. Оценка режущих свойств смп в лабораторных и производственных условиях

Приведенные выше рекомендации по режимам резания носят ориентировочный характер и нуждаются в уточнении, т.к. не могут учесть всех особенностей, которые возникают в каждом конкретном случае обработки. Такое уточнение можно сделать лишь по результатам апробации инструментов в лабораторных или производственных условиях. Только экспериментальным путем можно сравнить режущие свойства твердых сплавов, имеющих одинаковую область применения, полученных от различных производителей. Такая информация позволяет потребителю выбрать наиболее приемлемый вариант, обеспечивающий требуемые функциональные показатели процесса обработки при минимальных затратах. В таблице 8.1. приведены характеристики некоторых типов СМП ряда зарубежных фирм, имеющих приблизительно одинаковые области применения по ISO, которые были подвергнуты сравнению в лабораторных условиях.

Анализ полученных результатов позволяет сделать следующие выводы.

Наименьшей износостойкостью обладает твердый сплав марки NL40. Вероятно, это обусловлено тем, что он имеет другую предпочтительную область применения типа Р25 поISO. Безвольфрамовый твердый сплав марки СТ5015 шведской фирмы по износостойкости уступает своему южно-корейскому аналогу маркиCN200, несмотря на то, что для него рекомендуется предпочтительная область применения Р01 поISO. Из четырех сплавов одной области применения, марокUC6010,NC320,GS415, иCT15 наиболее износостойким оказался сплав маркиUC6010 японской фирмыMITSUBISHI.

Таким образом, проведенные испытания позволили оценить эксплуатационные возможности ряда зарубежных марок твердых сплавов, что позволяет потребителю сделать правильный выбор при назначении инструментального материала для чистовой токарной обработки.

Обработка результатов стойкостных экспериментов в лабораторных условиях проведена на базе электронных таблиц Excel2000. СовместимостьExcel,cWordиAccess, обеспечивает обмен информацией между этими программными продуктамиWindows, что расширяет возможность использования полученной информации.

Таблица 8.1.

Характеристики сравниваемых СМП

Фирма-изготовитель	Форма СМП	Марка твердого сплава	Износостойкое покрытие	Область применения	Диапазон стружкодробления
				Предпочтительная область	Подача, S,мм/об	Глубина резания t, мм
KORLOY (Корея)	CNMG 120404-D02	CN 200 безволь-фрамовый	нет	Р10-Р20 Р15	0,10-0,25	0,5-2,0
	CNMG 120404-HF	NC 320	TiC-TiCN-Al2O3-TiN	Р10-Р30 Р20	0,05-0,35	0,3-2,5
Сандвик - МКТС	CNMG 120404-43	CT 15	TiCN-Al2O3-TiN	Р05-Р30 Р15	0,10-0,40	0,5-4,0
MITSUBISHI (Япония)	TNMG 160412-MA	UC 6010	TiCN-Al2O3-TiN	Р10-Р20 Р15	0,15-0,50	1,0-4,0
Sandvik Coromant (Швеция)	TNMG 160412-61	GC 415	TiCN-Al2O3-TiN	Р05-Р30 Р15	0,10-0,40	1,0-4,0
	CNMG 120408-UF	CT 5015 безволь-фрамовый	нет	Р01	0,05-0,20	0,2-2,0
STEELRAM (Швейцария)	CNMG 120408-3J	NL 40	нет информации	нет информации	0,15-0,35	1,0-2,5

Таблица 8.2.

Условия и результаты экспериментов

Форма СМП	Марка сплава	Ско- рость резания, V, м/мин	Глубина резания, t, мм	Износ задней поверхности, δ, мм	Время работы, мин	Путь резания, км
CNMG120404-D02	CN200	230	0,1	0,45	57	13,049
CNMG120404-HF	NC320	220	0,1	0,26	105	23,462
CNMG120404-43	CT15	210	0,1	0,38	73	15,550
TNMG160412-MA	UC6010	290	0,5	0,14	35	9,801
		330	0,5	0,21	28	8,930
TNMG160412-61	GC415	360	0,5	0,31	16	5,929
CNMG120408-UF	CT5015	220	0,1	0,31	30	6,661
CNMG120408-3J	NL40	260	0,5	0,25	13	3,545
Рис.8.1. Зависимость износа резца от пути резания.

На рис.8.2 представлен вид рабочего листа. Отдельный лист по каждому эксперименту сопровождается необходимой информацией.

Рис. 8.2. Вид рабочего листа.

Для более объективной оценки режущих свойств, стойкостные эксперименты следует проводить при изменении скорости резания в широком диапазоне. В этом случае связь между скоростью Vи периодом стойкостиTвыражается известной эмпирической зависимостью:

(8.1)

где m- показатель относительной стойкости,C_V – константа, учитывающая условия, при которых были проведены эксперименты.

Графическая интерпретация такой зависимости представлена на рис. 8.3. Показатель относительной стойкости mуказывает насколько интенсивно изменяется стойкость инструмента Т с изменением скорости резанияVи численно равен тангенсу угла наклона прямой линии данной зависимости к оси Т.

Рис.8.3. Влияние скорости резания Vна период стойкости Т

при точении стали 45Х.

Однако такие испытания сопряжены с большими временными и материальными затратами. Сократить трудоемкость стойкостных экспериментов можно следующим образом. Согласно отечественным и зарубежным нормативам на режимы резания для твердосплавных резцов общего назначения показатель относительной стойкости m=0,2. КонстантаC_V численно равна скорости резания, соответствующей периоду стойкостиT=1мин при принятом критерии затупления. На практике трудно безошибочно с первого раза назначить такую скорость резания. В связи с этим стойкостные эксперименты проводят на скорости резания, при которой Т =2…5мин, а значения константы C_Vопределяют путем экстраполяции зависимостина значение периода стойкости Т=1мин.

Рис.8.4.СМП формы WNMG080412-TM.

Скоротечность таких экспериментов позволяет дублировать их необходимое число раз при минимальных расходах обрабатываемого материала, что повышает достоверность результатов. Рассмотрим преимущества такой ускоренной методики на примере оценки режущих свойств СМП формыWNMG080412-TM(рис8.3) из твердого сплава марки Т7020 (Р20) с износостойким покрытием японской фирмыTOSHIBAпри точении стали 45Х (HB280) сt=0,5мм иS=0,15мм/об.

Представленную СМП устанавливали в державку резца MWLNR2525M08 с углом φ=95°. Результаты этих экспериментов в виде зависимостей δ=f(τ) представлены на рис 8.4. Четыре грани СМП были использованы для определения константыC_V. Так, при линейном износе задней поверхности δ=0,4мм была получена зависимость

(8.2)

Оставшиеся грани были использованы для контрольных опытов со скоростями резания 350 и 263 м/мин. Так, при V=350м/мин период стойкости составил 4.2мин, что хорошо согласуется с экспериментальными данными. При скорости резанияV=263м/мин расчетное значение периода стойкости Tсоставляет 16.6мин, тогда как экспериментально установлено значениеT=17,6мин. Такое совпадение для производственных условий можно считать вполне удовлетворительным. Проведение лабораторных испытаний позволяет получить первое представление об эксплуатационных свойствах новых форм СМП и марок твердых сплавов. Такие испытания дают возможность с наименьшими временными затратами провести уточнение эксплуатационных свойств инструментов в производственных условиях.

Рис.8.5. Влияние времени τ работы резца

на линейный износ задней поверхности δ.

Производственные испытания являются наиболее ответственным этапом, поскольку по его результатам принимается решение о внедрении той или иной марки сплава или формы СМП. Именно на этом этапе можно объективно установить обоснованные нормы расхода инструмента. При использовании сертифицированных инструментов, превышение установленных нормативов может свидетельствовать об отклонениях размеров заготовок, об отклонениях в механических свойствах материала заготовки, о состоянии металлорежущего оборудования, а также квалификации станочников. Поэтому при проведении производственных испытаний необходимо обеспечить получение максимально достоверной информации об эксплуатационных свойствах инструмента. Для этого необходимо учесть целый ряд факторов, которые фиксируют в протоколе испытаний. Пример заполнения типового бланка такого протокола, разработанного Sandvik– МКТС, приведен ниже (рис.8.6. а, б).

Важнейшим фактором принятия решений о качестве режущих инструментов, области применения инструментальных материалов, а также оптимальности условий их эксплуатации является их стойкость. Вследствие нестабильности режущих свойств инструментальных материалов, обрабатываемости заготовок и других факторов, стойкость инструмента является случайной величиной, значение которой можно получить лишь на основании стойкостных испытаний.

Стабильность режущих свойств инструментальных материалов, в частности твердых сплавов, во многом определяется строгим соблюдением технологических режимов на всех стадиях их изготовления.

Рис.8.6. а) Пример заполнения бланка протокола испытаний 1-ая страница.

Рис.8.6.б) Пример заполнения бланка протокола испытаний 2-ая страница.

При производстве твердых сплавов для оценки их режущих свойств широко используется такой показатель как коэффициент стойкости К_ст. Он представляет собой отношение стойкости испытываемой пластины (которая берется от каждой партии твердого сплава) к стойкости эталонной пластины для каждой марки твердого сплава. Так, наблюдения в течении 4-х лет за продукцией одного из предприятий, выпускающего твердые сплавы, показали, что колебания Кст могут в два раза превосходить его допустимое колебание. Поэтому при оценке стойкости инструмента наряду со средними значениями периода стойкости Т важную роль играют показатели стабильности, к которым относится коэффициент вариации стойкости ν.

Систематизация опыта, накопленного за длительный период времени при проведении всевозможных испытаний инструментов, позволила выявить значения коэффициентов вариации стойкости. Так, операции с ν ≤0,2 могут быть признаны для производственных условий хорошими по стабильности стойкости твердосплавных резцов. При ν=0,2….0,35 стабильность стойкости можно считать удовлетворительной. Значения ν >0,5 нельзя признать удовлетворительными. В этом случае необходимо изыскать возможность стабилизации условий операции за счет подбора соответствующей марки твердого сплава, повышения жесткости технологической системы и т.п. Кроме Т и ν целесообразно пользоваться суммарной характеристикой Тр , т.е. временем безотказной работы с заданной вероятностью Р. Эту характеристику можно использовать при определении времени регламентированной смены инструментов.

С появлением в нашей стране твердых сплавов серии МС существенно возросла стабильность режущих свойств инструментов. Об этом свидетельствуют данные, приведенные в таблице 8.3, которые были получены в ходе производственных испытаний при токарной обработке заготовок из стали 30ХГСА (HRC ≤ 42) на станке мод.СА337 с глубиной резания t = 0,6 мм/об и охлаждением эмульсией. Резцы с φ = φ₁ = 45° оснащались СМП из разных твердых сплавов, форма и марка которых указаны в таблице 8.3.

Таблица 8.3.

Стабильность режущих свойств СМП

Форма СМП по ТУ 48-19-307-80	Марка сплава	V,м/мин	T, мин	ν	Тр
					Р = 0,9	Р = 0,95
200-1855	МС2210	90	86	0,021	83	82
		135	50	0,021	49	48
2008-1854	ВП1255	90	111	0,046	104	103
		135	56	0,024	54	53
2008-1864	МС3210	90	47	0,023	44	43
2008-1855	МС1460	90	60	0,230	42	37

Замену режущих кромок осуществляли при ухудшении шероховатости обработанной поверхности вследствие износа задней поверхности или сколов. Эти испытания позволили установить наиболее оптимальные марки сплавов (МС2210 и ВП1255), обеспечивающие необходимую производительность обработки при V = 135 м/мин и низкую вариацию стойкости в данных условиях. При этом геометрия передней поверхности СМП в сочетании с принятыми режимами обеспечивает формирование стружки в виде полуколец и спиралей  8 мм длиной до 200 мм, что не требует постоянного присутствия оператора для её удаления.

О стабильности режущих свойств некоторых зарубежных СМП дают представления результаты производственных испытаний, полученных в условиях государственного предприятия ГНПП «СПЛАВ». Так, для обработки заготовок из стали 45Г2 (HRC 28…32) были опробованы резцы SCLCL 1212F09 израильской фирмы ISCAR. Резцы оснащались СМП формы ССМТ 09Т304 –SМ из твердого сплава IC 9025 (Р20-Р30), которые были рекомендованы к использованию в данных условиях специалистами московского представительства этой фирмы. Обработка (наружная обточка и подрезка торца) за несколько проходов осуществлялась с V = 180 мм/мин, t = 1 мм, и S = 0,1…0,12 мм/об при обильном охлаждении эмульсией на станке с ЧПУ мод. СТМ-100. Геометрия передней поверхности данной СМП при принятых режимах резания обеспечивает образование стружки в виде винтовой спирали диаметром 3,5 мм длиной 100…150 мм, что не препятствует нормальной работе станка. Причиной замены режущих граней явилось ухудшение заданной шероховатости обработки R_Z20 и появление заусенца из-за сколов вершины. В результате испытания 10-ти СМП установлено следующее. Средняя стойкость Т одной вершины СМП, выраженная в обработанных деталях, составила 181 деталь. При этом коэффициент вариации стойкости составил 0,3, что можно считать вполне удовлетворительным. Необходимо еще раз подчеркнуть, что причиной замены режущей кромки СМП является её скол, а не естественное изнашивание. Как изнашивание, так и разрушение являются случайными процессами. Однако, случайное отделение частицы материала тем в большей степени скажется на стойкости инструмента, чем больше её размеры. Поэтому, при переходе от изнашивания к выкрашиванию и сколам, этот процесс становится все менее стабильным. Этим и объясняется удовлетворительное значение коэффициента вариации стойкости V = 0,3, полученное в данных испытаниях. Причину сколов можно объяснить следующим. Для обработки сталей с пределом прочности σ_Β ≤ 1100 ΜΠa (чему соответствует твердость HRC 28…32) рекомендуется отрицательный передний угол γ = +18° при упрочняющей фаске f = 0,07 мм, снижающих прочность режущего клина. Поэтому для уменьшения коэффициента вариации стойкости необходимо выбрать СМП с меньшим передним углом и большей упрочняющей фаской.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов.- М.: Машиностроение, 1975.-344 с.

2.Вульф А.М. Резание металлов. Изд.2-е. -М.: Машиностроение, 1973.-496 с.

3. Васин С.А., Верещака А.С., Кушнер В.С. Резание материалов: Термомеханический подход к системе взаимосвязей при резании: Учебн. для техн. вузов.-М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001.-148 с.

4.Куфарев Г.А., Окенов К.Б., Говорухин В.А. Стружкообразование и качество обработанной поверхности при несвободном резании.-Фрунзе, «Местеп», 1970.-170 с.

5.Металлообрабатывающий твердосплавный инструмент. Справочник/В.С. Самойлов, Э.Ф. Эйхманс, В.А. Фальковский и др.-М.: Машиностроение, 1998.-368 с.

6.Сменные многогранные пластины для точения, фрезерования и резьбонарезания: Каталог.- М.:МКТС, 1995.-123 с.

7.Сменные пластины и инструмент САНДВИК – МКТС, 2000.-168 с.