Исследование качества обточки капролона керамическими режущими инструментами

Состояние поверхностного слоя для компонента, изготовленного из полимерного материала после механической обработки, оценивают по физико-механическим свойствам этих материалов, а также по геометрическим характеристикам обрабатываемой поверхности. Основными геометрическими характеристиками поверхности выточенного компонента являются шероховатость точности формы.

Увеличение шероховатости и индексов отклонения формы поверхности для компонента от округлости, цилиндрическости и прямолинейности обычно возникает при механической обработке из-за высокого уровня вибраций системы токарного станка-насадки-инструмента-компонента, неравномерности и деформации обрабатываемой детали материал, неоднородность допусков обработки.

Превращение полимерных материалов на основе традиционных технических решений не во всех случаях обеспечивает требуемый уровень геометрических характеристик для обрабатываемой поверхности, поскольку свойства этих материалов заметно отличаются от свойств традиционных конструкционных материалов (сталь, чугун, другие сплавы).

Правильный выбор материала режущего инструмента и заданные энергетические параметры в процессе обработки являются одним из технических решений, реализация которых позволит повысить качество изготовления изделий из полимерных композиционных материалов, а также снизить их стоимость. Режущие инструменты на основе так называемых «твердых» сплавов VC6 и VC8 традиционно используются для обработки полимерных композиционных материалов, в том числе капролона. В настоящее время керамический режущий инструмент активно используется для обработки металлических материалов и сплавов [1,2]. Режущая керамика характеризуется высокой твердостью, включая нагрев, износостойкость, химическую инертность для большинства металлов в процессе резки. Комплекс этих свойств керамики значительно превосходит традиционные материалы режущего инструмента, такие как быстрорежущая сталь и твердые сплавы [3,4,5].

Сравнительный анализ обточки капролона с использованием сменных многогранных пластин из различных материалов является целью исследования в данной работе.

Научная новизна работы заключается в полученных результатах, обосновывающих возможность и целесообразность использования керамического инструмента на основе карбонитрида титана с добавками никеля и молибдена для обточки капролона, о чем свидетельствуют значения колебаний силы резания и характер формирования чипа.

Методология экспериментальных исследований

Капролон был выбран в качестве учебного материала. Капролон является конструкционным полимером, широко используемым в технике из-за его антифрикционных свойств, износостойкости, высокой механической прочности и хорошей способности в процессах резки. Схема экспериментальной установки представлена ​​на рисунке 1. Основой экспериментальной установки является лабораторный исследовательский стенд STD.201-2, который используется для изучения динамики технологической системы станок-инструмент-заготовка и регистрация сил резания. на повороте. Функционально подставка состоит из держателя насадки для инструмента, интерфейсного модуля подключения датчиков, персонального компьютера. На лабораторном стенде диапазон измерений динамических нагрузок составляет от 0 до 15000 Н. Наиболее важный компонент силы резания Pz был выбран для сравнительного анализа процесса токарной обработки, который определяет качество и производительность процесса токарной обработки в целом [6].

Композитные фрезы были использованы для токарной обработки. Резцы оснащены многогранными сменными пластинами из различных инструментальных материалов. Одна пластина изготовлена ​​из твердого сплава VC8, а другая пластина из керамического материала KNT16, который не содержит вольфрама. Сплав КНТ16 выпускается ООО «Вириал» (Россия, Санкт-Петербург) и имеет следующий химический состав: карбонитрид титана — 74%, никель — 19,5%, молибден — 6,5%. Выбранные пластины используются для токарной обработки твердых и чёрных материалов, в состав которых входит капролон. Точение экспериментальных образцов осуществлялось на универсальном токарно-винторезном токарном станке 16К20Ф3С47. Геометрические параметры и материалы режущего инструмента, а также скорости резания и подачи были приняты на основе предыдущих исследований [6] и сохранялись постоянными в течение этой серии экспериментов.

Оценка отклонения формы для обработанных поверхностей компонентов проводилась с использованием цифрового измерительного блока Rondcom 41C для таких показателей, как нецилиндрическость (включая не прямолинейность) линии генерации и не округлость.

Шероховатость поверхности компонентов контролировалась с помощью профилометра TR 200. В качестве входных параметров для шероховатости поверхности по ГОСТ 2789-73 были выбраны средние отклонения для профиля Ra, высота неровностей профиля для десяти точек Rz, наибольшая высота неровностей профиля Rmax, средняя ступень неровности профиля S m. Кроме того, в соответствии с международным стандартом ISO 4288 были определены следующие параметры шероховатости поверхности: расстояние от вершины наибольшей проекции профиля до центральной линии Rp; расстояние от дна наибольшей депрессии профиля до центральной линии Rm; профиль асимметрии S k. Согласно условиям ISO 4288, профиль с благоприятными значениями параметра Sk имеет четкие высокие пики, которые отличаются от среднего значения. Поверхность с отрицательными значениями параметра Sk имеет четкие глубокие углубления на гладком профильном плато. В менее понятных случаях параметр Sk приближается к нулю. Если Sk> 1,5, то это означает, что поверхность компонента не имеет простой формы и, вероятно, невозможно адекватно охарактеризовать качество поверхностного слоя в соответствии с параметрами Ra и Rz.

Исследование структуры чипа капролона, полученного при различных вариантах обточки, проводилось на электронном микроскопе Primo Star.
Таким образом, экспериментальные исследования содержали следующие виды исследований, такие как точение заготовок исследуемыми пластинами при выбранных условиях резания, регистрация сил резания, выбор стружки и исследование ее структуры, анализ результатов.

Выводы

На основании результатов исследования можно сформулировать следующие выводы:

— экспериментально доказано, что процесс токарной обработки стабилен как при резке капролона с помощью лезвия из сплава VC8, так и при резке капролоном с пластиной из керамического материала KNT16. Стабильность процесса токарной обработки подтверждается незначительными изменениями значений основного компонента силы резания Pz, в то время как диапазон изменения в случае обточки капролона с керамической пластиной меньше по сравнению с диапазоном изменения при обточке капролона с лезвием из сплава VC8 для выбранной обработки режимы;

— экспериментально установлено, что при обработке капролоном целесообразно использовать многогранные сменные пластины из KNT16, в то время как при скорости резания 300 м / мин использование керамической пластины является более предпочтительным по сравнению с пластиной из сплава VC8, о чем свидетельствует тип полученные фишки;

— использование многогранных сменных пластин для токарной обработки полимерных материалов позволяет расширить ассортимент используемых инструментов и повысить эффективность всего процесса токарной обработки;

— обточка капролона с помощью резака, оснащенного пластиной из сплава KNT16, приводит к заметному снижению таких показателей отклонения формы поверхности, как округлость и нецилиндрическость, и практически не влияет на непрямолинейность;

— результаты производственных испытаний полностью подтверждают целесообразность использования обточки капролона керамическими режущими инструментами, поскольку реализация этого подхода в конечном итоге позволила снизить уровень вибрации промышленных устройств.

Использованные источники

  1. N. Arzamasov, Materials Science (M.: Publishing house of the Moscow Higher Technical School Bauman, 2001)
  2. Klocke,  Manufacturing  Processes  1:  Cutting (Berlin: Springer-Verlag., 2011)
  3. S. Vereshchaka, Cutting materials (M.: Higher School Publishing., 2009)
  4. Smith, Cutting Tool Technology (Industrial Handbook, London: Springer-Verlag London Limited, 2008)
  5. Davim, Machining of Hard Materials (London: Springer-Verlag London Limited, 2011)
  6. Yu. Erenkov, S.A. Kovalchuk, A.V. Gavrilova, Combined method of plastic work piece machining based on a pretreatment mechanical down, Rare metals, Vol.26, Spec. Issue, pp.20-24 (2007)
  7. Yu. Erenkov, A.G. Ivakhnenko, M.V. Radchenko, Oscillatory process of production systems during turning of caprolon blanks, Chemical and Petroleum Engineering, Vol. 49, Issue 5–6, pp. 411-417 (2013)
  8. Yu. Erenkov, E.G. Kalita, E.O. Ivakhnenko, Study of the Effect of Cutting Regimes on Chip Formation, Chemical and Petroleum Engineering, Vol.50, Issue 3-4, pp. 273-276 (2014)
  9. GOST R ISO 7919-3–99. Monitoring the State of Machines from the Results of Measuring Vibrations on Rotating Shafts, Standartov, Moscow (1999)

Research the quality of the caprolon turning with ceramic cutting tools

Oleg Erenkov1, Alexander Ivakhnenko, and Victor Protasev