автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Разработка и исследование процессов фрезерования при низкой жесткости технологической системы

£•9 0 3 9 1

ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕГДОЯ НЕФТИ И ГАЗА им. И.М.ГУБКШ

На правах рукописи

ПОШВ Алексей Валентинович

УДК 621.914

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ФРЕЗЕРОВАНИЯ

ПРИ низкой шсгакли техюлошчбской слстш

Специальность 05.02.08 - технология машиностроения

05.03.01 - процессы механической и физико-технической обработки, станки и инструмент

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1991 г.

Работа выполнена в Научно-производственном объединении по технологии машиностроения ЩШТМАШ.

Научный руководитель - кандидат технических наук,

старший научный сотрудник Ташлицкий Н.И.

Официальное оппоненты - доктор технических наук, профессор

Ф^ягкн U.E.

кандидат технических наук Эйхыанс Э.Ф.

Ведущее предприятие - Подольский ыасиностроителышй завод им. Ордяоникидзе

«та состоится ■/У- 1991 г.

час. на заседании специализированного совета

К 053.27.02 в Государственной Академии нефти и газа им.'П.М.Губкина по адресу: II79I7, Москва, ГСП-1, Ленинский пр., д.65.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГАНГ им. И.М.Губкина.

Автореферат разослан «¿Ь тЛшмк991 г.

Ученый секретарь специализированного совета

А.И.Беляев

N

- 3 -

; ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

...тд«л з

работы. Фрезерование при недостаточной нест-кости а значительных колебаниях технологической системы практически во всех случаях приводит к недопустимому увеличение погрешностей и шероховатости обработанных поверхностей, а также к резкому енпнешш производительности дорогостоящих станков с ЧПУ з результате уменьшения стойкости фрез.

Проблема обеспечения качества и повышение производительности фрезерования при недостаточной зссткостп и значительных колебаниях технологической системы приобретает в настоящее время. все больсее значение в связи с увеличением количества таких технологических операций. Это объясняется расширением области применения станков с ЧПУ, на которых максимально возмошое количество поверхностей стремятся обработать за одну установку детшш, что приводит к низкой аесткости технологической системы на отдельных операциях. Услонняется форма обрабатываемых деталей, лесткость которых нельзя повысить конструкционными и технологическими приемами. Типичными примерами таких процессов являются строчечное фрезерование профиля рабочей части лопаток турбин я лопастей гидротурбин, фрезерование резьб з отверстиях: корпусных деталей, фрезерование горловин и проточной части корпусов паровых турбин.

Таким образом, решение данной проблеет за счет рационального применения инструментальных материалов, режимов резания и СОЖ, а такяе разработки конструкций фрез с виброустойчивым креплением многогранных сменных твердосплавных пластин (МСТП) является актуальной задачей.

Цель работы. Обеспечение требуемого качества обработанных поверхностей, а такке увеличение производительности технологических процессов, проходящих в условиях низкой аесткости подсистемы заготовки (круговое строчечное фрезерование профиля рабочей части турбьнных лопаток дисковыми фрезами) и технологических процессов, проходящих в условиях низкой жесткости подсистемы инструмента (фрезерование резьб в отверстиях корпуспкх деталей и круговое строчечное фрезерование профиля рабочей части турбинных лопаток концевыми фрезами).

Общая методика исследований. Экспериментальные работы выполнялись с привлечением современного оборудования. Испояьзова-

лись методы измерения жесткости технологической системы, остаточной деформации деталей, параметров шероховатости обработанной поверхности, параметров колебательных процессов.

Для определения влияния направления низкой жесткости подсистемы заготовки на стойкость фрез было изготовлено специальное приспособление, позволяющее создать условия, при которых жесткость подсистемы заготовки в одном направлении значительно ниже чем в двух других взаимноперпендикулярных направлениях. Результаты экспериментов обрабатывались статистическими и графоаналитическими методами.

Научная новизна. На основе установленных закономерностей износа фрез в зависимости от размаха колебаний технологической системы разработаны следующие научные рекомендации, позволяющие при фрезеровании в условиях низкой жесткости получать изделия требуемого качества с высокой производительностью:

- при попутном фрезеровании стойкость твердосплавных фрез резко снижается при размахе вынужденных колебаний заготовки более критической величины 0,07-0,1 ым- Чем больше предел прочности на изгиб твердого сплава, тем меньше снижается стойкость. Одной из основных причин снижения стойкости является выход зубьев фрезы из заготовки с увеличенной из-за колебаний толщиной среза и образованием заусенцев на концах снимаемых стружек, т.е. условия выхода зубьев приближаются к условиям встречного фрезерования. При попутном фрезеровании быстрорежущими фрезами и при встречном фрезеровании твердосплавными и быстрорежущими фрезами увеличение размаха вынужденных колебаний приводит к незначительному снижению стойкости фрез;

- при строчечном фрезеровании остаточные деформации деталей, обработанных продольными строчками меньше, чем деформация деталей, обработанных поперечными строчками. При увеличении подачи на строчку эта разница уменьшается;

- износ быстрорекущшс фрез без выкрашивания и такой же износ твердосплавных фрез с выкрашиванием приводит к одинаковому увеличению остаточных деформаций. При этом, направление деформации, а следовательно и знак остаточных напряжений совпадают;

- направление низкой жесткости подсистемы заготовки влияет на стойкость твердосплавных фрез при попутном фрезеровании. Наибольшее снижение стойкости наблвдается при низкой жесткости в направлении ширины фрезерования;

- применение СОЕ на водной основе повышает производитель-

кость попутного фрезерования шкелевых и титановых сплавов твердосплавными фреза/ш с размахом вынужденных колебаний больке критической величины. В этих случаях положительное действие СОН, обусловленное уменьшением адгезии, превышает отрицательное действие СОН, связанное с увеличением циклических термических напряжений.

Практическая значимость и реализация результатов работы в промышленности. РазрсхЗотанные научные рекомендации, позволяющие при колебаниях технологической системы низкой жесткости получасть изделия требуемого качества с высокой производительностью, внедрены в ГО "Ленинградский зазод турбинных лопагок имени 50- • летия СССР", ТУРБОАТОМ" (г.Харьков), Тульский оружейный завод, а также на Подольском машиностроительном заводе имени Орджоникидзе. ,

В результате внедрения нового технологического процесса кругового строчечного фрезерования турбинных лопаток из сплава' ТС-5 фрезами с разработанным виброустойчивым креплением стандартных МСТП получена экономия в размере более 10 тыс.руб. за счет использования заготовок лопаток, не поддававшихся обработке применяемыми быстрорежущими фрезами из-за глубоко залегающих остатков окалины.

Внедрены технологический процесс фрезерования горловин и проточной части корпусов турбин черновыми трехсторонними дисковыми фрезами и технологический процесс строчечного фрезерования лопастей гидротурбин торцовыми фрезами с разработанным виброустойчивым креплением стандартных &СТП.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на ХУЛ конференции колодах ученых и специалистов ШО 1ЩИИТМАШ, Москва, 1987г., на научно-техническом совещании "Основные направления повышения организационно-технического уровня инструментального производства, внедрение прогрессивных технологических процессов изготовления и эксплуатации инструмента и новых форм организации производства", г.Севастополь, 1938г., на Всесоюзной научно-технической конференции "Разработка и промышленная реализация новых механических и физико-химических методов обработки", Мэсква, 1988г., на семинаре "Цути повышения надежности режущего инструмента", г.Краматорск, 1989г., на семинаре "Прогрессивные конструкции твердосплавного режущего инструмента", г.Свердловск, 1989г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано одиннадцать печатных работ, в том числе одно авторское свидетельство и два положительных решения ВНИИГПЭ на предполагаете изобретения.

. Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 137 страницах машинописного текста и содержит введение, пять глав и общие вывода по работе, а также приложения.

Работа включает 100 рисунков, 22 таблицы и список литературы из 124 наименований.

ВВЕДЕНИЕ

Обоснована актуальность теш диссертационной работы, представлены основные научные результаты и сформулирован предмет защиты.

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

V.

Обоснован выбор объектов исследований - технологических процессов кругового строчечного фрезерования профиля рабочей части лопаток турбин и фрезерования резьб в отверстиях корпусных деталей, которые являются типичными примерами процессов проходящих в условиях низкой жесткости технологической системы. Определены принципиальные пути повышения качества и увеличения производительности этих технологических процессов.

После обобщения тлеющихся производственных данных и результатов анализа опубликованных работ А.Н.Овсеенко, А. М. Сулимы, А.И.Промптова, Ю.И.Замащикова, Н.Н.Зорева, В.Н.Подураева, А.И. Каширина, Н.И.Табличного, Д.Н.Клауча, Я.И.Адама, А.С.Кондратова, И.Г.Наркова сделаны следующие выводы:

- на основе результатов ранее проведенных исследований нельзя прогнозировать изменение деформаций турбинных лопаток в случае замены фрез из быстрорежущей стали фрезами, оснащенными твердым сплавом при круговом строчечном фрезеровании профиля рабочей части турбинных лопаток в связи с тем, что одновременно изменяются геометрические параметры режущей части фрезы и режимы фрезерования;

- отсутствуют исследования влияния параметров процесса резьбофрезерования, отличающегося затрудненными условиями стружкообразования, на шероховатость резьбы в отверстиях корпусных деталей;

- имеющиеся рекомендации по изменению режимов резания, а

также выбору рациональных инструментальных материалов и СОЕ, для обеспечения экономической- стойкости фрез в условиях низкой жесткости технологической системы экспериментально не подтверждены и противоречивы;

- существующие гипотезы, объясняющие уменьшение стойкости фрез при колебаниях технологической системы низкой жесткости, противоречивы и ке имеют экспериментального подтверзде^гая.

. На основании сделанных нызодов определена цель работы и основные задачи, которые необходим решить для ео достижения:

1. Исследовать влияние технологических факторов на остаточную деформацию турбинных лопаток при круговом строчечном фрезеровании профиля рабочей части в условиях низкой жесткости технологической системы.

2. Исследовать влияние технологических факторов на шероховатость обработанной поверхности при фрезеровании резьб в отверстиях корпусных деталей.

3. Исследовать причины снижения стойкости фрез при колебаниях технологической системы низкой жесткости и влияние этих колебаний на производительность фрезерования.

4. Определить области применения и внедрить разработанные технологические рекомендации по фрезерованию в условиях низкой жесткости технологической системы.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Определен объем исследований, обоснован выбор методов и оборудования для исследований.

Коэффициенты аесткости определялась в соответствии с рекомендациями ГОСТ 7035-75. Нагруженле производилось через динамометр конструкции НПО ЦНИИТМАШ, деформация фиксировалась индикатором часового типа.

Исследования влияния технологических факторов на остаточные деформации образцов и натурных турбинных лопаток, проводились по методикам, предложенным в кандидатской и докторской диссертациях А.Н.Овсеенко.

В лабораторных условиях опыты проводились при фрезеровании плоских прямоугольных образцов из титанового сплава ТС-5 длиной 120 мм, шириной 21 мм, и толщиной до обработки 12 мм на универсально-фрезерном станке модели 6М82 Ш. После обработки все образцы имели одинаковую толщину 3,5 мм. Перед проведением экспериментов образцы шлифовали для получения одинаковых размеров и

подвергали термической обработке в вакуумной печи для снятия остаточных напряжений. Остаточную деформацию образца характеризовали величиной изменения прогиба середины образца в специальном приспособлении до и после механической обработки.

В производственных условиях исследование влияния изменения технологического процесса обработки на остаточную деформацию проводили на заготовках левых лопаток 5 ступени турбины К-1000--60/3000 из титанового сплава ТС-5 после их обработки дисковыми фрезами на станках фирмы "Штарраг" модели 5 Х-305 и после их обработки концевыми фрезами на станках фирмы "ворест" с ЧПУ модели FA-5-I200. Для измерения изменений остаточной деформации лопаток они устанавливались в вертикальном положении с базированием на 6 точек хвоста в разработанном приспособлении. Влияние изменений технологического процесса оценивалось по изменению характеристик остаточной деформации в аксиальном и радиальном направлениях, а также по изменению характеристики угла закрутки.

Исследование влияния технологических факторов на параметры шероховатости обработанной поверхности при резьбофрезеровании проводилось на плоских прямоугольных образцах из стали 3. После обработки профиля резьбы на образце для обеспечения возможности измерения параметров шероховатости одна сторона профиля сфрезе-ровывалась. Шероховатость поверхности по параметру Rtt измеряли с помощью профилометра " Syztzo/ztc

' Стойкостные исследования проводили в лабораторных и производственных условиях при фрезеровании заготовок из титанового сплава ТС-5, хромистой стали 20X13 и никелевого сплава ЭИ893, которые были взяты в качестве типичных представителей сталей и сплавов применяемых для изготовления турбинных лопаток, при фрезеровании заготовок из сталей 3 и 40ХН, которые были взяты в качестве представителей конструкционных сталей применяемых для изготовления корпусных деталей, а также при фрезеровании заготовок из хромистой стали I5X25T, которая была взята в качестве представителя сталей, применяемых для изготовления лопастей гидротурбин.

Использовались стандартные и новые современные твердые сплавы (BPKI5, BKI0X0M), быстрорежущие стали (PI0M4KI4MP, Р12Ф2К8МЗ, Р2М8Ф2К5) и смазочно-охлавдающие жидкости (СОЖ) на водной и масляной основе (раствор Аквол-II, МРЗ, МР4, №99), а также новые импортные и отечественные консистентные смазки для

- 3 -

резьбофрезерования.

Для определения влияния направления низкой жесткости подсистемы заготовки на стойкость фрез было изготовлено специальное приспособление, позволяющее создать условия при которых жесткость подсистемы заготовки в одном направлении значительно ниже чем в двух других ьзаимноперпендикулярных направлениях.

Измерение размаха колебаний подсистемы заготовки производили виброизмерительным прибором при работе острой фрезой.

Результаты экспериментов обрабатывались статистическими и графоаналитическими методами.

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССОВ ФРЕЗЕРОВАНИЯ ■ ПРИ КОЛЕБАНИЯХ ПОДСИСТЕМЫ ЗАГОТОВКИ

Исследования проводили, в основном, применительно к технологическому процессу кругового строчечного фрезерования профиля рабочей части турбинных лопаток специальными дисковыми фрезами.

В лабораторных условиях сравнивали величины остаточного прогиба образцов из титанового сплава ТС-5, обработанных при $апр в мм, Е> я 8,5 мм с охлаждением Ъ% раствором Аквол-2 дисковыми фрезами из быстрорежущей стали ( В =16, У ■= 10°, V = 11,6 мДин, 0,3 мм) и разработанными фрезами с МСТП

(Б = 12, -10°, V = 40,8 м/мин, = 0,125 мм). Режимы фрезерования соответствовали практически применяемым режимам фрезерования на станках фирмы "Штарраг" модели Б Х-305.

Результаты измерений показали, что прй строчечном фрезеровании образцов фрезами из быстрорежущей стЕши и фрезами с МСТП при равном износе зубьев по задней поверхности, остаточные деформации образцов практически.совпадают по величине и по направлению. Уменьшение переднего угла у фрей с МСТП не привело к увеличению остаточной деформации образцов благодаря уменьшению подачи на зуб фрезы и увеличению скорости резания. Износ быстрорежущих фрез по задней поверхности зубьев без выкрашивания и равный износ фрез, оснащенных МСТП, "с выкрашиванием режущих кромок, привел к одинаковому увеличению остаточных деформаций до 2-6 раз.

Установлено, что деформация образцов» обработанных продольными строчками в 2-3 раза меньше чем Деформация образцов, обработанных поперечными строчками.

Измерение остаточных деформаций производственной партии

штатных турбинных лопаток после их обработки на станках фирмы "Штарраг" модели SX-305 показало, что после кругового строчечного фрезерования профиля рабочей части остаточные деформации лопаток 5 ступени турбины K-I0Q0-6G/3Q0Q из сплава ТС-5 при использовании разработанных дисковых фрез с МСТП и при использовании применяемых фрез из быстрорежущей стали практически одинаковы.

Исследование влияния направления низкой жесткости подсистемы заготовки на стойкость твердосплавных фрез, оснащенных пластинами из сплава T5KI0 ( 2>изг = 1450 Н/мм^), при фрезеровании стали I5X25T показало, что снижение жесткости подсистемы заготовки в направлении ширины фрезерования привело к уменьшению Veo (скорости резания при стойкости 60 мин) в 2,2-2,3 раза, а снижение жесткости подсистемы заготовки в направлении подачи и глубины фрезерования привело к уменьшению Vto в 1,4-1,5 раза. При работе фрезами оснащенными более прочными пластинами из сплава ВК6 ( 6изг = 1550 Н/мм2), снижение жесткости подсистемы заготовки в направлении ширины фрезерования привело к уменьшению V¿o в 1,3-1,4 раза, а снижение жесткости подсистемы заготовки в других направлениях практически не изменило стойкость фрез.

Исследования влияния колебаний подсистемы заготовки на производительность фрезерования сплавов ТС-5, ЭИ8ЭЗ и стали 20X13 проводились при пониженной жесткости подсистемы заготовки в направлении ширины фрезерования ¿в = 4+0,5 кЦ/мм, ширине фрезерования В = 10 + I мм, глубине фрезерования t = 1,5 мм, что соответствует условиям работы на станках SX-305.

Установлено, что при попутном фрезеровании уменьшение жесткости подсистемы заготовки до = 4+0,5 кЦ/мм приводит к резкому снижению V¿o в 1,ё-2,5 раза для фрез оснащенных твердым сплавом ВК8 и к незначительному в 1,05-1,25 раза снижению

V¿o Для фрез из быстрорежущей стали. При встречном фрезеровании уменьшение жесткости подсистемы заготовки практически не снижает V¿a как для фрез, оснащенных твердым сплавом, так и для фрез из быстрорежущей стали.

При строчечном фрезеровании заготовок из сплавов ТС-5, ЭИ893 и стали 20X13 наибольшая производительность в условиях высокой жесткости подсистемы заготовки ¿ > 100 кН/мм может быть достигнута при попутном фрезеровании фразами, оснащении:.® твердим сплавом, а в условиях низкой жесткости подсистемы заготовки

- фрезами из быстрорежущей стали. Однако, в условиях низкой жесткости подсистемы заготовки при круговом строчечном фрезеровании профиля пера заготовок лопаток из титанового сплава ТС-5, • имеющих участки с неудаленными глубоко залегающими остатками окалины твердостью HRСэ 50-55, более высокая производительность достигается при работе фрезами, оснащенными твердым сплавом.

Установлено, что при попутном фрезеровании сплавов ЭН893, ТС-5 и стали 20X13 инструментом, оснащенным твердым сплавом ВК8, в условиях низкой жесткости подсистемы заготовки применение СОЕ на основе минерального масла MF99 повкпает производительность по малинному времени на 20-405?, а применение СОН на водной основе (5% Аквол-II) повышает производительность при обработке сплавов ЭИ093 и ТС-5 на 10-20^ и снижает производительность на 30-40$ при фрезеровании стали 20X13.

Исследования показали, что при встречном фрезеровании на концах отделяемых стружек образуются характерные заусенцы длиной 80-130 mkis!. Это соответствует результатам подученным Н.Н.Зоревым, Н.П.Вирко и Г.С.Андреевым, которые связывали образование заусенцев с усилением адгезионного износа. При низкой жесткости технологической системы размеры заусенцев на концах стружек не изменились. Можно полагать, что этим объясняются полученные данные о том, что при встречном фрезеровании снижение жесткости технологической системы практически не снижает допускаемую скорость резания.

При попутном фрезеровании в условиях высокой жесткости технологической системы выход зубьев фрезы из заготовки происходит с толщиной среза, плавко уменьшающейся до нуля, без образования заусенцев на концах стружек. В отличие от этого, при низкой жесткости выход зубьев фрезы происходит с увеличенной из-за колебаний толщиной среза и с образованием заусенцев на концах стружек, аналогичных тем, которые наблюдаются при встречном фрезеровании, но несколько меньшей длины 8-40 мкм [II]. Таким образом, резкое снижение допускаемой скорости резания V(¡o при попутном фрезеровании Í4], вызываемое уменьшением жесткости, можно объяснить изменением условий выхода зубьев из фрезы из заготовки, образованием заусенцев на концах стружек и усилением адгезионного износа. Приведенные данные о целесообразности применения COS на водной основе при попутном фрезеровании никелевых и титановых сплавов твердосплавными фрезами в условиях низкой жесткости согласуются с данными, полученными при встречном фрезеровании.

В этих случаях положительное действие СОЖ, обусловленное уменьшением адгезии, превышает отрицательное действие СОЖ, связанное с увеличением циклических термических напряжений.

Из результатов исследования влияния размаха вынужденных колебаний заготовки на стойкость при попутном фрезеровании сплавов и сталей, применяемых при изготовлении крупных турбинных лопаток, следует, что резкое снижение стойкости наблвдается при увеличении размаха вынужденных колебаний заготовки в направлении ширины фрезерования более критической величины 0,07-0,1 мм, что связано с образованием заусенцев на концах стружек.г

ИССЛЕДЭВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССОВ ФРЕЗЕРОВАНИЯ ПРИ КОЛЕБАНИЯХ ПОДСИСТЕМЫ ИНСТРУМЕНТА

Исследования проводили применительно к технологическим процессам кругового строчечного фрезерования профиля рабочей части турбинных лопаток концевыми фрезами и фрезерования резьб в отверстиях корпусных деталей.

В лабораторных условиях сравнивали величины остаточного прогиба образцов обработанных при $Стр= 7 мм с охлаждением Ъ% раствором Аквол-2 концевыми фрезами из быстрорежущей стали ( г «= 8, У = 10°, Бг = 0,11 мм) и разработанными фрезами с МСТП (2 = 4, У = -10°, 52 = 0,24 мм).

Результаты измерения величины прогиба образцов показали, что деформация образцов при строчечном фрезеровании фрезами с МСТП за один проход по сравнению с деформацией образцов при фрезеровании фрезами из быстрорежущей стали за один проход увеличивается в 4-4,5 раза. При фрезеровании припуска за два прохода (фрезами с МСТП и после этого фрезами из быстрорежущей стали) деформация образцов практически совпадает с деформацией образцов при фрезеровании фрезами из быстрорежущей стали за один проход благодаря удалению поверхностного слоя с увеличенными остаточными напряжениями, которые возникают из-за уменьшения переднего угла и увеличения подачи на зуб при применении фрез с МСТП.

Установлено, что деформация образцов обработанных поперечными строчками в 1,5 раза больше, чем деформация образцов обра- . ботанных продольными строчками.

Таким образом, из лабораторных исследований следует, что при работе на станках фирмы "Форест" с ЧПУ для того, чтобы не увеличить остаточную деформацию заготовок лопаток необходимо после применения фрез с МСТП, последний проход с глубиной фрезе-

рования нё менее 0,8-1,2 мм произвести фрезами из быстрорежущей стали.

Измерение остаточных деформаций натурных лопаток выполняли после их обработки на станках фирмы "Sopeeт" с ЧПУ модели F А-5--1300. Статистическая обработка экспериментов показала, что после кругового строчечного фрезерования профиля рабочей части остаточные деформации лопаток 5 ступени турбины К-1000-60/3000 из сплава ТС-5 при рекомендуемом использовании разработанных концевых фрез с МСТП в сочетании с фрезами из быстрорежущей стали и при использовании только фрез из быстрорежущей стали практически одинаковы.

Исследование влияния технологических факторов на шероховатость обработанной поверхности при фрезеровании резьб проводилось при жесткости подсистемы инструмента j- = 5,5 кН/мм, что соответствует производственным условиям нарезания внутренних резьб головками фирмы "Ингерсол" модели Л/С-120. Из экспериментов следует, чте шаг фрезеруемой резьбы при скоростях резания 200-250 м/мин незначительно влияет на шероховатость обработанной поверхности. При увеличении подачи на оборот фрезы параметры шероховатости обработанной поверхности начинают резко возрастать при подаче более 0,4 мм/об.

Снижение жесткости подсистемы инструмента с 15 кН/мм до 5,5 кН/мм при фрезеровании резьб на заготовках из конструкционной низкоуглеродистой стали повстает параметры шероховатости обработанной поверхности на 50$, увеличение износа режущих пластин по задней поверхности до 0,5 мм повышает•параметры шероховатости на 30$, а применение различных С02 мало влияет на шероховатость обработанной поверхности.

На основании математической обработки экспериментальных данных предложены формула и номограмма для расчета параметра шероховатости Ra после резьбофрезерования.

Исследование влияния колебаний подсистемы инструмента на производительность фрезерования сплава ТС-5 проводилось при жесткости подсистемы инструмента <j- = 6 кН/мм, что соответствует условиям работы на станках F A-5-I300.

Установлено, что при поцутном фрезеровании сплава ТС-5 уменьшение жесткости подсистемы инструмента до j = 6 кН/мм приводит к резкому снижению допускаемой скорости резания V¿o в 1,25-1,3 раза для фрез оснащенных твердым сплавом ВК8 и не изменяет К60 Для фрез из быстрорежущей стали. При встречном фрезе-

ровании уменьшение жесткости подсистемы инструмента практически -не сннжает Vi0 , как для фрез оснащенных твердым сплавом, так и для фрез из бысгроредуцей стали.

Определена область рационального применения разработанных концевых фрез с МСТП - обработка профиля рабочей части заготовок лопаток из сплава ТС-5 имекедх участки с неударенными глубоко залегающими остатками окалиш.

Результаты опытов по исследованию влияния марки "твердого сплава на зависимость стойкости Т от жесткости подсистемы инструмента показали, что снижение жесткости с 15 кН/мм до 5,5 кЦ/мм привело к уменьшению стойкости резьбофрезерных пластин из сплава TT7ICI2 ( 3изг = 1700 н2/ш) на 12$, из сплава ВК8 ( Зазг = - 1700 Н/мм2) на 2052, из сплава Ш0К8Б ( ¿азг = 1650 Н/мм2) на 24%, из сплава ВК6 (¿«зг = 1550 Н/ым2) на 355?, из сплава ТТ20К9 ( Зим = 1500 Н/мм2) на 38$?э из сплава BKI0XDM ( 3ЦЗг = 1500 Н/мм2) на 40^, из сплава T5KI0 ( <3«зг = 1450 Н/мм2) на 33%, из сплава TI4K8 (3игг = 1300 Н/мм2) на 42^, из сплава TI5K6 (3«зг= = 1200 Н/ш2) на 56$. Из этого следует, что фрезы оснащенные более прочными сплавами, как правило, менее чувствительны к снижении жесткости подсистемы инструмента, чем фрезы, оснащенные менее прочными твердыми сплавами.

ВНЕДРЕНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ НАУЧНЫХ РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ФРЕЗЕРОВАНИЮ В УСЛОВИЯХ НИЗКОЙ ЖЕСТКОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

При низкой жесткости подсистем заготовки разработанные технологические рекомендации внедрены на операции кругового строчечного фрезерования профиля рабочей части турбинных лопаток дисковыми фрезами и на операции строчечного фрезерования лопастей гидротурбин.

При низкой жесткости подсистемы инструмента разработанные технологические рекомендации опробованы и внедрены на операции кругового строчечного фрезерования профиля рабочей части турбинных лопаток концевыми фрезами, при фрезеровании резьбы в отверстиях корпусов паровых турбин, при фрезеровании .торцовыми фрезами с большим вылетом шпинделя на горизонтальных фрезерно-расточных станках, при фрезеровании горловин и проточной части корпусов паровых турбин, а также при фрезеровании гребешков на станках паза между коллектором и патрубком парогенератора.

Внедренные на этих технологических операциях отечественные

конструкции фрез с виброустойчивым креплением МСТП [в], Г91 заменили импортные фрезы фирм "Вальтер" (ФРГ), "Савдвик" (Швеция), "Пачек" (ЧСФР).

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. На основе установленных закономерностей износа фрез в зависимости от размаха колебаний технологической системы разработан новый технологический процесс кругового строчечного фрезерования профиля рабочей части крупных лопаток турбин в условиях низкой жесткости подсистемы заготовки дисковыми фрезами с МСТП вместо фрез из быстрорежущей стали. При этом, уменьшение переднего угла у фрез с .МСТП не приводит к увеличению остаточной деформации лопаток благодаря компенсации - уменызению подачи на зуб фрезы и увеличению скорости резания.

2. Износ быстрорежущих фрез по задней поверхности зубьев бе? выкрашивания и износ фрез оснащенных МСТП с выкрашиванием приводит к одинаковому увеличении остаточных деформаций до 2-6 раз. При этом направление деформации, а следовательно, и знак остаточных напряжений совпадают.

3. Установлено, что направление низкой жесткости подсистемы заготовки влияет на стойкость твердосплавных фрез при попутном фрезеровании. Наибольшее снижение стойкости наблюдается при низкой жесткости в направлении ширины фрезерования.

4. При попутном фрезеровании твердосплавными фрезами спла-еов и сталей, применяемых для изготовления крупных турбинных лопаток, стойкость фрез резко снижается при размахе вынужденных колебаний заготовки более критической величины 0,07-0,1 мм. Чем больше предел прочности на изгиб твердого сплава, тем меньше снижается стойкость. Одной из основных причин снижения стойкости является выход зубьев фрезы из заготовки с увеличенной из-за колебаний толщиной среза и образованием заусенцев на концах снимаемых стружек, т.е. условия выхода зубьев приближаются к условиям встречного фрезерования.

При попутном фрезеровании быстрорежущими фрезами и при встречном фрезеровании твердосплавными и быстрорежущими фрезами увеличение размаха вынужденных колебаний приводит к незначительному снижению стойкости фрез.

5. Наибольшая производительность фрезерования сплавов и сталей, применяемых для изготовления крупных турбинных лопаток

при размахе вынужденных колебаний меньше 0,07-0,1 мм может быть достигнута при попутном фрезеровании твердосплавными фрезами, а при размахе колебаний больше этой критической величины - фрезами из быстрорежущей стали. При фрезеровании заготовок турбинных лопаток из титановых сплавов, имещих на обрабатываемой поверхности участки с неудаленными глубоко залегающими остатками окалины, более высокая производительность при размахе колебаний больше критической величины может быть достигнута при работе твердосплавными фреза-,ш..

6. При попутном фрезеровании никелевых и титановых сплавов твердосплавными фрезами с размахом вынужденных колебаний более критической величины применение COS на водной основе повышает производительность обработки на 10-20%. В этих случаях положительное действие COS, обусловленное уменьшением адгезии, превышает отрицательное действие СОЖ, связанное с увеличением циклических термических напряжений.

7. Разработан новый технологический процесс кругового строчечного фрезерования профиля рабочей части крупных лопаток турбин в условиях низкой жесткости подсистемы инструмента концевыми фрезами с МСТП при предварительном проходе и фрезами из быстрорежущей стали при окончательном проходе с глубиной фрезерования не менее 0,8-1,2 мм. При этом величина остаточной деформации лопаток не увеличивается по сравнению с деформацией при использовании только фрез из быстрорежущей стали, благодаря удалению поверхностного слоя с увеличенными остаточными напряжениями, которые возникают из-за уменьшения переднего угла и увеличения пода-чн на зуб при применении концевых фрез с МСТП.

8. При строчечном фрезеровании остаточная деформация деталей обработанных поперечными строчками, в 1,5-3 раза больше, чем деформация деталей, обработанных продольными строчками. При увеличении подачи на строчку эта разница уменьшается.

9. Установлено, что шаг фрезеруемой резьбы при скоростях резания 200-250 м/мин незначительно влияет на шероховатость обработанной поверхности. При увеличении подачи на оборот фрезы параметры шероховатости обработанной поверхности начинают резко возрастать при подаче более 0,4 мм/об.

10. Снижение жесткости подсистемы инструмента с 15 кН/мм до 5,5 кН/мм при фрезеровании резьб на заготовках из конструкционной низкоуглеродистой стали повышает параметры шероховатости обработанной поверхности на 50%, увеличение износа режущих пластин

по задней поверхности до 0,5 ш повышает параметры шероховатости на 30^, а применение разданных COS мало влияет на шероховатость обработанной поверхности.

II. В результате внедрения нового технологического процесса кругового строчечного фрезерования турбинных лопаток из сплава ТС-5 фрезами с разработанным вкброустойчквым креплением стандартных ШШ получена экономия в размере более 10 тыс.руб. В результате внедрения технологического процесса фрезерования горловин и проточной части корпусов турбин черновыми трехсторонними дисковыьш фрезами и технологического процесса строчечного фрезерования лопастей гидротурбин торцовыми фрезами с разработанным виброустойчивым креплением стандартных МСТП заменены импортные фрезы фирм "Вальтер" (ФРГ), "Сандзик" (Швеция) и "Пачек" (ЧСОР).

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Ташлицкий Н.И., Попов A.B. Влияние жесткости технологической системы на стойкость твердосплавных торцовых фрез //Вестник машиностроения. 1987. Je 12. с. 46-48.

2. Таплкцкий Н.И., Попов A.B. Влияние жесткости технологической системы на производительность фрезерования при обработке на станках с ЧПУ в гибких и автоматизированных производствах //В кн. Разработка и промышленная реализация новых механических и физико-химических методов обработки, тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции. М., 1,33ТУ. IS88. с. 215-216.

• 3. Таяишцкий Н.И., Попов A.B. Выбор производительных режимов фрезерования стали 40ХН в зависимости от жесткости технологической системы //Вестник машиностроения. 1988. |£ 12. с. 41-43.

4. A.C. IS 1440622 (СССР). Способ обработки деталей

кл. B23C3/00, авторы: Н.И.Ташлицкий, А.В.Попов, 1988. Бш. № 44.

5. Попов A.B. Влияние жесткости технологической системы на стойкость фрез из быстрорежущей стали. 1,1.: Труды ЩПШТГ.ТАИ], 1989. № 213. с. 58-63.

6. Таилицкий И.И., Попов A.B. Влияние жесткости технологической системы на производительность фрезерования труднообрабатываемых материалов. М.: Труды ЦНИИШАШ, 1989. № 214. с.35-38.

7. Попов A.B. Зависимости производительности попутного фрезеро-

вашя стали 40ХЫ от жесткости технологической системы. М.: Труда 1ЩИИТМАШ, 1989. « 214. с. 3S-42.

8. Заявка И 437978/27. Режувдтй инструмент. Авторы: Н.И.Таплиц-кий, А.Б.Попов. Полок.. решение ф.Ц 1/9 от 10.04.89.

9. Заявка Л 4710979/08. $реза. Авторы: Н.И.Ташшцкий, А.Б.Попов, полок, реа. ф. Л 1/9 от 21.02.90.

10. Талгащкий Н.И., Попов A.B., Ливпзд Л.М. Влияние COS на стойкость торцовых твердосплавных фрез при низкой яесткости технологической системы //Вестник машиностроения. 1991. Л 3.

с. 50-51.

11. Ташшцкий Н.И., Попов A.B. Влияние колебаний на стойкость фрез //Вестник машиностроения. 1991. Js 7. с. 35-39.

Подписано в печать I7.I2.9Ir._Закзз 161. Тираж 100 '

Группа электрографии,НПО ШЖТ'Ж.Шарикопоцшпниковская,4.