Определение параметров качества поверхностного слоя тонкостенных алюминиевых деталей после обработки точением инструментом с покрытием

В статье [1 и 2] рассмотрена проблема подбора технологических условий для обработки тонкостенных деталей из алюминиевых сплавов. Показано, что возникающие остаточные напряжения при получении заготовок и их дальнейшей механической обработке приводят к нежелательным и недопустимым изменениям размеров и формы деталей. Поэтому целесообразно использовать оптимальные режимы резания, на которых значение сил резания минимально, а значит и минимальны остаточные напряжения и деформации деталей. Получено уравнение обрабатываемости, позволяющее расчетным путем определять оптимальную скорость резания. Определены поправочные коэффициенты для учета в расчетах оптимальной скорости особенностей современных режущих инструментов с износостойкими покрытиями и сложной передней поверхностью инструмента.

В данной работе выполнено экспериментальное определение параметров качества поверхностного слоя деталей из алюминиевых сплавов после обработки точением на оптимальных режимах и заводских, взятых из действующей технологии производства.

На двух кольцевых заготовках (рисунок 1), обработанных на оптимальной (5,6 м/с) и базовой скорости резания (4,4 м/с) твердосплавным инструментом из сплава IC907 при прочих равных условиях (см. таблицу 1), проводили измерение твердости и шероховатости обработанных поверхностей. Шероховатость поверхностей определяли на приборе TR-200 фирмы TIME GROUP Inc. Твердость поверхности определяли на микротвердомере DuraScan 10 фирмы ЕМКО-TEST при нагрузке на алмазный индентор в форме пирамиды Виккерса 25г. Результаты измерений представлены в таблицах 1 и 2.

Рисунок 1. Обрабатываемая кольцевая заготовка

Таблица 1.

Результаты измерений шероховатости обработанной поверхности

Как видно из полученных данных, шероховатость поверхности обработанных образцов практически одинакова, разница средних значений параметра шероховатости поверхности соответствует статистической погрешности метода измерения и прибора.

Таблица 2.

Результаты измерений твердости обработанной поверхности

Как видно из полученных результатов, микротвердость поверхности второго образца, обработанного на оптимальных режимах, выше примерно на 15%, что говорит о влиянии теплового фактора на повышение наклепа.

Расчетное определение остаточных напряжений в поверхностном слое заготовки

Определение тангенциальных остаточных напряжений по величине и глубине залегания выполнялось расчетным методом по программе для ПК, разработанной на кафедре ТАДиОМ РГАТУ имени П. А. Соловьева. Для расчетов использовались формулы, приведенные в работе [3].

Исходные условия расчета и некоторые промежуточные результаты расчета:

Обрабатываемый материал – Д16Т, инструментальный материал – ВК8.

1) Заготовка, обработанная на заводских режимах: подача S = 0,1 мм/об, скорость резания v = 4,4 м/с, глубина резания t = 0,5 мм, температура в зоне резания θ =  403,1 °С, сила резания Pz = 31,7 Н.

2) Заготовка, обработанная на оптимальныех режимах: подача S = 0,1 мм/об, скорость резания v =  5,6 м/с,  глубина резания t = 0,5 мм, температура в зоне резания θ =  406,1 °С, сила резания Pz = 30,4 Н.

По результатам расчетов построим график распределения тангенциальных остаточных напряжений в поверхностном слое заготовки (рисунок 2).

Рисунок 2. График остаточных напряжений

Как видно из полученных результатов, обработка образца на оптимальных режимах способствует снижению уровня остаточных напряжений, что в целом будет способствовать снижению коробления детали после механической обработки. Полученное уравнение обрабатываемости позволит расчетным путем определять оптимальные режимы резания, при которых в детали будет формироваться минимальный уровень остаточных напряжений.

Выводы

1. Обработка заготовки на оптимальных режимах резания практически не повлияла на шероховатость обработанной поверхности по сравнению с обработкой на исходной скорости резания, однако повлияла на микротвердость обработанной поверхности, которая повысилась на 15%, что говорит о влиянии температурного и силового фактора на наклеп.

2. Из полученного графика зависимости расчетных тангенциальных остаточных напряжений можно увидеть, что, обработка образца на предлагаемых оптимальных режимах способствует снижению уровня остаточных напряжений, что в целом будет способствовать снижению коробления детали.