Повышение производительности и качества обработки тел вращения из титановых сплавов методом высокоскоростного фрезерования и фрезоточения

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям изучаемого процесса обработки.
Проведённая оценка схем обработки тел вращения методом высокоскоростного фрезерования и фрезоточения выявила наиболее производительные и перспективные схемы обработки. Одной из них является схема окружного фрезерования. Кинематика схемы обработки была реализована на многоцелевом станке модели 2206ВМФ4. Обрабатываемый материал – круглый прокат ВТ 1-0 твёрдостью HV 150 и σ_В 510 МПа. Инструмент – концевая фреза. Материал режущей пластины ВК 8. Обработка производилась без применения СОТС.

Кинематика процесса		Профиль шероховатости		Формула для расчёта высоты остаточных микронеровностей
1		5
Обработка валов по схеме охватывающего фрезерования
2		6		10
Фрезоточение
3		7		11
Обработка валов по схеме окружного фрезерования
4		8		12	где: ;
Схема резания вращающимся резцом

Таблица 1
Кинематико-геометрическая модель по расчету высоты остаточных микронеровностей
Экспериментально установлено, что при использовании встречной схемы подачи инструмента происходит налипание стружки на обрабатываемую поверхность. При попутном фрезеровании наблюдались чистая поверхность и качественное удаление стружки из зоны резания.
Исследовав образцы стружки и произведя замеры шероховатости, установлены зависимости коэффициента усадки стружки К и шероховатости поверхности Ra от скорости резания Vp (рис. 6, 7)

Рис. 6. Зависимость коэффициента усадки стружки К от скорости резания Vр	Рис. 7. Зависимость шероховатости Ra от скорости резания Vр

Изучив полученные зависимости (рис. 6, 7), установили, что качество поверхности зависит от коэффициента усадки стружки (рис. 8).

Рис. 8. Зависимость шероховатости Ra от коэффициента усадки стружки К

После обработки ТС ВТ 1-0 на режимах, приведенных в табл. 2, без применения СОТС с использованием встречной и попутной схем подачи инструмента проведенные исследования стружки показали, что наибольшее влияние на изменение коэффициента усадки стружки оказывает величина подачи – для попутной схемы подачи инструмента и скорость резания – для встречной схемы (рис. 9). Во всех случаях наблюдается тенденция к уменьшению деформации стружки с увеличением режимов резания.

Таблица 2
Режимы обработки титанового сплава ВТ 1-0

№	Скорость резания Vp, м/мин	Подача Sо, мм/зуб	Глубина резания t, мм	Ширина b, мм
1	50	1,2	1	4
		1,5
		1,8
2	75	1,2	1	4
		1,5
		1,8
3	100	1,2	1	4
		1,5
		1,8

Анализ оцифрованных профилограмм (рис. 10) с помощью корреляционной функции позволил установить коэффициенты уравнения, описывающего закон распределения остаточных микронеровностей на обрабатываемой поверхности. В общем случае такое уравнение имеет вид
,
где: β – доля периодической составляющей, γ – доля случайной составляющей, Т – период (0; +∞), С, k – коэффициент, j = 0…m, m = 5%N, N – общее количество точек профилограммы, Q – доля отклонения полученного значения, %.

	а Vр = 15 м/мин, Sм = 30 мм/мин, t = 3 мм, b = 3 мм
	б Vр = 70 м/мин, Sм = 120 мм/мин, t = 3 мм, b = 3 мм
	в Vр = 120 м/мин, Sм = 200 мм/мин, t = 3 мм, b = 3 мм
Рис. 10. Оцифрованные профилограммы обработанных поверхностей

а	б
попутная схема подачи инструмента
в	г
встречная схема подачи инструмента Рис. 9. Зависимость коэффициента усадки стружки от режимов резания а, в – зависимость коэффициента усадки стружки K от величины подачи Sz; б, г – зависимость коэффициента усадки стружки К от скорости резания Vр;

На рис. 11 показаны графики, отображающие корреляционную функцию R, и закон, по которому происходит распределение шероховатости Е. Анализ коэффициентов уравнения корреляции показывает, что поверхности, обработанные высокоскоростным фрезерованием, имеют долю периодической составляющей β > 0,93 – 0,97, т.е. на 93-97% процесс высокоскоростного фрезерования является управляемым.

	Коэффициенты уравнения корреляции
	β = 0,95; Т = 0,1; С = 0,137; K = 0,1; N = 130; Q = 0,991 Ra = 0,8
а
	β = 0,93; Т = 0,12; С = 0,1; k = 0,2; N = 80; Q = 0,972 Ra = 0,5
б
	β = 0,97; Т = 0,17; С = -0,15; k = 0,3; N = 150; Q = 0,251 Ra = 0,79
в
Рис. 11. Графики корреляционной функции обработанных поверхностей а – Vр = 15 м/мин, Sм = 30 мм/мин, t = 3 мм, b = 3 мм б – Vр = 70 м/мин, Sм = 120 мм/мин, t = 3 мм, b = 3 мм в – Vр = 120 м/мин, Sм = 200 мм/мин, t = 3 мм, b = 3 мм

По результатам проведенных теплофизических исследований были построены графики (рис. 12), из которых следует, что высокоскоростная обработка способствует существенному снижению температуры обрабатываемой поверхности детали. При прерывистом резании температура обрабатываемой поверхности детали ниже в среднем в 2,5-3 раза, чем при не прерывном. На практике это означает, что значения температур обрабатываемой поверхности детали не будут превышать температуру окружающей среды, что оказывает благоприятное влияние на формирование качества обрабатываемой поверхности за счет существенного снижения тепловой нагрузки на обрабатываемую поверхность детали.

Рис. 12. Зависимость температуры поверхности детали t от скорости резания Vp

Таким образом, на основе проведенных экспериментов можно заключить, что на качество обрабатываемой поверхности существенное влияние оказывают процесс стружкообразования, схема подачи инструмента, температура обрабатываемой поверхности детали.