Публикации О взаимосвязи массы инструментальных твёрдосплавных сменных пластин с эксплуатационными параметрами процесса резания

Всероссийский сборник статей и публикаций института развития образования, повышения квалификации и переподготовки.

Скачать публикацию

Язык издания: русский
Периодичность: ежедневно
Вид издания: сборник
Версия издания: электронное сетевое
Публикация: О взаимосвязи массы инструментальных твёрдосплавных сменных пластин с эксплуатационными параметрами процесса резания
Автор: Конюхова Яна Васильевна

УДК 621.9: 658.562.42: 621.9.025О взаимосвязи массы инструментальных твёрдосплавных сменных пластин с эксплуатационными параметрами процесса резанияМокрицкий Б.Я., Савин Д.А., Шакирова О.Г., Конюхова Я.В. ФГБОУ ВО «Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет»АннотацияРассмотрены результаты оценки качества пластин путём контроля их массы. Использован приём сортирования пластин на условные категории качества по величине отклонения от требуемой величины массы пластин. Установлено, что доля бракованных таким образом пластин значительна. Это не позволяет технологу осуществить заказ на покупку пластин в обоснованном количестве. AnnotationThe results of evaluation of the quality of plates by controlling their mass are considered. The method of sorting plates into conditional quality categories according to the deviation from the required value of the mass of the plates was used. It was found that the proportion of defective plates in this way is significant. This does not allow the technologist to make an order for the purchase of plates in a reasonable quantity.Ключевые словаМасса пластин, их износ и разрушение KeywordWeight of plates, their wear and destructionВведениеМасса твердосплавных пластин входит [1] в число параметров, подлежащих контролю у производителя инструмента, и разрешённых к входному контролю у потребителя инструмента.Для большинства производственных металлообрабатывающих предприятий масса пластины в составе режущего инструмента или инструментальной наладки не является первостепенно важным параметром. Но в случае использования современных высокопроизводительных станков с ЧПУ отклонение фактического веса пластин от требующегося может послужить причиной останова станка. Или не позволит обеспечить выполнение производственного задания в связи с большой долей бракованного инструмента.1 Используемый в работе методологический подходВ указанном ГОСТе [1] нет явно выраженных рекомендаций по нормам допустимых отклонений по массе пластин, он вообще отдаёт это требование в состав требований к инструменту (инструментальной оснастке), в составе которого будет данная пластина. На наш взгляд, это абсурдно, потому что это вынуждает потребителя покупать инструментальную оснастку по классу точности выше, чем точность пластин.Мы применили приём условного разделения пластин на три уровня. Эти уровни мы условно назвали сортами. Сортов приняли всего три. В первый сорт относили те пластины, которые по массе пластин имели минимальные отклонения, а именно значение отклонения определялось второй цифрой после запятой от среднего значения для данной партии пластин. Поясняем на примере пластины №4 из серии №1 пластин, указанных в таблице 1:а) В партии №1 всего 5 пластин. Среднее значение массы одной пластины в партии 8,893 грамма.б) Величина отклонения массы пластины №4 от этого среднего значения исчисляется следующим образом: 8,927 грамм – 8,893 грамм = 0,034 грамм.в) В величине отклонения первая значимая цифра является второй после запятой. г) Мы условились считать это прекрасным результатом, поэтому эту пластинку №4 считаем очень хорошего качества по параметру «масса пластины» и отнесли её в сорт №1. Такие пластины мы считали условно пригодными для применения в инструментальных наладках, используемых при высокоточной (прецизионной) обработке, например на фрезерных станках с ЧПУ.Во второй сорт относили те пластины, которые по исследуемому параметру имели отклонения, приемлемые для общемашиностроительной обработки на станках нормальной точности. Например, если измеренная масса данной пластины отличалась от некого среднего значения (смотри пластину №1 и столбец «сорт 2» в таблице 1) в первом знаке после запятой (отклонение исчислено как: 8.893 грамм – 8,516 грамма = 0,377 грамм), то такую пластину относили во второй сорт. В третий сорт относили те пластины, у которых отклонение было ещё до запятой. Например, у пластины №3 отклонение исчислено как: 9,969 грамм – 8, 893 грамма = 1, 076 грамм. Пластины третьего сорта считали условным браком. Это количество пластин исключали из объёма партии и считали необходимым закупить дополнительные пластины для восполнения брака.Исследования выполнены для 400 штук пластин отечественного производства. Здесь приводятся результаты только по части из них. Ряд данных не приведены по нескольким причинам. Одна из них – разночтения в российских ГОСТах и в зарубежных стандартах (или каталогах). Основное разночтение в том, что в ГОСТе [1] используется термин «масса пластин» и не указано как её определить и в каких единицах оценить. В зарубежных сведениях используется термин «вес пластин», его определяют взвешиванием и оценивают в размерности «грамм». Ряд отечественных производителей инструмента в своих технологических процессах по своим «Техническим условиям» контролируют «вес пластины», его определяют взвешиванием и оценивают в размерности «грамм». Но наряду с этим оценивают ещё и плотность материала пластин через параметр «пористость» либо по весу, когда пластина ещё сухая и когда пластина уже «напиталась в порах жидкостью» после длительного пребывания её в жидкости, обладающей высокой проницаемостью. Методом случайной выборки брали пластины, изготовленные ранее (20 – 25 лет назад) и недавно. Размер выборки не нормировали и не рассчитывали, т.е. создавали ситуацию, схожую с той, которую имеет заказчик в момент покупки изделий. Форму и Таблица 1Сведения о твёрдосплавных сменных исследованных пластинах(пять наиболее простых пластин из 15 рассмотренных нами разных серий)типоразмер пластин выбирали применительно к практике типового машиностроительного предприятия.Пластины промывали в ультразвуковой ванне. Каждую из пластин условно нумеровали, взвешивали. Результаты взвешивания сравнивали с теми параметрами, которые предписаны ГОСТом и «Техническими условиями» предприятия изготовителя. По результатам сортирования делали вывод о возможности выполнения плана производства типового машиностроительного предприятия либо о необходимости дозакупки некоторого дополнительного числа тех или иных пластин.2 Обсуждение полученных результатов2.1 Цели работы:а) совершенствование существующих технологических процессов изготовления деталей за счёт контроля и последующего сортирования твёрдосплавных пластин режущего инструмента (и инструментальной наладки) по результатам анализа погрешности (разброса значений) массы пластин; б) оценка возможности использования результатов контроля массы пластин для уточнения адресности (области) их применения.На разных уровнях неоднократно ставится [2, 3] вопрос о необходимости научно-обоснованного подхода к метрологическому и инструментальному обеспечению современного высокоточного металлорежущего оборудования. Отклонение массы пластин наиболее ощутимо оказывает влияние на дисбаланс режущего инструмента. Действующие в РФ ГОСТы ([1] и указанные в таблице 1) на металлорежущий инструмент разработаны давно и не адаптированы под современные условия и современный металлорежущий инструмент современных станков с ЧПУ, в которых не допускается заметное биение быстровращающихся шпинделей либо применяется металлорежущий инструмент с компенсаторами дисбаланса и т.д.В этой ситуации всё более значимой становится роль входного контроля качества металлорежущего инструмента. Того, что только что был закуплен, и того, который по разным причинам скопился в инструментальных кладовых и на центральном инструментальном складе типового современного машиностроительного предприятия.2.2 Статистика контроля веса пластин одного из российских производителей.В таблице 2 приведены сведения по результатам контроля массы пластин и распределения их по принятой условной сортности.Таблица 2Распределение количества пластин по сортамТаблица 2 свидетельствует о том, что пластины каждой серии существенно отличаются по массе и доля бракованных по массе пластин в каждой серии различна. Соответственно, для обеспечения действующего производства необходимый запас пластин в каждой серии должен быть различным. Использовать усреднённый подход нельзя. Поясняем:1. Пусть для обеспечения деятельности некоторого машиностроительного предприятия требуется 23 штуки пластин серии 4 и 54 пластины серии 5 . 2. Из сведений, приведённых в таблице 2 (выделены жирно), следует, что для обеспечения машиностроительного предприятия:а) необходимо закупить некоторое дополнительное число пластин серии 4 (из-за того, что в серии 19 штук условно бракованных пластин);б) для серии 5 пластин дополнительно закупать не нужно (бракованных пластин нет).Обобщая результаты по всем 15 сериям исследованных пластин, сообщаем следующее:1. Только в четырёх партиях отсуствует брак пластин.2. Имеются партии пластин, в которых брак достигает 82% 3. В среднем брак составил 36,2%.Авторы осознают, что только по параметру «масса пластины» сортировать качество пластин нельзя. Тем более нельзя их браковать хотя бы потому, что не во всех видах обработки требуется столь жёсткая регламентация веса пластин. К примеру, если речь идёт о токарной обработке заготовок деталей (при вращении заготовки, а не инструмента), то условно забракованные нами сейчас пластины здесь могут быть использованы без ущерба качеству и производительности обработки. Если же речь идёт о сменных пластинах осевого инструмента, например, концевых фрез, используемых на высокопроизводительных современных станках с ЧПУ с быстроходными шпинделями, то там применять такие пластины нельзя. Скорее всего, там потребуются пластины, отнесённые нами условно в 1 сорт. Для станков, менее чувствительных к дисбалансу инструмента, вполне могут быть пригодны пластины, отнесённые нами условно во 2 сорт.Авторы считают необходимым отметить, что на данном этапе ещё недостаёт статистической информации для определения количества пластин, которое необходимо дозакупить для восполнения бракованных пластин. Если дозакупить такое же число пластин, сколько их оказалось в браке, то нет гарантии того, что в дозакупленном числе пластин доля брака окажется именно такой же. Она может оказаться большей, тогда производство не будет обеспечено качественным инструментом вновь. Особо это важно в тех случаях, когда партия пластин мала, а при обработке заготовок деталей не допускается (исходя из требований точности детали) смена режущей кромки пластины.2.3 Сопоставительные результаты по разным производителям пластин.Ниже в самой краткой форме приведены сведения по контролю массы (и ряда эксплуатационных показателей) других российских производителей инструмента и зарубежных фирм.2.3.1 Показательны результаты применения осевого инструмента производства фирмы «СКИФ-М» (Белгород) [5]. Именно это предприятие с его филиалами в качестве поставщика импортозамещающего инструмента выбрано авиационной корпорацией «Компания «Сухой». Инструмент его производства закупает несколько иностранных машиностроительных и авиационных фирм. Пример применения их сборной (с большим числом сменных типовых твёрдосплавных пластин) фрезы приведён* на рис. 1.Отметим, что наименьшие отклонения (разброс между собой) массы имеют (из исследованных авторами) пластины** фирмы «Walter»[6], затем «Sandvik coromant» »[7],, «Korloy» »[8,9] и «Скиф-М». Каждая из этих фирм не только рекомендует применять пластины в составе их инструментальных наладок (оправок), но и с рекомендуемыми ими параметрами режимов резания. *Сведения приводятся с личного разрешения генерального директора «СКИФ –М» Москвитина А.А.**При эксплуатации таких пластин нами не отмечены случаи останова станка с ЧПУ из-за дисбаланса инструмента.В качестве примера на рис.2 приведены сведения о работоспособности (по периоду износостойкости, т.е. минут до достижения износа зубьев 0,3 мм при обработке авиационного титанового сплава при рекомендуемых фирмами параметрам режима резания) аналогичных фрез производства нескольких фирм. Из рис. 2 следует, что работоспособность фрез «Sandvik coromant», «Скиф-М» и «Korloy» сопоставимы. Фреза «Светловодского инструментального завода» (1986 года выпуска) не конкурентна. Фреза «Walter» в 1,5 раза работоспособнее. Отметим, что фреза ОАО «Кировградский завод твёрдых сплавов» (производство 2016 года, Свердловская область) оказалась не работотоспособной в силу того, что укомплектована пластинами крайне низкого качества, рис 2б.2.3.2 Комментарии результатов применения специализированных твёрдосплавных пластин даны применительно к тангенциальным твёрдосплавным пластинам, которые в основном используются при колёсотокарной восстановительной обработке колёс железнодорожных вагонов, а также в составе сборных торцевых фрез, предназначенных для обработки изношенных или восстановленных площадок рессорных балок тележек железнодорожных грузовых вагонов и т.д., рис.3а. Нами использованы указанные фрезы диаметром 320 мм с 16-тью периферийно закреплёнными пластинами типа LNMX 301940 отечественного и зарубежного производства. Такие пластины имеют значительную массу (около 40 грамм (для сравнения - масса пластин, указанных в таблице 1 не превышала 12 грамм)), поэтому любое значимое отклонение какой-либо пластины в фрезе может сказываться на результатах эксплуатационных испытаний, например, на периоде их износостойкости. Проверку этого предположения выполнили разными опытами, ниже приведены 4 из них. Опыт 1. Из партии пластин производства «Sandvik coromant» отобрали 8 штук пластин, имеющих минимальную массу и установили их подряд в 8 гнёзд указанной фрезы. Отобрали 8 штук пластин, имеющих максимальную массу (разница между самой лёгкой и самой тяжёлой пластиной составила 3,7 грамма, разница между легкими восьмью пластинами составила 0,54 грамма, разница между восьмью тяжёлыми пластинами составила 0,32 грамма, их установили в свободные (противоположенные уже занятым гнёздам) гнёзда фрезы. Этим воссоздали моделирование условий дисбаланса фрезы. При вращении фрезы с разным числом оборотов измерили радиальное биение оправки фрезы. При числе оборотов, в котором имел место максимальный дисбаланс, произвели обработку заготовок. Измерили износ режущих кромок пластин (и шероховатости обработанной поверхности). Выявлено, что режущие кромки пластин с минимальными весами были изношены мало (от 0,08 до 0,12 мм). Режущие кромки пластин, имевших максимальный вес, имели большую величину износа (от 0,15 до 0,22 мм), пример показан на рис.3б.Опыт 2. Аналогичным образом поступили с пластинами производства ОАО «Кировградский завод твёрдых сплавов». Разница между самой лёгкой и самой тяжёлой пластиной составила 9,46 грамма, разница между легкими восьмью пластинами составила 3,52 грамма, разница между восьмью тяжёлыми пластинами 4,37 грамма. За то же самое время работы при тех же условиях эксплуатации режущие кромки пластин с минимальными весами были изношены значительно (от 0,38 до 0,42 мм). Режущие кромки пластин, имевших максимальный вес, имели предельно допустимую величину износа (от 0,6 до 0,8 мм), пример показан на рис.3в. Тенденции зависимости величин износа режущих кромок в опыте 1 и опыте 2 аналогичны, т.е. чем больше разброс массы пластин, тем больше износ. Эта же тенденция вполне вероятна, если предположить, что эксплуатационные свойства инструментального материала отечественных пластин уступают тем, что использованы в опыте 1.Перепроверка выявленной тенденции проведена в опытах 3 и 4.Опыт.3. Всё делали аналогичным образом. Использовали пластины марки VT430 фирмы «Kennametal». Разница между самой лёгкой и самой тяжёлой пластиной составила 2,64 грамма, разница между легкими восьмью пластинами составила 0,21 грамма, разница между восьмью тяжёлыми пластинами 0,46 грамма. За то же самое время работы при тех же условиях эксплуатации режущие кромки пластин с минимальной массой были изношены мало (от 0,06 до 0,09 мм). Режущие кромки пластин, имевших максимальную массу, имели износ от 0,11 до 0,18 мм).Тенденция подтверждена.Опыт 4. Всё делали аналогичным образом. Использовали отечественные пластины производства научно-производственного предприятия «Дальневосточная Технология» (Комсомольск-на-Амуре). Разница между самой лёгкой и самой тяжёлой пластиной составила 3,40 грамма, разница между легкими восьмью пластинами составила 1,56 грамма, разница между восьмью тяжёлыми пластинами 2,12 грамма. За то же самое время работы при тех же условиях эксплуатации режущие кромки пластин с минимальными весами были изношены от 0,12 до 0,22 мм. Режущие кромки пластин, имевших максимальный вес, имели износ от 0,3 до 0,5 мм).Тенденция подтверждена. Иллюстрация полученных данных приведена на рис.4.Анализ данных рис.4 показывает:1. Тенденция взаимосвязи эксплуатационных свойств режущих пластин с их массой доказана на всех 4 опытах. Чем меньше разброс массы пластин (чем меньше дисбаланс фрезы), тем меньше величина износа режущих кромок. И наоборот.2. Величины износа режущих кромок пластин фирм «Kennametal» и «Sandvik coromant» сопоставимы (в пределах погрешности измерения, особенностей свойств инструментальных материалов и конструктивных отличий режущих кромок) сопоставимы и при некотором отличии в величине разброса массы пластин. 3. Величины износа режущих кромок пластин производства ДВТ и «Sandvik coromant» сопоставимы при сопоставимом разбросе массы пластин.4. Наиболее существенный износ режущих кромок и разброс массы у пластин производства КЗТС.Немаловажным представляется авторам некоторое наличие взаимосвязи между разбросом массы монолитного твёрдосплавного инструмента (быстровращающихся концевых фрез) и его специфичными эксплуатационными параметрами. Один из предварительно обнаруженных авторами примеров иллюстрирован на рис.5. Из сведений, приведённых на рисунке 5, можно сделать вывод о том, что отмеченная выше тенденция взаимосвязи разброса массы и выходных параметров технологического процесса резания существует и для монолитного твёрдосплавного инструмента.Указанные на рисунке 4а результаты оценки работоспособности твёрдосплавных сменных пластин можно дополнить результатами испытаний монолитных твёрдосплавных фрез, рис.6.Пояснения к рисунку 6 следующие:А) Kennametal – ведущая в мире американская инструментальная фирма, SKIF-M – упомянутая выше российская инструментальная фирма «СКИФ-М».Б) по вертикальной оси отложены значения времени работы фрез до допустимого износа режущих кромок фрезы при допустимой шероховатости и точности обработки заготовок, по горизонтальной оси – номера опытов, опыты отличались параметрами режима резания и обрабатываемым материалом;В) В опыте 2 произошла поломка фрезы фирмы Kennametal. В опыте 3 произошёл останов станка из-за превышения допустимой мощности резания при работе фрезой SKIF-M. Опыт 7 анулирован по фрезам обеих фирм из-за превышения шероховатости обработанной поверхности заготовки, выполненной из авиационного титанового сплава.Из данных рисунка 6 следует, что российская инструментальная фирма ни чуть не уступает ведущей в мире фирме по износостойкости инструмента и в четырёх опытах превосходит.ЗаключениеВыявленную взаимосвязь между весом пластин и её эксплуатационными параметрами можно использовать для оценки влияния точности весового параметра режущих пластин на показатели прецизионной обработки инструментальными наладками. Тем самым можно и управлять областью применения (высокоточная обработка, обработка в общем машиностроении, обработка на заготовительных участках) пластин разной сортности и можно управлять (регламентировать) точностью весового параметра.Использованные источники информации

ГОСТ 19086-80 Пластины сменные многогранные твёрдосплавные. Технические условия (с Изменениями №1-6). (Межгосударственный стандарт). М.: Стандартинформ, 2006.

2. Чириков А.П. Инновационно-ориентированное развитие метрологической инфраструктуры в условиях нового технологического уклада. Автореферат на соиск. уч. ст. доктора техн. наук по специальности 05.11.15 «Метрология и метрологическое обеспечение». Москва. 20183. Рыжов Э. В., Горленко О. А., Технологическое управление качеством и эксплуатационными свойствами поверхностей. – Тула: ТПИ, 1980. – 100 с.4. Чирков А.П. Роль метрологического обеспечения в инновационной деятельности// Главный метролог, 2013. №1, с.20-24.5. www.skif-m.net6. 7. 8. 9. www.haltec.ru