3. Режущий инструмент

  На первый взгляд может показаться, что роль режущих инструментов в про­мышленности невелика. Однако, если учесть, что на машиностроительных за­водах ежедневно миллионы режущих кромок обрабатывают десятки миллио­нов всевозможных деталей, то станет ясным значение инструмента в народ­ном хозяйстве. Успешное развитие любого машино­строительного производства в значи­тельной степени зависит от того, на­сколько оно обеспечено надлежащим ко­личеством инструмента.

Рисунок 7 – Ассортимент режущего инструмента

Усложнение конструкций машин, по­вышение их точности и качества при­водит к тому, что, несмотря на развитие других методов обработки металлов, до­ля обработки резанием в машинострое­нии существенно не изменяется, а объем ее значительно возрастает. В ближайшем обозримом будущем резание останется наиболее распространенным видом об­работки, в решающей степени определя­ющим экономические показатели маши­ностроения, трудоемкость изготовления и качество машин.

Доля Отечественной инструментальной промышленности от общего потребления инструмента очень мала. Лишь не многие крупные инструментальные заводы, такие как «ТИЗ» Томский инструментальный завод, «КЗТС» Кировоградский завод твердых сплавов, СКИФ-М, ЧЗСИ, и не многие другие, имеют свое собственное производство инструмента. Таким образом могут позволить бесперебойные поставки недорогого, качественного инструмента потребителю.

Развитие современных технологий металлообработки и появление новых высокопрочных сплавов заставляют инструментальную промышленность развиваться на шаг впереди. Это сказалось и на разработке наноструктурированных инструментальных материалов и на применении многослойных упрочняющих покрытий.

4. Практическая часть

Оренбургский завод «Стрела» один их немногих имеет собственное инструментальное производство. В одном из цехов изготавливают осевой режущий инструмент, который составляет от 35% до 50% всей потребности в инструменте. В связи с ростом выпускаемой продукции, встал острый вопрос в потребности инструмента. Перед инженерами стоял выбор: либо приобрести не хватающий инструмент, либо приобрести оборудование с помощью которого можно увеличить количество выпускаемого инструмента, либо приобрести установку по нанесению упрочняющего покрытия для увеличения стойкости инструмента. Все подсчитав инженера сделали правильный выбор – приобрести Отечественную установку по нанесению финишного плазменного покрытия фирмы НПФ «Плазмоцентр» г. Санкт-Петербург. По своим характеристикам установка позволяла повысить износостойкость режущих поверхностей в 2-10 раз в зависимости от материала инструмента и обрабатываемого материала.

УСТАНОВКА ДЛЯ ФИНИШНОГО ПЛАЗМЕННОГО УПРОЧНЕНИЯ

Н азначение:

Безвакуумное поверхностное упрочнение инструмента, технологической оснастки, деталей машин с нанесением алмазоподобного тонкопленочного анопокрытия (без изменения шероховатости поверхности, при нагреве зделия не более 100°С), обеспечивающее повышение работоспособности в 2 - 10 раз.

Основной состав:

- блок аппаратуры;

- плазмотрон;

- плазмохимический генератор;

- источник тока.

Технические характеристики:

- ток дуги – 100-150 А; Рисунок 8 - Внешний вид УФПУ-111

- напряжение дуги - 40 В;

- ПВ - 100 %;

- расход аргона - 3-5 л/мин;

- расход препарата «Сетол» - 0,5 г/ч (0,5 л в год при односменной работе);

- расход воды – 200-250 л/ч;

- габариты - 760х620х1150 мм;

- масса - 115 кг.

Рисунок 9 – Прибор для контроля толщины покрытия

Назначение:

Прибор предназначен для контроля изменения толщины покрытия в процессе его нанесения и определения момента времени окончания процесса нанесения, соответствующего достижению заданной толщины покрытия на обрабатываемом участке изделия при финишном плазменном упрочнении.

Принцип действия:

Основан на измерении значения тока, протекающего по цепи: Источник напряжения – анод плазмотрона – плазменная струя – обрабатываемое изделие.

Технические характеристики

- номинальное питающее напряжение – 220 В;

- частота питающей сети – 50 Гц;

- потребляемая мощность, не более – 50 Вт;

- габаритные размеры……………190х185х295 мм;

- масса, не более…………………5 кг.

В цеху изготавливают концевые фрезы как для обработки лёгких сплавов (АМг6М и др.) из быстрорежущих сталей (Р6М5 и др.), так и для обработки тугоплавких, коррозионностойких, нержавеющих сталей (13X15H4AM, 95Х18 40-45HRC др.) и труднообрабатываемых титановых сплавов (ВТ4, ВТ6-ч и др.) поэтому при упрочнении их на установке ФПУ-111 эффективность изменяется в разы.

Возьмем к примеру фрезу из быстрорежущей стали Р6М5

Химический состав стали Р6М5 приведен в таблице 2, механические войства после термообработки в таблице 3.

Таблица 2 - Химический состав стали Р6М5, % (ГОСТ 19265-73)

С	Si	Mn	Cr	W	V	Mo	Ni	S	P
	не более						не более
0,80-0,88	0,5	0,4	3,8-4,4	5,5-6,5	1,7-2,1	5,0-5,5	0,4	0,025	0,035

Таблица 3 - Механические свойства после термообработки стали Р6М5

Термообработка	δ при растяж.	δ при сжатии	δ при изгибе	KCU, кДж/см2	НRС
	МПа
Закалка: І подогрев - 500-600С ІІ подогрев - 800-850С ІІІ подогрев - 1210-1230С Двукратный отпуск при 550-570 С, воздух	212	405	380	5,2	64-65

П осле изготовлении партии фрез из 50 шт. 10шт. были покрыты ФПУ по режимам предложенным заводом изготовителем одним слоем, 10 шт. были покрыты ФПУ те же режимы 2 слоя, 10 шт. ФПУ 3 слоя, 20 шт. оставили без покрытия.

Рисунок 10 - Поперечный шлиф образца с

покрытием ФПУ (×3500)

Р исунок 11 – Процесс нанесения ФПУ на концевую фрезу в ручную

Схематично весь техпроцесс на участке финишного упрочнения завода «Стрела» выглядит так:

Заготовительный стеллаж

Подготовительная операция

(чистка в ацетоне: удаление механических примесей,

жирных пятен и сушка)

Нанесение ФПУ

Контрольная

Для сравнения эффективности ФПУ по толщине слоя были проведены сравнительные испытания. Результаты испытаний приведены в таблице 4.

Таблица 4 – Результаты испытаний стойкости фрез 12 lp45 z3из быстрорежущей стали Р6М5 без ФПУ, ФПУ(1), ФПУ(2), ФПУ(3).

№	Наименование сравниваемого параметра	Без ФПУ	ФПУ(1)	ФПУ(2)	ФПУ(3)
Деталь
1	Деталь	Основа
2	материал	АМг6М - Поковка
3	Обрабатываемая поверхность	Боковые карманы h-40мм
Оборудование
4	Станок	XERMLE С-32
Режущий инструмент
5	Инструмент	Фреза 6157-3203
6	Материал режущего инструмента	Быстрорежущая сталь Р6М5
7	Толщина ФПУ	-	1,2 мкм	1,8 мкм	2 мкм
8	Трудоёмкость	3,6 н/ч	4,1 н/ч	4,6 н/ч	5,1 н/ч
9	Затраты на материал	230р.	310р	390р	470р
10	Итого стоимость инструмента	2046р.	2126р.	2206р.	2286р.
Обработка
11	V - об/мин	710
12	S – мм/мин	25
13	Стойкость	4ч	17ч	31ч	33ч.
14	Состояние инструмента	Многочисленный сколы по радиусу на торце. необходима переточка	Равномерный износ по торцу и радиусу менее 0,1мм.	Небольшие сколы виден явный износ, необходима переточка	Отколото одно перо в торцевой части необходима переточка
15	Примечания	-	Обработка происходит более плавно, хороший отвод стружки нагрев инструмента и шпинделя значительно меньше

По результатам испытания видно, что эффективность от ФПУ для быстрорежущей стали очень велико, осталось разобраться с толщиной покрытия. Мы видим, что между одним и двумя слоями разница в 0,6мкм., а

между двумя и тремя слоями незначительная разница в 0,2мкм.

Эффективность между не покрытой фрезой и покрытой одним слоем составляет 4,25 раза, между ФПУ(1) и ФПУ(2) 1,82 раза, между ФПУ(2) и ФПУ(3) 1,06 раза. Мы видим, что эффективность между ФПУ(2) и ФПУ(3) значительно мола, а расходы на материал и трудоёмкость прошли. Также мы видим, что эффективность между не покрытой фрезой и покрытой двумя слоями (с толщиной покрытия 1,8 мкм.) равна 7,75раза, а для серийного производства это огромная экономия средств и возможность проработки инженерам новых режимов резания, что позволит в дальнейшем снизить трудоёмкость на готовом изделии.

Считаю необходимом провести переработку СТП по нанесению ФПУ на режущий инструмент. К каждому типу инструмента необходимо подходить индивидуально, подбирать режимы по нанесению покрытия и режимы в мех. обработки.

Для полноты эксперимента мы взяли монолитную твердосплавную фрезу марки 6WH10F «Sandvik», Швейцария

Рисунок 12 – Концевые монолитные твердосплавные фрезы

Таблица 5 –Характеристики твердого сплава 6WН10F

Сплав	Твердость		Плотность (гр/см )	Вязкость разрушения К1с Методика испытаний, ANSTIS модель
	HRA	HV30
6WН10F-мелкозернистый	92,1	1600	14,5	12,7

Фреза предназначена для обработки тугоплавких, коррозионностойких, нержавеющих сталей (13X15H4AM, 95Х18 40-45HRC др.) и труднообрабатываемых титановых сплавов (ВТ4, ВТ6-ч и др.)

Покрыв фрезы одним и двумя слоями мы увидели, что толщина слоя практически не изменяется: 1,7 мкм и 1,8 мкм соответственно. Как и было заявлено заводом изготовителем ( до 2 мкм). Делаем вывод, что повторное нанесение покрытия не целесообразно.

Для сравнения эффективности ФПУ на монолитных твердосплавных фрезах были проведены сравнительные испытания. Результаты испытаний приведены в таблице 6.

Таблица 6 – Результаты испытаний стойкости фрез 20 lp55 z4 из марки 6WH10F «Sandvik», Швейцария без ФПУ и с ФПУ

№	Наименование сравниваемого параметра	Без ФПУ	с ФПУ
Деталь
1	Деталь	Корпус
2	материал	ВТ6-ч
3	Обрабатываемая поверхность	Боковые стенки h-50мм
Оборудование
4	Станок	ИР500
Режущий инструмент
5	Инструмент	Фреза 2220-7034
6	Материал режущего инструмента	6WH10F «Sandvik»
7	Толщина ФПУ	-	1,7 мкм
8	Трудоёмкость	2,8 н/ч	3,3 н/ч
9	Затраты на материал	3850р.	3930р.
10	Итого стоимость инструмента	7720р.	7800р.
Обработка
11	V - об/мин	160
12	S – мм/мин	30
13	Стойкость	5,2ч.	11,3ч.
14	Состояние инструмента	Многочисленные сколы по всем режущим кромкам необходима переточка	Небольшие сколы виден равномерный износ, необходима переточка

По результатам испытания видно, что эффективность от ФПУ для монолитного твердосплавного инструмента составила примерно 2,17 раза.

В случае с твердом сплавом эффективность оказалось немного ниже чем с быстрорежущей сталью. Во многом результат будет зависеть от качества исходного материала, 6WH10F «Sandvik» зарекомендовал себя как очень качественный мелкозернистый сплав, но даже на нем ФПУ показало заявленную заводом производителем (2-10раз) эффективность.

В последнее время потребность инструмента на заводе возросла и покрывать весь инструмент участок чисто физически не успевает. Настало время инженерам цеха задуматься либо об автоматизации процесса ФПУ, либо об приобретении еще одной установке УФПУ-111.