Сменная многогранная пластина, выбираем лучший инструмент

Сменные многогранные пластины  - это твердосплавные пластины предназначенные для обработки поверхностей, а также для придания деталям различных форм. Многогранные пластины, как правило, используются в резцах и фрезах, подразделяют на напаиваемые и сменные. Использование многогранных пластин приводит к: уменьшению стоимости инструмента; повышению качества и надежности инструмента; устранению переточек; повышению качества пластин; сокращению заточного оборудования и числа рабочих-заточников; сокращению стоимости эксплуатации инструмента; сокращению времени смены инструмента.

Сменная многогранная пластина в этой работе подвергается лабораторным экспериментам по оценке ее режущих свойств, далее приводятся результаты исследований формы пластины CNMG120408-SF4 из сплава RS20C-3.0 производства ООО «РИТС ГРУПП». Установлено, что при токарной обработке нержавеющей стали ЭИ654 на повышенных скоростях резания испытуемая сменная многогранная твердосплавная пластина по износостойкости имеет превосходство над аналоговой СМП формы CNMG120408-GS из сплава РС5300 (KORLOY). На Международной выставке «Металлообработка-2016» ООО «РИТС ГРУПП» (ранее известное как «Компания РИТС») экспонировала некоторые формы сменных многогранных пластин (смп пластины) из новых марок твердых сплавов. Среди них представлены сменные многогранные пластины формы CNMG120408-SF4 из сплава RS20C-3.0 c областью применения по ISO-S20, т.е. для обработки жаропрочных сталей и титановых сплавов.

В своей деятельности по продвижению новых отечественных сменных многогранных пластин на российском рынке ООО «РИТС ГРУПП» сотрудничает с АО «КЗТС» (г. Кировоград) и ООО «ВИРИАЛ» (г. С-Петербург), которые являются основными производителями современных твердосплавных многогранных пластин в РФ. Следует подчеркнуть, что и ООО «ВИРИАЛ», и ООО «РИТС ГРУПП» разрабатывают твердосплавные сменные многогранные пластины ГОСТ на основе отечественных достижений в данной области. В Тульском государственном университете и на предприятиях г. Тулы также было проведено много работ по совершенствованию процессов резания твердосплавными инструментами.

В Костромском государственном технологическом университете в результате компьютерного моделирования с помощью программы Prognos Chip разработана форма передней поверхности, которую имеют пластины режущие сменные многогранные твердосплавные, предназначенная для получистовой токарной обработки заготовок из жаропрочных сталей. Данная геометрия применяется в номенклатуре некоторых сменных многогранных пластин производства ООО «ВИРИАЛ» для получистового точения жаропрочных сталей и титановых сплавов. В связи с этим у производственников всегда вызывают интерес эксплуатационные возможности которые имеет новая отечественная сменная многогранная пластина в сравнении с зарубежными аналогами. Перед проведением производственных испытаний целесообразно провести их апробацию в лабораторных условиях.

Нас интересуют разновидности типов, которые имеет сменная многогранная токарная пластина для точения жаропрочных сталей:

• тип пластины CNMG120412E-UM, используются марки сплавов VH71 / VH7122, VH70 / VH7022, VH59 / VH5922, VH35 / VH3512, покрытие CVD. Режимы обработки V=150-250 м/мин, S=0,1-0,25 мм/об. Применение: черновая, получистовая токарная обработка конструкционных, легированных и нержавеющих сталей (P10-P20, M05-M20);
• тип пластины CNMG120408E-SM используются марки сплавов VHS10 / VHS1012, VHS06 / VHS0612. Режимы обработки V=150-250 м/мин, S=0,1-0,25 мм/об. Применение: получистовая обработка жаропрочных и титановых сплавов (S05-S20);
• тип пластины CNMG120408E-SF, используются марки сплавов VHS10 / VHS1012, VHS06 / VHS0612. Режимы обработки V=25-80 м/мин, S=0,1-0,25 мм/об. Применение: чистовая, получистовая обработка жаропрочных и титановых сплавов (S05-S20).

В данном случае в качестве обрабатываемого материала была принята сталь марки ЭИ654 (15Х18Н12С4ТЮ). Согласно данным она относится к коррозионно-стойким сталям аустенитно-ферритного класса и входит в IV группу труднообрабатываемых материалов. В качестве зарубежного аналога инструмента были использованы СМП форм CNMG120408-НА и CNMG120408-GS из твердого сплава РС5300 с износостойким покрытием типа PVD (KORLOY). Этот сплав является универсальной маркой с областью применения P, M, S по классификации ISO.

Испытания проведены используя токарный станок 1к625 при наружном продольном точении ступенчатой заготовки с наибольшим диаметром D=55 мм и длиной L=550 мм. Испытуемые СМП закрепляли в резцовую державку DCLNR 2525M 12. С учетом ограниченного диаметра заготовки глубина резания t была принята равной 0,5 мм, что не превышает величину радиуса при вершине сменной многогранной пластины, равную 0,8 мм. Поэтому в процессе резания следует ожидать образование неудовлетворительной формы стружки в виде непрерывной спирали.

Однако основная цель данных испытаний заключается в выявлении износостойкости нового сплава в сравнении с принятым зарубежным аналогом. В связи с этим оптимальность формы стружки не принималась во внимание. Тем не менее, образцы стружки собирали для проведения анализа износостойкости передней поверхности. Величины подачи S выбирали из диапазона 0,2...0,3 мм/об, который соответствует как чистовой, так и получистовой обработке. В ходе экспериментов проходы, которые выполняли сравнимые пластины режущие сменные многогранные чередовали, что позволило нивелировать влияние уменьшения скорости резания и длины пути резания, вызванное уменьшением диаметра заготовки после каждого прохода, на результаты эксперимента. В процессе испытаний было проведено три эксперимента.

Эксперимент №1. Этот эксперимент проведен с частотой вращения шпинделя 1000 мин-1 и подачей 0,23 мм/об без применения СОЖ (последующие эксперименты проведены также без применения СОЖ). Сравнению были подвергнуты пластины режущие сменные многогранные формы CNMG120408-SF4 и CNMG120408-GS (стоимость данной СМП составляет 5,75 евро). Условия и результаты эксперимента приведены в табл. 1.

t общ - общее время работы; L общ - общий путь резания.

Как и предполагалось, в начальный период работы на первом проходе образуется непрерывная стружка в виде винтовой спирали. Различный диаметр витка и шаг спирали обусловлены различными геометрическими параметрами стружкозавивающих элементов, несмотря на их внешнее сходство. На втором проходе форма стружки меняется, и к концу она приобретает форму коротких спиралей. Это объясняется изнашиванием передней поверхности, фотография которой представлена на рис. 1. Из этого рисунка видно, что сходящая стружка при данных режимах резания не контактирует со стружкозавивающими уступами на передней поверхности сменной многогранной пластины (не видно следов контакта). Также можно заключить, что по износостойкости передней поверхности отечественная сменная многогранная пластина нисколько не уступает зарубежному аналогу и значительно его превосходит по износостойкости задней поверхности (рис. 2).

Рис. 1. Передняя поверхность сравниваемых СМП после проведения испытаний: слева CNMG120408-SF4; справа CNMG120408-GS

Рис. 2. Вид вершин смп пластины со стороны вспомогательной задней поверхности после проведения испытаний: слева CNMG120408-SF4; справа CNMG120408-GS

Эксперимент №2. Необходимость проведения второго эксперимента обусловлена следующим. В предыдущем случае при назначении скорости резания V (~170 м/мин) ориентировались на рекомендации фирмы KORLOY для сплава РС5300 при обработке нержавеющих сталей. Однако известно, что обрабатываемость стали ЭИ654 (15Х18Н12С4ТЮ) хуже, чем нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т, часто принимаемой за эталон при назначении режимов резания для данного класса материалов.

Поэтому второй эксперимент был проведен при частоте вращения шпинделя 630 об/мин. При этом подача была увеличена до 0,26 мм/об в целях получения приемлемой формы стружки, начиная уже с первого прохода. Условия и результаты эксперимента приведены в табл. 2.

Как видно из полученных результатов, пластины режущие сменные многогранные в результате работы не привели к существенному изменению характера стружки на первом проходе. На последующих проходах начинает формироваться стружка в виде коротких спиралей, что свидетельствует о возникновении лунки износа на передней поверхности.

Несмотря на меньшее время работы и пройденный путь резания на передней поверхности сменной многогранной пластины формы CNMG120408-GS из сплава РС5300 лунка износа более явно выражена, чем на отечественной твердосплавной пластине (рис. 3). Для сменной многогранной пластины из нового российского сплава в этом опыте также характерна меньшая интенсивность изнашивания по задней поверхности (рис. 4).

t общ - общее время работы; L общ - общий путь резания.

Рис. 3. Передняя поверхность сравниваемых сменных многогранных пластин после проведения испытаний: слева CNMG120408-SF4; справа CNMG120408-GS

Рис. 4. Вид вершин сменных многогранных пластин со стороны вспомогательной задней поверхности после проведения испытаний: вверху CNMG120408-SF4; внизу CNMG120408-GS

Можно констатировать, что уменьшение скорости резания привело к снижению температуры резания и некоторому повышению стойкости инструментов. Однако геометрия, заложенная в форме передней поверхности сравниваемых сменных многогранных пластин, не оптимальна для чистового точения, в условиях которого были проведены эксперименты.

Эксперимент №3. Более предпочтительной для чистового точения нержавеющих сталей является геометрия «НА». Для геометрии «НА», которую имеют пластины режущие сменные многогранные твердосплавные характерны большие значения положительных передних углов, чем для геометрии «GS». Следовательно, при работе СМП с такой геометрией температура резания будет ниже, что повышает стойкость инструмента.

Поэтому в эксперименте №3 оценивали износостойкость смп пластин формы CNMG120408-НА из сплава РС5300 при тех же режимах, что и в эксперименте №2. Условия и результаты эксперимента приведены в табл. 3.

t общ - общее время работы; L общ - общий путь резания.

При точении в данных условиях стабильного дробления стружки не наблюдается. Стружка дробится только на первом проходе. На 2-м и 3-м проходах образуется непрерывная спираль, диаметр которой уменьшается по мере увеличения времени работы резца, что обусловлено изнашиванием передней поверхности.

Образовавшаяся лунка износа на передней поверхности представлена на рис. 5. При этом она имеет меньшие размеры, чем лунка на СМП с геометрией «GS», образовавшейся в условиях эксперимента №2 (см. рис. 3). Это является следствием оптимальности геометрии «НА».

Тем не менее, в сравнении с износостойкостью задней поверхности, сменная многогранная пластина из сплава RS20C-3.0 сплав РС5300 уступает ему (рис. 6).

Выводы:

• 1. В результате проведенных лабораторных испытаний установлено, что при токарной обработке нержавеющей стали ЭИ654 (15Х18Н12С4ТЮ) на повышенных скоростях резания СМП формы CNMG SF4 из твердого сплава марки RS20C-3.0 по износостойкости имеют превосходство над смп пластинами формы CNMG GS из сплава РС5300 (KORLOY).
• 2. Если в производство внедряется сменная многогранная пластина формы CNMG SF4 из твердого сплава марки RS20C-3.0 необходимо ориентироваться на диапазоны t и S, обеспечивающие образование приемлемой формы стружки.
• 3. Считать целесообразным дальнейшее проведение работ по оценке эксплуатационных возможностей новых марок твердых сплавов российского производства и их внедрению на машиностроительных предприятиях РФ.

OPERATIONAL CAPABILITIES OF NEW DOMESTIC CARBIDE INSERTS IN TURNING V.V. Ivanov, A.A. Pryazhnikova

The results of laboratory experiments to assess the re-cementitious properties of the indexable insert shapes from RS20C-3.0 alloy CNMG120408-SF4 produced by "RITS GROUP". It was found that for turning stainless steel EI654 at higher cutting speeds under test plate wear resistance is superior to analog indexable plate form CNMG120408-GS alloy RS5300 (KORLOY).

Рис. 5. Передняя поверхность сменных многогранных пластин формы CNMG120408-НА после эксперимента

Рис. 6. Сравнение износа вершины сменных многогранных пластин CNMG120408-НА (слева) с износом вершины формы CNMG120408-SF4 (справа)