Abstract

Abstract

This work describes the endurance tests of end mills with HCN, HCS, DCL coating as well as synthetic diamond coating. There was made a comparison analysis on the wear rate of the tool cutting edge.

Full Text

В настоящее время процесс механической обработки углерод-углерод композиционных материалов (УУКМ) практически не изучен. Параметры обработки в большой степени зависят от свойств обрабатываемого материала (химический состав, армирование, плотность, пористость и т.п.). Износ инструмента зависит от триботехнических, химических и адгезионных процессов, протекающих в зоне контакта режущей кромки и заготовки [1]. Для эффективной обработки УУКМ материалов в настоящее время используются твердосплавные режущие инструменты с упрочняющими покрытиями. УУКМ – это композиционные материалы, в матрицу которых вводят углеродный наполнитель (углеродное волокно или углеродная ткань). В современных УУКМ в качестве матрицы используют различные модификации углерода: кокс, полученный в результате высокотемпературного отжига отвержденных термореактивных смол; пиролитический углерод – продукт разложения углеродсодержащих соединений на горячих поверхностях; комбинацию кокса и пироуглерода; углерод, модифицированный карбидо- и нитридообразующими элементами [2]. Примером УУКМ может служить «Углекон», получивший применение во многих отраслях машиностроения (подшипники скольжения, работающие при высоких температурах и скоростях в агрессивных средах). На материале «Углекон-Т» были проведены испытания торцевых фрез с пленочными алмазными покрытиями и торцевой фрезы с напыленным синтетическим алмазом (табл. 1). «Углекон-Т» – армированный углерод-углерод композиционный материал на основе углеродной ткани. Таблица 1 Исходные данные испытываемых фрез № п/п Фреза Диаметр, мм Покрытие Фирма/странапроизводитель 1 Концевая радиусная твердосплавная 10 DLC Cerin, Италия 2 Концевая радиусная твердосплавная 10 HCN «Скиф-М», Россия 3 Концевая радиусная твердосплавная 10 HCS «Скиф-М», Россия 4 Концевая торцевая 10 Синтетический алмаз АС 32 D151 Работа выполнялась на обрабатывающем центре MIKRON на образцах материала «Углекон-Т» 200×230×40 мм, свойства материала: Плотность, кг/м3 1300–1600 Предел прочности на сжатие, МПа 95–150 Предел прочности на растяжение, МПа 55–120 Модуль упругости при растяжении, МПа·10–4 1,0–1,5 Теплопроводность 4,0–25,0 Удельное электросопротивление, Ом·мм2 при Т = 20 °С 30,0–50,0 Коэффициент трения, не более 0,15 Согласно методическим указаниям ОАО «ВНИИинструмент» для режущих инструментов, оснащенных элементами из сверхтвердых материалов типа синтетического алмаза и кубического нитрида бора, за критерий износа принимают hз = 0,4 мм (общий износ задней поверхности) [3]. При этом показателе обеспечивается определенная стойкость инструмента (в минутах) и качество обработки применительно к группе материалов. В принятых методическими указаниями группах материалов аналогов углерод-углерод композиционным материалам, в частности «Углекон-Т», нет. Режимы резания приведены в табл. 2. Таблица 2 Режимы резания и результаты испытания концевых фрез (материал «Углекон-Т») Инструмент n, об/мин V, м/мин S, мм/мин S', мм/об t, мм tбок, мм Lреза, мм hз, мм hшир, мм T, мин DLC-радиусная фреза, Ø 10 мм 3000 94,2 500 0,16 0,5 3,0 14 950 0,1–0,25 ~0,02 33,34 HCN-радиусная фреза, Ø 10 мм 3000 94,2 500 0,16 0,5 3,0 14 950 0,25–0,3 ~0,02 33,34 HCS-радиусная фреза, Ø 10 мм 3000 94,2 500 0,16 0,5 3,0 14 950 0,4 0,05–0,02 33,34 Алмазный порошок – концевая, Ø 10 мм 3000 150,7 700 0,23 0,2 0,7 34 500 Общего износа не зафиксировано 63,20 Примечание: n – число оборотов шпинделя, об/мин; V – скорость вращения шпинделя, м/мин; S – подача, мм/мин; S' – подача, мм/об; t – глубина резания, мм; tбок – ширина резания, мм; hз – износ задней поверхности, мм; hшир – ширина передней поверхности, мм; T – период стойкости инструмента, мин. Из табл. 2 видно, что характер износа фрез абразивный для всех упрочняющих покрытий, разница лишь в величине этого износа. Из концевых твердосплавных радиусных фрез наибольшую стойкость показала фреза с алмазоподобным покрытием DLC. Износ при времени работы от 33,34 мин составил 0,10–0,25 мм, что позволяет использовать ее далее. Твердосплавные фрезы с алмазоподобным покрытием HCN, HCS показали средние результаты. При времени работы от 33,34 до 60,30 общий износ задней поверхности составил 0,25…0,4 мм. Лучший результат показала фреза с нанесенным покрытием с алмазным порошком, при времени работы 63,20 мин общего износа не обнаружено, лишь при увеличении ×100 видны отдельные незначительные площадки износа выступающих из связки зерен алмаза и отрыв зерен алмаза от связки. Сделаем следующие выводы: 1. Исходя из проведенных испытаний твердосплавных фрез разных производителей с различными покрытиями, можно сделать вывод, что наиболее износостойки фрезы с алмазоподобным покрытием DLC. 2. На лезвийном инструменте (покрытия HCN, HCS и DCL) износ наблюдался лишь по задней поверхности, по передней поверхности износ практически не наблюдался. 3. Инструмент с нанесенным покрытием с алмазным порошком показал самые лучшие результаты, поэтому необходимы дальнейшее испытания на критический износ, контроль качества и геометрии детали и последующее внедрение этого покрытия в производство.