Исследование возможностей концевых монолитных твёрдосплавных фрез для обработки заготовок деталей, имеющих градиент твёрдости

Цель – исследовать период стойкости концевых монолитных твердосплавных фрез при фрезеровании материалов заготовок деталей с твердостью основы HRC 40 при твердости поверхностного слоя HRC 65 и выше. Для обработки заготовок использовали концевые монолитные твердосплавные четырехзубые и девятизубые фрезы; контрольные фрезы были без покрытия. На исследуемых фрезах покрытия исполнялись многослойными, наноструктурированными толщиной до 5 мкм, которые наносили методом конденсации с ионной бомбардировкой на установке серии Булат. Были изучены покрытия трех видов. Первое выполнено из карбонитрида титана и слоя нитрида титана (TiCN+TiN); второе – смеси титана с алюминием и слоя оксида алюминия, смеси нитрида титана с алюминием и слоя оксида алюминия ((TiAl)N+Al2O₃+(TiAl)N+Al₂O₃). Третий вид покрытия состоял из карбонитрида титана со слоем нитрида смеси титана и алюминия, слоев оксида алюминия и карбида титана (TiCN+(TiAl)N+Al₂O₃+TiC). Обрабатываемые заготовки имели наплавку поверхностного слоя твердостью выше HRC 61. Наплавку наносили с помощью установки дуговой сварки модели TST 350, дополненной сварочным полуавтоматом модели ПДГ0–527-4А при использовании порошковой проволоки марки ПП-АН167. Установлено, что период стойкости девятизубой фрезы без покрытия и с покрытием превышает аналогичные периоды стойкости четырехзубой фрезы. По результатам экспериментов отмечено, что на девятизубой фрезе покрытие состава TiCN+(TiAl)N+Al2O₃+TiC более рационально, и по периоду стойкости превосходит покрытие (TiAl)N+Al₂O₃+(TiAl)N+Al₂O₃ во всем диапазоне скоростей резания. Получены зависимости периода стойкости от скорости резания отдельно для концевых монолитных твердосплавных девятизубых фрез и концевых монолитных твердосплавных четырехзубых фрез с различными многослойными наноструктурированными покрытиями. По выявленным зависимостям можно установить наиболее рациональные условия эксплуатации этих фрез. Результаты исследований могут использоваться при создании технологий изготовления деталей с твердостью поверхностного слоя выше HRC 65.

1. Киричек А.В., Лазуткин А.Г., Соловьёв Д.Л. Статико-импульсная обработка и оснастка для её реализации // СТИН. 1999. № 6. С. 20–24. EDN: SGDUUH.

2. Лазуткин А.Г., Киричек А.В., Степанов Ю.С., Соловьев Д.Л. Механика нагружения поверхности волной деформации: монография. М.: Машиностроение, 2005. 150 с. EDN: QKZOGE.

3. Мокрицкий Б.Я., Мокрицкая Е.Б. Лезвийная обработка упрочненных материалов. Часть 3. Обработка заготовок деталей, упрочнённых наплавками высокой твёрдости // Упрочняющие технологии и покрытия. 2021. Т. 17. № 11. С. 495–497. https://doi.org/10.36652/1813-1336-2021-17-11-495-497. EDN: KQMJLK.

4. Мокрицкий Б.Я., Скрипилёв А.А. Управление фрезерованием высокотвердых заготовок // Вестник машиностроения. 2022. № 12. С. 72–75. https://doi.org/10.36652/0042-4633-2022-12-72-75. EDN: NIHITM.

5. Верещака А.А., Верещака А.С., Григорьев С.Н. Многослойно-композиционные наноструктурированные покрытия режущего инструмента, работающего в тяжелых условиях // Упрочняющие технологии и покрытия. 2012. № 12. С. 3–11. EDN: PUUJFF.

6. Верещака А.С., Третьяков И.П. Режущие инструменты с износостойкими покрытиями: монография. М.: Машиностроение, 1986. 192 с. EDN: PJARET.

7. Табаков В.П., Порохин С.С. Использование многослойных покрытий для повышения работоспособности режущего инструмента, работающего в стесненных условиях // Металлообработка. 2010. № 3. С. 40–44.

8. Chen Huajie, Zhou Aihui. Orbital-free density functional theory for molecular structure calculations // Numerical Mathematics Theory Methods and Applications. 2008. Vol. 1. Iss. 1. Р. 1–28.

9. Барбышев Б.В., Путилова У.С., Некрасов Р.Ю., Некрасов Ю.И., Харитонов Д.А. Механика деформирования и разрушения при резании. Т. I. Нестационарный процесс резания: монография. Тюмень: ТюмГНГУ, 2012. 212 с. EDN: SXNHSZ.

10. Кабалдин Ю.Г., Киле А.А., Тараев С.П. Разрушение твердосплавного инструмента с покрытием при прерывистом резании // Вестник машиностроения. 1991. № 7. С. 32–35. 11. Wang Nina, Zhang Guangpeng, Ren Lijuan, Pang Wanjing, Wang Yupeng. Vision and sound fusion-based material removal rate monitoring for abrasive belt grinding using improved LightGBM algorithm // Journal of Manufacturing Processes. 2021. Vol. 66. P. 281–292. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2021.04.014. EDN: TWSEFS.

11. Криворучко Д.В., Залога В.А. Моделирование процессов резания методом конечных элементов: методологические основы: монография. Сумы: Университетская книга, 2012. 496 с.

12. Григорьев С.Н., Метель А.С., Исайков А.Н., Мельник Ю.А. Осаждение упрочняющих покрытий с помощью универсальных источников ускоренных частиц и металлического пара // Упрочняющие технологии и покрытия. 2005. № 9. С. 36–40. EDN: PVJNKV.

13. Grigoriev S.N., Volosova M.A., Fedorov S.V., Okunkova A.A., Pivkin P.M., Peretyagin P.Y., et al. Development of DLC-coated solid SiAlON/TiN ceramic and mills for nickel alloy machining: problems and prospects // Coatings. 2021. Vol. 11. Iss. 5. Р. 532. https://doi.org/10.3390/coatings11050532. EDN: BSLLQF.

14. Vereschaka A.A., Mokritskii B.Ya., Sitnikov N.N., Oganyan G.V., Aksenenko A.Y. Study of mechanism of failure and wear of multi-layered composite nano-structured coating based on system Ti-TiN-(ZrNbTi)N deposited on carbide substrates // Journal of Nano Research. 2017. Vol. 45. P. 110–123. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/JNanoR.45.110. EDN: YUZOIN.

15. Vereschaka A., Oganyan M., Bublikov Yu., Sitnikov N., Deev K., Pupchin V., et al. Increase in efficiency of end milling of titanium alloys due to tools with multilayered composite nano-structured Zr-ZrN-(Zr,Al)N and Zr-ZrN-(Zr,Cr,Al) N coatings // Coatings. 2018. Vol. 8. Iss. 11. Р. 395. https://doi.org/10.3390/coatings8110395. EDN: KNRXMU.

16. Zhang Hua, Deng Zhaohui, Fu Yahui, Lv Lishu, Yan Can. A process parameters optimization method of multi-pass dry milling for high efficiency, low energy and low carbon emissions // Journal of Cleaner Production. 2017. Vol. 148. Р. 174–184. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.01.077.

17. Мокрицкий Б.Я., Верещагин В.Ю. Оценка напряженного состояния режущих элементов концевых твердосплавных составных фрез с покрытиями // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2021. Т. 25. № 4. С. 421–434. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2021-4-421-434. EDN: ODIAXA.

18. Fox-Rabinovich G.S., Yamomoto K., Veldhuis S.C., Kovalev A.I., Dosbaeva G.K. Tribological adaptability of TiAlCrN PVD coatings under high performance dry machining conditions // Surface and Coatings Technology. 2005. Vol. 200. Iss. 5–6. P. 1804–1813. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2005.08.057. EDN: LJEETH.

19. Chawla G., Kumar V., Sharma R. Neural simulation of surface generated during magnetic abrasive flow machining of hybrid Al/SiC/B4C-MMCs // Journal of Bio- and Tribo-Corrosion. 2021. Vol. 7. Iss. 4. Р. 153. https://doi.org/10.1007/s40735-021-00587-4. EDN: EMIASN.