ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ С НАГРЕВОМ –РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛА РЕЗАНИЕМ
Котельников В.И., Краснов А.О. (НГТУ, г.Н.Новгород, РФ)
In clause the questions connected to processing of metals by cutting with heating are considered.
В 2002 году на специализированных заводах России было произведено инструмента на 1500 млн. руб., или 32 % от уровня 1990 года.[1]. Наиболее часто применяемые на предприятиях виды режущего инструмента: токарные резцы, фрезы и сверла. Эти результаты соответствуют структуре мирового рынка инструментов, где, как известно, токарные инструменты составляют 22,7 %, фрезы 16,9%, сверла 24,4 % от общего объема. Доля покупного инструмента в системе инструментального обеспечения анкетированных предприятий составила более 80%. В общем объеме покупного инструмента затраты на приобретение пластин из сверх твердых материалов превышают 62%. Иностранный инструмент, производимый в Китае, Индии и ряде стран восточной Европы низкого качества и не удовлетворяет требованиям по стойкости. В России такой повышенный спрос на инструмент объясняется резким сокращением запасов инструмента, произведенного до перестройки и свертыванием производства целого ряда изделий на инструментальных заводах страны. По данным статистики объем импорта инструмента в Россию за 2002 год составил 37,1 млн. долл. США. При темпе роста импорта в 10-20 % в год [1].
Фирма ISCAR Ltd, созданная в 1952 году, поставляет на российский рынок режущий инструмент с пластинами из синтетических алмазов и кубического нитрида бора. Фирма гарантирует увеличение производительности металлообработки на 20 % при использовании данного инструмента за счет увеличения скорости резания и подачи. Такое увеличение производительности гарантирует снижение затрат потребителям на 15%, в том числе увеличение стойкости инструмента на 50% ведет к снижению затрат на 1,5% [2]. На рис.1. приведены области применения пластин из сверхтвердых материалов (СТМ).
Рисунок 1 - Области применения пластин из СТМ. Здесь PCBN –кубический нитрид бора;WC\Co-твердые сплавы
Так, например, область применения инструмента с пластинами PCBN –чистовая обработка закаленных сталей. Пластины из керамики на основе Al2 O3 применяются для обработки стали на черновых и полу чистовых операциях точения.
Высокая
стоимость пластин из спеченных порошковых карбидов и нитридов в совокупности с
необходимостью их непрерывного охлаждения большим количеством СОЖ в процессе
резания, а также сопоставимая с обычным режущим инструментом реальная
износостойкость большей части импортного инструмента, оставляет место
исследователям для поиска экономически целесообразных способов обработки
металла резанием.
На современном этапе развития техники прочность и другие характеристики конструкционных материалов для деталей машин возрастают столь быстро, что инструментальные материалы, которыми располагает производство, в целом ряде случаев не позволяет осуществить качественную механическую обработку заготовок даже инструментом с напаянными пластинами из сверх твердых спеченных материалов. К тому же, резание часто приходится вести по сварному шву, по литейной корке, при большой ширине и глубине реза. В связи с этими особенностями современного производства в металлообработке, наряду с другими методами интенсификации технологических операций, развивается направление по повышению эффективности процесса резания за счет подвода в зону резания дополнительной энергии с помощью нагрева пламенем газовой горелки. Данный технологический процесс может быть механизирован и автоматизирован [3]. Проведенные исследования способа резания нагретого до температур разупрочнения металла выявили у этого процесса следующие технологические преимущества по сравнению с обычным холодным резанием:
1. Резание с нагревом сопровождается снижением усилия резания, что благотворно сказывается на точности обрабатываемых поверхностей и снижении параметров шероховатости.
2. При резании с нагревом режущим инструментом с внутренним водяным охлаждением, стойкость этого инструмента сопоставима со стойкостью инструмента с пластинами из СТМ.
3. Резкое снижение усилия резания при «горячей» обработке металла заготовок позволяет резать с припусками в 2 –5 раз, превышающими при-пуски, выполняемые при холодной обработке заготовок.
4. Снижение силового воздействия на режущий инструмент при резании с нагревом позволяет вести обработку заготовок на повышенных скоростях резания, сопоставимых скоростям резания инструментом с пластинами из СТМ.
5 . Резание с нагревом до температур разупрочнения в снимаемом слое не изменяет структуру металла, т.е. не влияет на прочностные свойства детали.
6. Совмещенное резание с нагревом и последующим поверхностно- пластическим деформированием обработанной поверхности улучшает прочностные свойства деталей при циклически повторяющихся нагрузках.
Все выше перечисленное позволяет полагать, что повышение себестоимости изготовления деталей при резании с нагревом за счет дополнительных расходов на ацетилен и кислород окупается снижением штучного времени обработки (интенсификация режимов резания), дешевизной режущего инструмента по сравнению с холодным резанием инструментом с дорогостоящими пластинами из СТМ и повышением качества обработанной поверхности деталей.
В качестве подтверждения эффекта обработки резанием с нагревом может служить сравнение расчетов снижения себестоимости. Суммарная себестоимость (без учета амортизационных затрат) полуоси заднего моста автомобиля «Волга», обработанной холодным резанием режущим инструментом с пластинами из СТМ, составляет 1352,33 рубля за одну деталь, а обработанная резанием с нагревом резцом с пластиной Т5К10 – 1200 рублей за штуку.
Литература
1. Зеленова Н.Ф Системный подход к инструментальному обеспечению предприятий./ Зеленова Н.Ф., Зеленова Е.В./ ПРО. Январь-февраль.2004.с.3 –5.
2. Петрушин С.И. Обработка чугунов и сталей сборными резцами со сменными, многогранными пластинами./ Петрушин С.И., Грубый С.В. -Томск: Изд-во ТПУ, 2000. -156 с.
3. Котельников В.И. Повышение производительности механической обработки за счет применения резания металла с нагревом./ В. И. Котельников, А. О. Краснов./ В сб. V Международной научно- технической конференции. «Материалы и технологии ХХ1 века». -Пенза, 2007. –С.73-77.