Сверление термоустойчивой литой нержавеющейстали DIN 1.4848, используемой для корпуса турбонагнетателя

doi:10.22227/1997-0935.2013.11.132-140

Современные турбонагнетатели — важный инструмент снижения расхода топлива в существующих двигателях и двигателях, которые еще будут сконструированы. Уменьшение кубатуры и объема двигателя при одновременном увеличении его мощности, уменьшении расхода топлива и значительном снижении выброса CO возможно исключительно при использовании современной технологии турбо-нагнетателя и систем впрыска топлива [1]. Температура в корпусе турбонагнетателя достигнет 1050 °C, поэтому для корпуса необходимо использовать аустенитную литую сталь, такую как 1.4848. Технологии сверления и резьбонарезания для этого материала достаточно сложны [5].Условия проведения экспериментаИспользованный для эксперимента материал — это высоколегированная аустенитная листовая литая сталь, в соответствии со стандартами немецкого издания Европейского комитета по стандартизации DIN EN 10295 имеющая номер 1.4848 (GX40CrNiSi25-20). Пробные проходы были выполнены при помощи ЧПУ типа CNC SPINNER MVC 610. Испытания на сверление были произведены с подачей СОЖ через внутренний канал (20 бар) и эмульсионной СОЖ (7—8 %). Продольная сила и крутящий момент при сверлении измерялись осевым динамометром Kistler 4 9272. Все сверла были закреплены методом горячей посадки с использованием SECO epb 186242 с минимальным радиальным биением, составившим менее 3 мкм.Результаты экспериментаИнструменты. Было использовано 9 различных сверл из твердого карбида по стандартам DIN EN 6537 HA, короткий режим выполнения (3×Dc), Dc = 6,8 мм с подачей СОЖ через внутренний канал. Несмотря на единые технические требования к поставщикам инструментов, были предоставлены фундаментально разные геометрические параметры инструментов (макрои микрогеометрия). Существует три вида главной режущей кромки: вогнутая, выпуклая и прямая. Также микрогеометрия сверл различна (радиус режущей кромки и угол). На некоторых сверлах главная режущая кромка закруглена (можно обнаружить различный радиус), с гранями или же практически острая, без вылета и граней. На одном из сверл угол подъема винтовой резьбы снижен до 5°, чтобы стабилизировать главную режущую кромку. Угол сверла — самая ответственная часть сверла. Если радиус или грань небольшие, эта часть может быть стабилизирована. Чтобы увеличить срок эксплуатации инструмента, все сверла имеют твердое покрытие, нанесенное методом осаждения из паров (полислой на основе TiAlN и дополнительный слой AlCrN. Одно сверло покрыто полислоем AlCrN).Данные для расчета режимов резания и условия проведения эксперимента. Для проверки срока службы инструмента были сделаны несквозные отверстия глубиной 21 мм с учетом данных, предложенных поставщиками инструментов (предельная скорость vc = 60 м/мин, f = 0,12 мм). Каждое сверло было испытано примерно на 1000 отверстий или же сменялось другим по достижении состояния износа или при поломке.Продольная сила и крутящий момент. Все сверла продемонстрировали относительно постоянную продольную силу. Даже с увеличенным сроком службы инструмента замечено совсем незначительное увеличение в крутящем моменте. Инструменты с различной геометрией обнаружили значительное различие в продольной силе и крутящем моменте. Наименьшее значение продольной нагрузки составило примерно лишь 750…800 N, тогда как наивысшее значение достигло примерно 1.300…1.400 N, т.е. фактически вдвое выше. Низкое значение продольной силы является по большей части результатом утончения в центре сверла и очень маленьким радиусом режущей кромки (сверло 2). Сверло с выпуклой режущей кромкой и более большим радиусом кромки производит более высокую продольную силу (сверло 4). Эти сверла так же быстрее изнашивались и имели более короткий срок службы.Маленькая режущая кромка хорошо работает при сниженном крутящем моменте. Она уменьшает трение между сверлом и отверстием и снижает риск наростов на режущей кромке. Наросты на режущей кромке сверла обычно ведут к увеличенному крутящему моменту. Благодаря заостренной режущей кромке (сверло 2) эмульсионная СОЖ может проникать между сверлом и отверстием и таким образом снизить трение и крутящий момент.Износ инструмента. Большинство испытанных сверл продемонстрировали постоянное увеличение износа по сравнению со сроком службы инструмента. Износ инструмента характеризуется абразивным износом в виде зазора, нароста на главной режущей кромке и посередине инструмента и абразивным износом на передней поверхности и угловой грани.Некоторые сверла обнаружили скорое скалывание в своей центральной части (сверло 9, сверло 5). В результате этого увеличивается радиальная сила и риск поломки инструмента.У всех инструментов самый значительный износ обнаружен на углу режущей кромки. Даже инструменты с выпуклой режущей кромкой (сверло 3) обнаружили сильный абразивный угловой износ. Износ режущей кромки и зазоры провоцируют увеличение в крутящем моменте (примерно 2,5 Нм в начале эксперимента и примерно 3,1 Нм в конце срока службы инструмента).С увеличением срока службы инструмента заметен абразивный износ и нарост на режущей кромке (сверло 1, сверло 8). В случае с более маленькой режущей кромкой и ступенчатой шлифовкой (сверло 2) нарост на кромке меньше, и также может быть снижен абразивный износ.В связи с относительно постоянным износом инструмента можно заново отшлифовать все дрели после окончания «первого срока службы». Также возможно определить износ по увеличению продольной силы и крутящего момента. Увеличение обоих параметров меньше 150 % в сравнении с изначальными.Выводы. Для механообработки термоустойчивой литой нержавеющей стали1.4848 рекомендуются определенные формы сверл. С целью снижения продольной силы и крутящего момента, более медленного изнашивания инструмента и увеличения продолжительности его службы следующие формы имеют ряд преимуществ: вогнутая или прямая режущая кромка с маленьким радиусом уменьшает параметры процесса обработки и увеличивает срок службы. Уменьшение угла наклона спирали до 5° в сочетании с прямой острой режущей кромкой маленького радиуса так же демонстрируют хорошие результаты. Выпуклая основная режущая кромка и большой радиус кромки, либо же ярко выраженные грани вызывают более высокие значения силы и крутящего момента в сочетании с более сильным угловым износом. Подобная форма не рекомендована для механообработки1.4848. Для стабилизации угловой режущей кромки эта часть сверла должна быть слегка закруглена или произведена с небольшой гранью. Маленькая режущая кромка и ступенчатая шлифовка имеют преимущества по сравнению с более широкими кромками с непрерывным переходом за счет уменьшения трения и более низкой тенденцией к холодной сварке и наростам на кромке. В процессе эксперимента не было обнаружено значительных различий между разными покрытиями методом осаждения паров.

ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ.МЕХАНИЗМЫ И ОБОРУДОВАНИЕ

Сверление термоустойчивой литой нержавеющейстали DIN 1.4848, используемой для корпуса турбонагнетателя