1270

Рис. 148. Характер изменения микротвердости образца на выходе (а) и на входе (б) зуба протяжки (ХН35ВТЮ-ВД, V = 2 м/мин,

Sz = 0,1 мм/зуб) (0,03 м/с)

271

тура заусенца представляет собой пластически деформированную зону со сквозным наклепом. Безусловно, наличие такой мощной пластически деформированной зоны, которую нужно разорвать на две части (одна уходит со стружкой, другая превращается в заусенец) является существенным препятствием для движения режущего зуба протяжки и вызывает резкий рост сил резания и напряжений в режущем клине протяжки в момент выхода зуба из детали.

На рис. 149 представлены фотографии износа зубьев протяжек из ВК8 после различного числа резов. Установка чугунной подкладки позволила сделать 800 резов сплава ЭП109-ВД на скорости 20 м/мин с подачей 0,06 мм/зуб. Без подкладки удалось сделать не более 40 резов, и зубья протяжки выкрошились, т.е. стойкость протяжек снизилась в 20 раз. На графиках износа видно, что использование чугунных подкладок под образец при протягивании другого сплава ЭИ787-ВД действительно повышает стойкость более, чем в 10 раз.

Эти исследования подтверждаются результатами расшифровки и анализа тензограмм усилий упругопластических деформаций от действия осевой Рz и радиальной Ру сил резания в момент входа и выхода зуба протяжки из детали (рис. 150, 151) без подкладки и с установкой чугунной подкладки.

Установлено, что применение чугунной подкладки со стороны выходного торца деталей снижает напряжения от осевого усилия Рz в момент выхода с 150 кН до 40 кН, т.е. в 3,75 раза (см. рис. 151). Соответственно, снижаются и напряжения растяжения на передней поверхности зуба протяжки. Усилия резания Рz, возникающие в момент врезания (входа) зуба протяжки, в 10–15 раз меньше, чем усилия Рz при выходе. Значения усилий резания Рz при входе зуба протяжки практически не зависят от установки подкладки со стороны опорного торца детали. Следовательно, и упругопластические деформации в краевой зоне в момент выхода протяжки из заготовки значительно превосходят напряжения в момент врезания.

Аналогичный характер имеет и распределение упругопластических деформаций под действием радиальной силы резания Ру (см. рис. 149, 150). Установка опорной чугунной подкладки уменьшает

272

Рис. 149. Характер износа зубьев протяжек после различного числа резов: ВК8 – ЭП109ВД

γ = 0°; α = 6°; Sz = 0,06 мм/зуб; V = 20 м/мин

усилия Ру на выходе с 65 до 42 кН, т.е. в 1,5 раза. Это также способствует снижению напряжений в режущем клине зуба протяжек и уменьшению вероятности хрупкого разрушения протяжек, что под-

273

Рис. 150. Зависимость напряжений в краевых зонах заготовки от действия осевой Pz и радиальной Py сил резания при врезании, установившемся процессе стружкообразования и выходе с образованием заусенца (ХН35ВТЮ,

ВК8, V = 26 м/мин, Sz = 0,06 мм/зуб, B = 5 мм)

тверждается результатами стойкостных испытаний твердосплавных протяжек при протягивании жаропрочных сплавов ЭП109-ВД и ЭИ787-ВД.

Таким образом, доказано преимущественное влияние на хрупкое разрушение твердосплавных протяжек неблагоприятных условий выхода и высокая эффективность нового метода повышения хрупкой прочности твердосплавных протяжек за счет установки опорных подкладок с выходного торца детали для создания непрерывности резания в момент выхода зуба протяжки из детали. Для реализации

274

Рис. 151. Изменение осевой Pz и радиальной Py силы резания при врезании, установившемся процессе стружкообразования и выходе через дополнительную чугунную подкладку без образовании заусенца

(ХН35ВТЮ, ВК8, V = 26 м/мин, Sz = 0,06 мм/зуб, B = 5 мм)

этого нового метода в серийном производстве деталей ГТД потребовалось уточнить параметры самой опорной подкладки: из какого материала, какой твердости, какая толщина подкладки и т.д. Для этого были проведены исследования протягивания с различными материалами подкладок (чугун, бронза, титановый сплав, углеродистая сталь). Наименьшие усилия и температуру резания вызывает при протягивании применение для подкладок хромистого и поршневого чугуна. Применение бронзы, титанового сплава, так же, как и чугуна, приводит к смещению основной стружки относительно режущей кромки, но эти материалы намного дороже, чем чугун. Поэтому нами выбран для опорных подкладок серый чугун марки СЧ 21-40.

275

С целью выбора оптимальной твердости применяемой подкладки проведены исследования интенсивности износа протяжек hо.з.л в зависимости от твердости чугунной подкладки HBч.

Изменение твердости подкладки производилось путем подбора режимов термообработки чугунных заготовок в пределах от 150 до 400 ед. НВ.

Для исследования были выбраны три жаропрочных деформируемых сплава на никелевой основе, отличающихся твердостью:

ЭИ437БУ-ВД (НВ 300), ЭП109-ВД (НВ 380) и ВЖ122 (НВ 444). Про-

тягивание производилось твердосплавными протяжками ВК8 на оптимальных режимах резания с установкой со стороны выходного торца чугунных подкладок различной твердости.

В результате исследований впервые установлен экстремальный характер зависимости интенсивности износа протяжек hо.з.л от твердости опорной чугунной подкладки НВч (рис. 152). С увеличением твердости чугунной подкладки НВч интенсивность износа протяжек hо.з.л сначала уменьшается, достигает минимума hо.з.л min при оптимальном значении твердости НВо и затем возрастает. Сравнивая значения твердости НВo чугунной подкладки для каждого обрабатываемого материала с твердостью заготовки самого обрабатываемого материала НВзаг, находим следующие соотношение:

Для сплава ЭИ437БУ-ВД (НВ 300) оптимальная твердость опорной чугунной подкладки НВо составляет 225 ед., для сплава ЭП109-ВД (НВ 380) НВо = 290 ед., а для сплава ВЖ122 (НВ 444)

НВо = 325 ед.

Экстремальный характер зависимости hо.з.л = f (НВ)ч объясняется действием двух факторов. С одной стороны, с увеличением твердости чугунной подкладки усиливается противодействие пластической деформации образования заусенца на торце детали, что снижает интенсивность износа. С другой стороны, с увеличением твердости подкладки усиливается действие истирающего фактора абразивного износа протяжек. В первоначальный момент с увеличением твердости

276

Рис. 152. График зависимости интенсивности износа протяжек hо.з.л от твердости опорной чугунной подкладки НВч для различных жаропрочных сплавов

ЭИ437Б, НВ 300, Vо = 30 м/мин; ЭП109-ВД, НВ 380, Vо = 20 м/мин; ВЖ122, НВ 444, Vо = 14 м/мин

подкладок от НВ 153 до НВо превалирует действие первого фактора. Интенсивность износа hо.з.л снижается до hо.з.л min при НВо, достаточной для полного противодействия прцессу пластического выдавливания заусенцев. При дальнейшем увеличении твердости подкладки НВч > НВо прирост действия первого фактора снижается. Начинает превалировать действие второго истирающего фактора. Увеличение толщины чугунной подкладки и одновременное увеличение ее твердости еще более усиливает действие истирающего фактора. Оптимальной толщиной чугунной подкладки, достаточной для предотвращения поломки, согласно расчету на прочность, является толщина 15…20 мм. Чтобы уменьшить износ протяжек, необ-

277

ходимо снизить толщину подкладки, имеющей высокую твердость. Поэтому предложен второй вариант установки подкладок в виде двух подкладок различной толщины и твердости.

На данный новый метод протягивания получено авторское свидетельство № 1077722. Основная подкладка небольшой толщины имеет оптимальную для данного материала твердость НВо = (0,7…0,8)НВзаг, адополнительная накладка толщиной 10…15 мм имеет пониженную твердость (0,7…0,8)НВо, что обеспечивает дополнительное снижение интенсивности износа протяжек (см. рис. 152) и предотвращает поломку тонкой основной подкладки. Схема установки таких подкладок показананарис. 153.

Оптимальное значение толщины основной твердой чугунной подкладки определяется из условия сопротивления ее смятию под действием удельной силы резания Рz уд = 600 Sz, кг/мм2, по формуле

где b1 – толщина основной подкладки в мм; Sz – подача на зуб, мм/зуб; [σсм] – допускаемое напряжение смятия, кг/мм2; K – коэффициент, учитывающий запас прочности подкладки.

В результате расчета толщина первой подкладки составляет 1…2 мм. Толщина второй, более мягкой, подкладки составля-

ет 15…20 мм.

Применение двух опорных подкладок способствует более плавному снижению сил резания и температуры контакта. Установка третьей и последующих дополнительных подкладок не дает существенного эффекта по повышению надежности и стойкости протяжек.

Протягивание с применением опорных подкладок имеет еще два важных преимущества. Во-первых, исключается образование заусенцев, следовательно, резко сокращается трудоемкая ручная работа по их удалению. Особенно это важно при удалении заусенцев в «елочных» пазах дисков турбин. Острые кромки легче заполировываются механическим методом.

278

нужной твердости и устанавливались в опорное приспособление. Протягивание паза в диске и в чугунном кольце производилось одновременно и непрерывно за проход протяжки.

При протягивании замков лопаток из различных сталей и сплавов установка опорных подкладок оказалась весьма трудоемкой и нерациональной. Поэтому был разработан, исследован и внедрен новый метод снижения неблагоприятных условий выхода протяжки из детали. Было предложено в процессе изготовления заготовок лопаток (литье или штамповка) образовывать фасочные уклоны со стороны опорного торца деталей. Величина фасок обычно равна величине снимаемого при протягивания припуска (рис. 154). Оптимальный угол фасок 30° выбран исходя из условия обеспечения наибольшей стойкости L, наименьшей интенсивности износа hо.з.л и наименьшей величины заусенцев на выходном торце деталей.

Рис. 154. График изменения стойкости L и схема образования скосов на торце заготовки со стороны выхода протяжки с различными углами ЭИ787-ВД, Vo = 30 м/мин, Sz = 0,02 мм/зуб, ВК8, hз = 0,2 мм

280