Высокоскоростная механообработка деталей ГТД

Основы ВСО, инструмент и режимы обработки

Технология высокоскоростной механической обработки (ВСО) относится к числу наиболее прогрессивных и быстро развивающихся. Уже сегодня промышленность ведущих стран мира достаточно широко использует ВСО при скоростях резания 500…1500 м/ мин и более (табл. 1) при обработке:

пресс-форм и штампов концевыми фрезами для получения изделий, широко применяемых в автомобильной и аэрокосмической промышленности жаропрочные стали, алюминиевые сплавы, конструкционные оргпластики, армированные стекловолокном и др.;

фольгированных печатных плат (скоростное сверление), для электронной промышленности;

изделий из высокопрочных алюминиевых сплавов в аэрокосмической и автомобильной промышленности и др.

Таблица 1 Характеристики высокоскоростного резания

Например, при фрезеровании алюминия используются следующие диапазоны скоростей, м/мин:

традиционный – менее 500

высокопроизводительный – 500 ... 2500

высокоскоростной – 2500 ... 7500

сверхвысокоскоростной – более 7500.

До недавнего времени широкое применение этой технологии сдерживали: режущий инструмент, оборудование и системы ЧПУ. Сейчас эти проблемы в принципе решены. Поэтому тенденция к расширению создания и использования технологий высокоскоростной обработки носит устойчивый характер.

Высокоскоростная механическая обработка (HSM – High Speed Machining) и высокоскоростное фрезерование (HSM – High Speed Milling), в частности, в последние годы существенно изменили подход к методам механообработки. Решающим фактором в оценке процесса HSM-обработки является производительность станков, что определяет стоимость производства и повышение качественных характеристик процесса обработки.

Рис. 1. Кривые Соломона. Зависимость сил резания от скорости резания

1. Высокоскоростная обработка

Теоретическим обоснованием высокоскоростной обработки являются так называемые кривые Соломона (рис. 1), которые показывают снижение сил резания в некотором диапазоне скоростей.

Еще в конце 20-х годов прошлого века Герман Соломон, изучая процессы резания циркульными пилами, сделал вывод, что температура резания зависит от скорости не монотонно, а имеет определенный экстремальный характер. Этой зависимостью он объяснил достигнутые им в опытах очень высокие скорости резания (до 16500 м/мин).

В последующие годы изучением этого вопроса занимались многие ученые, в их опытах на баллистических установках были зафиксированы гораздо более высокие скорости резания (Кузнецов, 1947 г., 50000 м/мин; Кроненберг, 1958 г, 72000 м/мин; Арндт, 1972 г., 132000 м/мин) и предложены физические и математические модели, объясняющие этот эффект.

Применительно к фрезерованию впервые эффект ВСО был реализован в 1979 г. в Техническом университете Дармштадта (Германия), где с использованием шпинделя на магнитных подшипниках была достигнута скорость резания 4700 м/мин. Группой сотрудников университета под руководством профессора Г. Шульца была предложена теория процессов ВСО и изучена возможность промышленного внедрения этого эффекта [2]. Физическая природа высокоскоростного резания хорошо объясняется и российскими учеными на основе фундаментальных закономерностей процесса стружкообразования и изнашивания под влиянием высоких скоростей.

Одним из важных факторов при ВСО является не только снижение величины крутящего момента в зоне высоких скоростей, но и перераспределение тепла в зоне резания. ............