103 / 457
Современные технологии и автоматизация в машиностроении
103
УДК 621.9
Особенности изготовления нежестких деталей при
высокоскоростной обработке заготовок из
труднообрабатываемых материалов на станках с ЧПУ
Киселев Е.С.
а
, Стрельцов П.А., Назаров М.В.
Ульяновский государственный технический университет, ул. Северный Венец, 32, Ульяновск, Россия
а
kec.ulstu@mail.ruКлючевые слова:
высокоскоростная обработка, труднообрабатываемые материалы, нежест-
кие детали, технологические остаточные напряжения, угловые и линейные размеры, тепловые про-
цессы, технологическая наследственность
Существует тенденция к увеличению объема нежестких деталей с тонкими стенками, сложной про-
странственной формы. С целью сохранения прочностных и термодинамических характеристик такие детали
часто изготовляются из труднообрабатываемых материалов с низкой теплопроводностью. Детали такого
типа чаще всего обрабатывают по технологии высокоскоростной лезвийной обработки на станках с ЧПУ.
Представлены результаты исследований по повышению качества изготовления нежёстких деталей сложной
пространственной формы путем совершенствования управляющей программы за счет оптимизации режимов
резания и последовательности выполнения технологических операций для станков с числовым программным
управлением с учетом явления технологической наследственности. Для уменьшения продолжительности тех-
нологического цикла и сокращения трудоёмкости изготовления нежёстких деталей предложено использовать
дополнительные технологические операции (переходы) ультразвуковой релаксации технологических остаточ-
ных напряжений твёрдосплавным полосовым индентором.
По ряду причин, во многих современных производствах увеличивается объем изготовления
нежестких металлических деталей с тонкими стенками, сложной пространственной формы [1]. В со-
ответствии с ГОСТ 55145-2012, нежесткая деталь – это деталь, деформации которой в свободном со-
стоянии превышает указанные на чертеже размерные и/или геометрические допуски. При этом, сво-
бодное состояние - состояние. при котором на деталь действует только сила тяжести.
Такие детали (в том числе - с ажурными стенками) для сохранения прочностных и термоди-
намических характеристик часто изготовляются из труднообрабатываемых материалов с низкой теп-
лопроводностью. В качестве основных материалов для них используются труднообрабатываемые
коррозионностойкие и жаропрочные стали, а также сплавы на основе титана и никеля. Так, доля ти-
тановых и жаропрочных сплавов в конструкции авиационных двигателей четвертого поколения ещё
на 2006 год составляла порядка 89 % [1]. Как правило, нежесткие детали отличаются высокими тре-
бованиями к точности линейных и угловых размеров. Все это обуславливает низкую динамическую
жесткость самой заготовки в процессе изготовления детали. Большие деформации при обработке,
понижение качества поверхностного слоя, вызывают необходимость введения в технологический
процесс изготовления таких деталей операции термической стабилизации для создания заданного
уровня физико-механических свойств поверхностного слоя (ПС) заготовок, как правило, используют
отпуск или старение – для снятия остаточных напряжений, частичную или полную аустенитизацию –
для регулирования фазового состава. Однако, достаточно часто это не дает ожидаемых результатов
или в несколько раз увеличивает цикл обработки заготовок и себестоимость изготовления готовой
продукции.
Основными причинами, вызывающими возникновение погрешностей геометрических пара-
метров деталей, являются деформации технологической системы, в частности деформации, вызван-
ные технологическими остаточными напряжениями (ТОН), возникающими в результате действия сил
резания на обрабатываемую поверхность заготовки, тепловых процессов в зоне резания, а также не-
достаточных значений динамических характеристик рабочих органов станка (динамической жестко-
сти технологической системы). Уменьшать уровень ТОН можно как сразу после окончательной обра-
ботки заготовки, обычно являющейся наиболее теплонапряженной, так и в ходе всего технологиче-
Исследования выполнены в рамках работ по гранту РФФИ №15-48-02633