ЕФЕКТИВНІСТЬ ФІНІШНОГО ФРЕЗЕРУВАННЯ ЗАГАРТОВАНИХ СТАЛЕЙ ІНСТРУМЕНТОМ З ПОЛІКРИСТАЛІЧНОГО КУБІЧНОГО НІТРИДУ БОРУ

Анотація

У статті представлено результати дослідження ефективності процесу фінішного торцевого фрезерування загартованої сталі 4Х5МФС інструментом, оснащеним полікристалічним кубічним нітридом бору (ПКНБ) групи BL і  BH без покриттів та із зносостійкими покриттями. Фінішне торцеве фрезерування загартованих сталей є одним із ключових технологічних процесів у сучасному машинобудуванні, зокрема у виготовленні штампів, прес-форм, ріжучого та формуючого інструменту тощо. Застосування ПКНБ, як інструментального матеріалу дозволяє суттєво підвищити ефективність обробки, забезпечуючи стабільність процесу та отримання високої якості обробленої поверхні виробів. Авторами досліджено вплив геометричних параметрів ріжучої пластини, зокрема від’ємних кутів фаски -20° і -25° на формування мікрорельєфу поверхні після торцевого фрезерування загартованої сталі 4Х5МФС. Експериментальні дослідження показали, що при обробці інструментом з фаскою -25° (ріжуча пластина DBS900) шорсткість поверхні була нижчою (Ra < 0.3 мкм), ніж при обробці інструментом з фаскою -20° (ріжуча пластина CBN200), що пов’язано з більш рівномірним розподілом навантаження, зменшенням мікровідколів та більш стабільним процесом. Досліджено вплив подачі на якість обробленої поверхні загартованої сталі 4Х5МФС після торцевого фрезерування інструментом із ПКНБ та виявлено, що при збільшенні подачі з 0.1 мм/зуб до 0.125 мм/зуб шорсткість поверхні зменшилася (Ra = 0.3 мкм, Ra = 0.34 мкм). Це пояснюється тим, що при меншій подачі товщина зрізу може бути близькою до мінімальної товщини стружки, що спричиняє ефект ковзання інструмента по матеріалу замість простого зрізання, викликаючи мікродеформації та погіршення шорсткості. Окремо розглянуто формоутворення залишкових напружень поверхневого шару, зокрема отримано результати впливу покриття TiSiN на формування залишкових напружень у поверхневому шарі. Дослідження показали, що інструмент без покриття створює розтягувальні залишкові напруження, тоді як інструмент із покриттям TiSiN формує стискуючі напруження. Це пояснюється тим, що покриття зменшує коефіцієнт тертя, що знижує локальне нагрівання поверхні та мінімізує пластичні деформації, що сприяє утворенню стискальних напружень, які підвищують довговічність деталі. Отримані результати підтверджують ефективність застосування ріжучих пластин із ПКНБ для фінішного торцевого фрезерування загартованої сталі 4Х5МФС. Використання ріжучих пластин з фаскою -25° та покриттям TiSiN дозволяє досягти нижчої шорсткості обробленої поверхні та формувати сприятливі стискуючі залишкові напруження, що підвищує експлуатаційну надійність деталей та довговічність. За допомогою поліноміальної регресії визначено коефіцієнт кореляції (0.95) в математичній моделі процесу торцевого фрезерування, зокрема встановлено вплив параметрів різання на передбачувані показники шорсткості поверхні, які в результаті були порівняні з даними, що отримані при експериментальних дослідженнях.