Высокопроизводительная обработка титановых и жаропрочных сплавов возможна только на высокопроизводительном оборудовании. Пример станка для обработки титана – вертикально-фрезерный высокоскоростной станок с ЧПУ мод. ФП-27ТС производства Савёловского машиностроительного завода.
Использование титановых сплавов и композиционных материалов (КМ) в аэрокосмической промышленности стремительно растёт. Современные летательные аппараты по массе в среднем содержат около 16% композитных материалов и 9% титановых сплавов. Титан намного лучше алюминия соединяется с КМ и на 60% увеличивает срок жизни летательных аппаратов. К высокой прочности добавляется и свойство незначительных деформаций при температурных изменениях, что повышает размерную стабильность конструкций.
Несмотря на все положительные свойства, у титана есть недостаток: из-за своей прочности титан и его сплавы относятся к труднообрабатываемым материалам. Времени на их обработку затрачивается в 10–12 раз больше, чем на обработку алюминия. К тому же титановые материалы нагреваются в процессе обработки и склонны к склеиванию (наростообразованию) и разъеданию лезвия инструмента. По сравнению с обычными материалами, для его обработки требуются другие условия, например по норме на шпиндель приходится только 0,1 объёма стружки по сравнению с алюминием, а стойкость инструмента колеблется в диапазоне от нескольких минут до 2 часов.
Пример станка для обработки титана – вертикально-фрезерный высокоскоростной станок с ЧПУ мод. ФП-27ТС производства Савёловского машиностроительного завода (рис. 1).
Он создан на базе вертикально-фрезерного станка мод. ФП-27, отличающегося высокой жёсткостью конструкции. Новая модель предназначена для высокоскоростной программной обработки сложных фасонных поверхностей корпусных деталей типа балок, кронштейнов, лонжеронов, изготавливаемых из высокопрочных титановых и труднообрабатываемых жаропрочных сплавов с применением высокопроизводительного инструмента на повышенных режимах резания. Станок позволяет фрезеровать торцевыми и концевыми фрезами, сверлить, зенкеровать, растачивать отверстия и нарезать резьбу.
Главный привод – шпиндельная головка (до 4000 об/мин) производства ООО «СМЗ» с асинхронным электродвигателем фирмы Siemens в комплекте с планетарным двухступенчатым редуктором фирмы ZF (Германия). В качестве приводов подач – асинхронные сервомоторы с планетарными безлюфтовыми редукторами, высокоточными шариковыми винтовыми парами (ШВП) и линейными датчиками обратной связи, установленными на всех координатах Х, У, Z.
Одноосевая шпиндельная головка, установленная на станке,– самая мощная головка на ООО «СМЗ» (рис. 2).
Конструкция головки позволяет вести высокопроизводительное силовое фрезерование, характерное для обработки титановых и жаропрочных сплавов, обеспечивая высокую жёсткость, динамику и виброустойчивость. Станок оснащён контактной измерительной системой контроля состояния инструмента и детали фирмы Renishaw, стандартным инструментальным магазином дискового типа на 12 позиций с манипулятором смены инструмента.
В качестве системы управления станком используется УЧПУ Sinumerik 840D.
Станок имеет II класс точности по ГОСТ 8-82 и размеры рабочего стола 2000– 1000 мм. Обеспечивает рабочее пространство XYZ (2000 × 1000 × 500 мм соответственно) и может обрабатывать до 2000 кг (вес заготовки с приспособлением) при собственном весе 23 т, обеспечивая высокую жёсткость даже при предельных режимах обработки. Высокая производительность обеспечивается также благодаря обильному охлаждению под высоким давлением (рис. 3).
Помимо особых требований к станку для обработки титана, высокие требования предъявляются к инструменту. Титан не может унести со стружкой тепло процесса резания, и это приводит к образованию раскалённой зоны с термической перегрузкой лезвия инструмента. Стойкость инструмента колеблется в диапазоне от нескольких минут до 2 часов. Реализуемые скорости резания при черновом фрезеровании составляют 40–80 м/мин и при чистовом 90–120 м/мин (рис. 4).
По инструменту ставка делается в большей степени на инструмент со сменными режущими пластинками из твёрдого сплава. Отечественный производитель режущего инструмента ООО «СКИФ-М» (Белгород) выпускает широкую гамму фрез и пластин, в том числе для фрезерования высокопрочных титановых сплавов ВТ22 и ВТ23 отечественного производства и Ti 10.2.3. и Ti 5.5.5.3 зарубежного. Интенсивные испытания, проводимые «СКИФ-М» совместно с заказчиками в области повышения производительности чернового фрезерования высокопрочных титановых сплавов, позволили достичь значительных результатов при обработке крупногабаритных поковок.
Кроме правильного выбора конструкции и размеров фрез, существенное влияние на результаты оказывает схема обработки. Общим правилом является исключение или, в крайнем случае, минимизация встречного фрезерования. Особо это относится к фрезам диаметром больше 50 мм, где динамическое упрочнение титана многократно сокращает стойкость режущей кромки. При испытаниях достигнута производительность обработки титанового сплава Q = 500 см3/мин, и это не предел!
Планируется создание гаммы станков на базе вертикально-фрезерных станков с ЧПУ мод. ФП-7, 17; продольно-фрезерных станков с ЧПУ мод. ФП-93, ВФ-3ВС и создания на этой базе пяти осевых станков.
ООО «СМЗ»
171505, Россия, Тверская обл.,
г. Кимры, ул. 50 лет ВЛКСМ, д. 11Б
Тел. 8-800-700-6205
E-mail: post@smz-stanki.ru, http://smz-stanki.ru
