Технология механической обработки осадочно-упрочняемого бериллиевого бронзового сплава C17200

Реферат:

В данной статье представлена технология механической обработки осадочно-упрочняемого бериллиевого бронзового сплава C17200. Рассматриваются особенности резания C17200, выбор режущих инструментов, геометрия инструмента, режимы резания, выбор смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), а также методы фрезерования и сверления. На основе накопленного практического опыта разработана система рекомендаций по эффективной обработке данного материала, что позволило успешно внедрить C17200 в область нефтяного каротажа.

C17200 — это осадочно-упрочняемый медный сплав на основе бериллия, обладающий выдающимися эксплуатационными характеристиками.

После термообработки (растворение + старение) он демонстрирует высокую твёрдость, прочность, предел упругости и усталостную прочность. Кроме того, он устойчив к коррозии, обладает хорошей электропроводностью и немагнитностью, что делает его пригодным для применения в экстремальных условиях (низкие и высокие температуры, высокое давление, кислотная среда). Особенно эффективно он применяется в разработанных нашей компанией приборах для нефтяного каротажа, обеспечивая их надёжную работу в суровых условиях скважин.

Особенности резания C17200

1. Упрочнение при обработке:

   Присутствие бериллия способствует интенсивному наклёпу при обработке. Глубина зоны наклёпа достигает ≥0,007 мм, поэтому необходимо использовать остро заточенный инструмент и разумную глубину резания, чтобы избежать чрезмерного износа инструмента и трудностей при резании.

2. Большие силы резания:

   После закалки и старения твёрдость материала достигает 38–44 HRC. Это приводит к высокой нагрузке на режущую кромку и значительному трению, вызывающему нагрев. Необходимо применять СОЖ для отвода тепла.

3. Низкий модуль упругости:

   Модуль упругости C17200 — 128 ГПа, что составляет около 60% от стали. Это способствует деформациям при обработке. Требуется жёсткое закрепление заготовки и инструмента.

4. Быстрый износ инструмента:

   Поверхность материала после термообработки покрыта твёрдой оксидной плёнкой, усиливающей абразивное воздействие. Кроме того, материал склонен к пластической деформации и образованию высокой температуры. Всё это ускоряет износ инструмента. Однако грамотный подбор режимов (скорость резания, подача) позволяет снизить износ.

Выбор инструмента для обработки C17200

Инструмент — ключевой фактор стабильности производства. Для обработки применяются быстрорежущие стали и твёрдые сплавы. Несмотря на износостойкость обеих категорий, быстрорежущая сталь проигрывает по термостойкости и точности твёрдым сплавам. Из-за высокой температуры и усилий при обработке C17200 предпочтительнее твёрдосплавные инструменты, особенно марки YG6 и YG8. Инструменты YT-серии склонны к налипанию и быстрому износу при обработке C17200.

Геометрические параметры инструмента при обработке C17200

1. Форма режущей кромки:

   Применяется скруглённая кромка с радиусом rε = 0,1–0,8 мм для повышения стойкости и снижения вибраций.

2. Форма фаски:

   Отрицательная фаска шириной bγ1 = (0,3–0,8)f и углом γo1 = –10°…–5° повышает прочность кромки и улучшает тепловыделение.

3. Форма передней поверхности:

   Используются стружколомы или канавки с радиусом основания Rn = (2–7)f для контроля стружки и отвода тепла.

4. Передний угол γo:

   Значения 5°–10° увеличивают площадь контакта и улучшают теплопередачу.

5. Задний угол αo:

   Обычно составляет 6°–8°, обеспечивая баланс между прочностью кромки и качеством поверхности.

6. Главный и вспомогательный углы в плане (κr, κ’r):

   При жёсткой системе κr = 45°–75°, κ’r = 5°–10°. Меньшие углы уменьшают нагрузку на кромку, но увеличивают радиальные усилия.

7. Наклон режущей кромки λs:

   Для черновой обработки –10°…–5°, для чистовой — около 0°, что снижает риск образования заусенцев и налипания стружки.

Режимы резания C17200

1. Скорость резания vc:

   Рекомендуется диапазон 100–200 м/мин. Низкие скорости продлевают срок службы инструмента и снижают образование заусенцев, но уменьшают производительность.

2. Глубина резания ap:

   Допускается до 3 мм. Глубокая резка повышает эффективность, но требует высокой жёсткости оборудования.

3. Подача f:

   Обычно 0,1–0,15 мм/об. Большая подача увеличивает производительность, но снижает качество поверхности; малая — наоборот.

Выбор СОЖ при обработке C17200

СОЖ необходима для охлаждения и смазки. Эмульсии на водной основе эффективно отводят тепло, но содержат серу, вызывающую пятна на поверхности. Минеральное масло с 3%–7% животного жира (например, свиного) обладает лучшим смазочным эффектом и снижает трение и теплообразование.

Фрезерование C17200

Из-за высокой прочности требуется острый и прочный инструмент. Предпочтение отдается твёрдосплавным фрезам. Применяется несимметричное фрезерование по направлению подачи (в сторону вращения), что снижает вибрации. Применение СОЖ помогает улучшить качество поверхности и срок службы инструмента.

Сверление C17200

Используются быстрорежущие сверла с углом спирали 29°, вершины — 118°, кромок — 12°. Рекомендуется предварительная шлифовка. Скорость сверления должна быть низкой. Применение СОЖ обязательно для охлаждения и отвода стружки. Важно поддерживать стабильную скорость и подачу, чтобы избежать наклёпа на дне отверстия.