Введение. В настоящее время большинство технологических подходов к повышению стойкости режущих инструментов исчерпывают свой ресурс. К числу перспективных технологий, позволяющих повысить стойкость при обработке резанием, относится, например управление микрогеометрией режущих кромок [2]. При этом для описания их микрогеометрии предлагается использовать ряд специальных параметров: радиус округления режущих кромок ρ, коэффициент симметричности K и шероховатость режущих кромок R_k [1] (рис. 1).

            а)                                              б)
Рис. 1. Схемы вычислений характеристик микрогеометрии режущих кромок: а K — фактора; б — R_k.
 

Здесь Κ = S_α/S_γ, где S_α и S_γ — длина округления режущей кромки на передней и задней поверхности.

Шероховатость режущей кромки рассчитывается по формуле:
,
где: β — угол заострения режущей кромки, град; R_z — высота неровностей профиля по 10 точкам, мкм; R_s — высота неровностей R_z профиля на передней поверхности, мкм; R_f — высота неровностей R_z профиля на задней поверхности, мкм.

Измерения и контроль указанных параметров микрогеометрии осуществляется, например с использованием специальных микроскопов серии MikroCAD фирмы LMI (Канада) (рис. 2). Такие микроскопы позволяют производить измерения с высокой скоростью (в стандартном режиме в течение 2 секунд) и точностью (разрешение по вертикальной оси составляет 0,1 мкм, по горизонтальной — 1,5 мкм). С применением программного обеспечения ODSCAD происходит построение трёхмерной и цветоимитационной модели режущей кромки, а вычисление среднего, максимального и минимального значения радиуса округления ρ осуществляется в нескольких сотнях сечений, перпендикулярных режущей кромке. Принцип работы таких микроскопов основан на сканировании световым лучом режущей кромки при помощи DLP-проектора (Digital Light Processing — цифровая обработка цвета) с последующим построением трёхмерного изображения при помощи CCD-камеры (Charge-Coupled Device — специализированная аналоговая интегральная микросхема, состоящая из светочувствительных фотодиодов, выполненная на основе кремния, использующая технологию приборов с зарядовой связью) [3].

Рис. 2. Микроскоп для измерений микрогеометрии режущих кромок MikroCAD^Premium.
 

В виду того что режущие инструменты имеют сложную геометрическую форму, для измерений используются приспособления, позволяющие располагать режущую кромку в оптической зоне микроскопа.

Методика экспериментального исследования
 

Измерения характеристик режущих кромок осуществляли в условиях ООО «Промтех» (Санкт-Петербург) на микроскопе MikroCAD^Premium. В качестве образцов использовали ружейные свёрла с твёрдосплавным стеблем (РСТС) диаметром 2,05 мм фирмы Botek (Германия). На рабочие части трёх свёрл были нанесены износостойкие покрытия — TiN, AlTiN и TiCN. Эти свёрла были подвергнуты стойкостным испытаниями на одинаковом режиме и просверлили: РСТС без покрытия — 3847 отв.; РСТС с покрытием TiN — 1543 отв.; РСТС с покрытием AlTiN — 3697 отв. и РСТС с покрытием TiCN — 3723 отв. [4, 5]. Измерения радиусов округления ρ, К-фактора и шероховатости Rk вели на наружной части главной режущей кромки (рис. 3). В качестве исходных данных для сравнения использовали параметры микрогеометрии режущей кромки нового РСТС без покрытия, которое не использовалось для сверления.

                 а)                                    б)
Рис. 3. Схема режущей части ружейного сверла (а) и трёхмерная модель (б) режущей кромки.

Результаты и обсуждение
 

Измерения нового сверла показали, что среднее значение радиуса округления, рассчитанное в 350 сечениях, составляет ρн = 3,9 мкм, а стандартное отклонение — 0,26 мкм (рис. 4).

Рис. 4. Распределение величин радиусов округления по сечениям на наружной части главной режущей кромки ρн ружейного сверла диаметром 2,05 мм.

Измерения РСТС с покрытиями приведены в таблице, из которой следует, что наибольшие изменения длины радиуса округления режущей кромки наблюдаются на передней поверхности сверла с покрытием TiN и составляют 82,8 мкм. Также во всех случаях радиус округления ρ изменяется существенно и может достигать 16,8 мкм.

Выводы
 

Использование высокоточных оптических методов измерений режущих кромок позволяет выявить особенности изменения их микрогеометрии. При изучении режущих кромок ружейных свёрл с износостойкими покрытиями установлено, что в значительной мере на формирование радиуса округления ρ у свёрла с покрытием TiN оказывает изменение длины округления на передней поверхности. В тоже время радиусы округления в зависимости от износостойкого покрытия (AlTiN и TiCN) изменяются несущественно и соответственно составляют 16,3 и 16,8 мкм.

А. С. Бабаев, НИ ТПУ, г. Томск, пр. Ленина, 30
e‑mail: temkams@mail.ru
В. П. Чарторийский, ООО «Промтех»
г. Санкт-Петербург, ул. Цветочная д. 25, оф. 210

Литература

1. GFM, GmbH: Schneidkantenmessung: Bestimmung von K‑Faktor, Delta r und Kantenradius. MAV März. 2006.
2. Rodriguez C. Cutting edge preparation of precision cutting tools by applying micro-abrasive jet machining and brushing, Kassel University press GmbH, Kassel. 2009. 205 p.
3. Frankowski G. et al. Real-time 3D Shape Measurement with Digital Stripe Projection by Texas Instruments Micromiror Devices (DMD). Proc. of SPIE. V. 3958. (2000). P. 90–106.
4. Kirsanov S. V., Babaev A. S. The study of deep holes accuracy and surface roughness after gun drilling//Mechanical Engineering, Automation and Control Systems: Proceedings of International Conference. — Tomsk: TPU Publishing House. (2014). P. 1–4.
5. S. V. Kirsanov, A. S. Babaev Stud of Accuracy and Surface Roughness of Holes in Comparative Testing of Small Diameters Gun Drills//IOP Conference Series: Materials Science and Engineering I. 1. V. 66 (2014). P. 1–5.