СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ ДЕТАЛИ «ЦАПФА» ГЛАВНОЙ ОПОРЫ ШАССИ ИЗ СПЛАВА ВТ22

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены вопросы совершенствования технологического процесса механической обработки детали «цапфа» главной опоры шасси, изготовляемой из титанового сплава ВТ22. Выявлены основные ограничения традиционной обработки: ускоренный износ инструмента, повышенная термическая нагрузка в зоне резания и нестабильность качества поверхности на чистовых переходах. Предложен комплекс технологических решений на базе современных инструментальных материалов и покрытий (мелкозернистые твёрдые сплавы с PVD-покрытиями, специализированная геометрия режущих кромок, рациональные стратегии обработки), обеспечивающий рост стойкости инструмента, улучшение качества поверхности и сокращение машинного времени при сохранении точности функциональных поверхностей.

ABSTRACT

The paper considers improvement of the machining process for the main landing gear trunnion manufactured from ВТ22 titanium alloy. Key technological limitations of conventional machining are identified: intensive tool wear, thermal load concentration in the cutting zone, and instability of surface quality on finishing operations. A set of measures is proposed based on modern tool materials and wear-resistant coatings (fine-grain cemented carbides with PVD coatings, specialized geometries, and optimized cutting strategies). The proposed approach aims to increase tool life, improve surface quality, and reduce machining time while maintaining dimensional stability of functional surfaces.

Ключевые слова: цапфа, главная опора шасси, ВТ22, титановые сплавы, режущий инструмент, PVD-покрытия, стойкость, шероховатость.

Keywords: main landing gear, trunnion, ВТ22, titanium alloy machining, cutting tool materials, PVD coatings, tool life, surface roughness.

Введение

Деталь «цапфа» главной опоры шасси относится к ответственным элементам, определяющим работоспособность и ресурс узла. Для функциональных поверхностей цапфы (посадки, сопряжения, отверстия) характерны повышенные требования к точности, стабильности размеров и качеству поверхностей. Применение титанового сплава ВТ22 обеспечивает высокие эксплуатационные характеристики детали, однако повышает технологическую сложность механической обработки из-за неблагоприятных

условий резания (локальная концентрация тепла, склонность к налипанию, интенсивный износ режущей кромки). С учётом возможностей современного оборудования с ЧПУ ключевым резервом повышения эффективности является совершенствование техпроцесса за счёт корректного выбора инструментальных материалов, покрытий и методов обработки, обеспечивающих стабильность процесса и снижение себестоимости изготовления.

Методика и методология

Сплав ВТ22 относится к высокопрочным титановым сплавам, применяемым в ответственных авиационных узлах. В таблицах 1,2 приведены химический состав и физические свойства сплава ВТ22 [1,2].

 Таблица 1.

Химический состав материала ВТ22

Таблица 2.

Физические свойства материала ВТ22

Для обработки ВТ22 наиболее критичны следующие факторы:

- термонапряжённость зоны резания (тепло концентрируется у режущей кромки);

- склонность к налипанию/схватыванию на инструменте и образованию нароста;

- ускоренный износ (абразивный + диффузионный/адгезионный механизмы), особенно на чистовых режимах;

- чувствительность к вибрациям при недостаточной жёсткости системы «станок–приспособление–заготовка».

Следовательно, технологические решения обработки детали «цапфа» главной опоры шасси изготовляемой из сплава ВТ22 должны быть направлены на: снижение трения, повышение термостойкости режущей кромки, обеспечение стабильного стружкообразования и устранение вибраций [3-5].

Рисунок 1. Цапфа

В настоящее время в исходном процессе при обработке ВТ22 имеются следующие проблемы:

- низкая стойкость инструмента на черновых операциях из-за термонагруженности и адгезии;

- нестабильность качества поверхности (шероховатость и микронеровности) при переходе на чистовые режимы;

- вынужденное снижение режимов резания для обеспечения надёжности, что увеличивает машинное время;

- риск локального перегрева поверхности при нерациональном СОЖ/режимах и затуплении инструмента.

Вывод из анализа: улучшение возможно без изменения материала детали — за счёт инструментального обеспечения и оптимизации стратегии резания [6].

Для совершенствования технологического процесса обработки детали «цапфа» главной опоры шасси рассматриваются следующие методы:

а) выбор нового инструментального материала

Для обработки ВТ22 целесообразно использовать:

- мелкозернистые твёрдые сплавы (высокая прочность кромки) для большинства операций;

- для отдельных переходов (при необходимости высокой стойкости на непрерывном резании) — твёрдые сплавы повышенной термостойкости.

б) возможность применения функциональных PVD покрытий:

Повышение устойчивости обработки титана можно выполнить с помощью моделирования и экспериментального изучения и применения твердосплавных пластин с PVD и CVD-покрытием [1]. Для титана рационально применять PVD-покрытия, так как они обеспечивают: меньшую толщину слоя, хорошую адгезию, снижение трения и устойчивость к сколам при переменных нагрузках. В качестве рабочих вариантов (подбираются под конкретную операцию):

- покрытия на основе (Zr,Ti)N/AlCrN-типа для фрезерования и черновых/получистовых переходов;

- покрытия с повышенной стойкостью к адгезии и термостойкостью для чистовой обработки.

Применение функциональных защитных покрытий повышает стойкость и теплостойкость режущего инструмента при черновой и получистовой обработке, а при чистовой обработке влияет на стабильность кромки и минимизацию налипания обрабатываемого материала.

в) необходимо обратить внимание на геометрию режущего инструмента, что является важным для сплава ВТ22:

- положительные передние углы (снижение сил резания);

- острые кромки с контролируемой микрофаской (устойчивость без потери резкости);

- предпочтение инструментам, рассчитанным именно на титан (серии/линейки “for titanium”);

- эффективные стружколомы и отвод стружки.

Оптимизация процессов обработки и режимов резания (по операциям) может быть достигнута следующим образом:

а) черновое фрезерование наружных поверхностей/пазов

- переход на стратегии HSM/HEM (высокоэффективное фрезерование): малые радиальные врезания, постоянная толщина стружки;

- применение концевых фрез из мелкозернистого твёрдого сплава с PVD-покрытием и геометрией под титан;

- обеспечение стабильного отвода стружки и подач СОЖ в зону резания.

Ожидаемый результат: снижение риска перегрева, рост стойкости, сокращение времени черновой обработки.

б) получистовая обработка функциональных площадок/посадок

- разделение припуска: оставлять равномерный припуск под чистовую обработку;

- применение инструмента с повышенной стабильностью кромки;

- контроль биения и жёсткости (приспособление/вылет/балансировка).

Ожидаемый результат: снижение разброса размеров и шероховатости перед чистовой обработки.

в) чистовая обработка посадочных поверхностей

- применение инструмента с покрытием и геометрией, минимизирующей адгезию;

- ограничение длительного непрерывного контакта (при необходимости — разбиение проходов);

- обязательный контроль состояния кромки по наработке (регламент смены инструмента).

Ожидаемый результат: стабильная чистота поверхности и размеров.

г) обработка отверстий (сверление/развёртывание/зенкерование)

- применение сверл/зенкеров с геометрией под титан и износостойким покрытием;

- при необходимости качества/точности — использование разверток с устойчивой кромкой и стабильной подачей СОЖ;

- контроль удаления стружки (особенно на глубоких отверстиях).

Ожидаемый результат: снижение риска задиров, повышение точности отверстий и чистоты поверхности, снижение затрат на доработку.

Результат

Комплекс предложенных мероприятий (инструмент + покрытия + стратегия резания) позволяет прогнозировать:

- увеличение стойкости инструмента на ключевых операциях за счёт снижения трения и термонагрузки;

- повышение стабильности чистовой обработки посадочных поверхностей (снижение налипания и микросколов кромки);

- сокращение машинного времени на черновых переходах при переходе на HEM-стратегии;

- уменьшение разброса размеров по партии вследствие более стабильного стружкообразования и регламентации смены инструмента.

Заключение

1. Обработка детали “цапфа” главной опоры шасси из сплава ВТ22 характеризуется интенсивным износом инструмента и термонагруженностью зоны резания, что ограничивает режимы и снижает производительность.
2. Наиболее эффективным направлением совершенствования технологического процесса является применение современных инструментальных материалов на основе мелкозернистых твёрдых сплавов в сочетании с PVD-покрытиями и специализированной геометрией под титан.
3. Внедрение высокоэффективных стратегий фрезерования (HEM/HSM) и регламентация работы инструмента позволяют повысить стойкость, улучшить качество поверхности и сократить машинное время при сохранении точности функциональных поверхностей.
4. Предложенная методика оценки эффективности обеспечивает возможность подтверждения результатов по стойкости, шероховатости, стабильности размеров и времени обработки.

Список литературы:

1. Амбекар С., Кумар Р., Шарма В. Повышение устойчивости обработки титана: моделирование и экспериментальное изучение применения твердосплавных пластин с PVD и CVD-покрытием // Journal of Manufacturing Processes. – 2025. – Vol. 112. – С. 345–358.
2. Илларионов А.Г., Кудрявцев Е.А., Котов А.В. Технологические и эксплуатационные свойства титановых сплавов: монография. – Екатеринбург: УрФУ, 2014. – 138 с.
3. Кусманов С.А., Григорьев С.Н., Силин С.С. Повышение износостойкости титанового сплава ВТ22 анодным электролитно-плазменным борированием // Электронная обработка материалов. – 2021. – Т. 57, № 4. – С. 45–52.
4. Ладягин А.В., Серебренникова А.Г., Иванов В.В. Шероховатость обработанной поверхности при ультразвуковом суперфинишировании деталей из титановых сплавов ВТ3-1 и ВТ22 // Frontier Materials & Technologies. – 2023. – № 3. – С. 112–120.
5. Маркова Е.А., Петров А.В., Сидоров А.А. Износостойкие покрытия для режущих инструментов: учеб. пособие. – Минск: БНТУ, 2021. – 120 с.
6. Обработка резанием сталей, жаропрочных и титановых сплавов с учетом их физико-механических свойств / под ред. В.А. Кривоухова. – М.: Техносфера, 2015. – 320 с.