автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение работоспособности твердосплавного инструмента на основе анализа динамических явлений, протекающих на его рабочих поверхностях

> •• с

Министерство высшего и среднего специального образования РОСР ГОРЬКОВСКИй ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧВ5КИЯ ИНСТИТУТ

П0ШШЕНИ2 РАБОТОСПОСОБНОСТИ ТВЕРДОСПЛАВНОГО ИНСТРУМЕНТА НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ДШАШЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЯ, ПР0ТЕЮШ1Щ НА ЕГО РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЯХ

Специальность 05.03.01 - Процессы механической и физико-технической обработки, станки п инструмент

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических, наук

На правах рукописи

' -- - -ользования

Дунаевский Юрий Владимирович

УЖ 621.941.025.7:621.793

Горький 1990

/

Работа выполнена на кафедре "Технология машиностроения" Ксмссмольского-на-Амуре политехнического института.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор КАЕАХСИН Ю.Г.

Официальные оппоненты: Лауреат государственной премии,

доктор технических наук, профессор ВЕРЕЩКА A.C.

кандидат технических наук, доцент КРЕТИНИН О.В.

Ведущее предприятие указано в решении специализированного Совета

Защита диссертации состоится 16 ноября 1990 г. в 11-00 часов на заседании специализированного Совета К 063.85.07 в Горьковс-кш ордена Трудового Красного Знамени исшггехтческа.г институте ло адресу:

603600, г.Горький, ГСП-41, ул.Минина24, корп.1, ауд. 258.

С диссертацией моано ознакомиться в библиотеке Горьковского t

Трудового Красного Знамени политехнического института. Автореферат разплая IS90 г.

Ученый секретарь специализированного Совета кандидат технических наук,

Сухоруков з.М.

общая характеристика работы

Актуальность теш. В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986-1990 годц и на период до 2000 года" отмечается, что необходимо "...развивать специализированное производство инструмента, повиспть в 3-4 раза выпуск высокопроизводительного ревущего инструмента...".

. В настоящее время задача повышения работоспособности к надежности регущей. части инструмента Езделилась в число важнейшие проблем, особенно при использовании гибких произвол -ставших систем. В этой связи к инструменту, исп<ш>зухщемуся в ГПС, предъявляются требования высокой сопротивляемости износу, хрупкому и пластическому разрушение.

Накопленный к настоящему времени производственный опыт показывает, что в известных механизмах разрушения и изнашивания инструмента не учитываются динамические явления, протекая-щке на его рабочих поверхностях. Под динамическими явлениями в настоящее время тточгмлется:, глазка образе;.:, изменение во ¿ре-меяи таких характеристик процесса резеиш, как частота образования дароста к его ернз, автоколебания в системе розалия. Сд-нако влияние динамического характера пластической деформации в зоне струккообразования, в пркрезиовых слоях стружки, на гы-нуяденше колебания зерен карбидной фазы в поверхностных слоях инструмента и интенсивность его изнашивания калокзучеио.

Повнсенке работоспособности рекуачей части твердосплазного инструмента возможно лиаь при углубленном изучении характера течения структурных элементов в прихонтактлнх слоях струтшг, ■ механизмов адгезионного взаимодействия инструментального л обрабатываемого материалов, способствующих образованию нароста и влияющих на устойчивость процесса резания, а также на колебания и износ реяущего инструмента.

Цель работа. Исследование механизмов изнашивания твердосплавного инструмента на основе анализа динамических явлений, протекапцих на его рабочих поверхностях, и разработка на зток основе технологических процессов упрочнения рабочей части твердосплавного инструмента.

Научная новизна. Установлен вихревой характер течения структурных элементов в иркрезцовнх слоях стружка и влитие накопленной в них энергии деформации кз процесс образования нароста и интенсивность износа инструмента.

Разработана физическая модель износа инструмента, учитывающая влияние дащ&уических явлений, протекаицих на его рабочих поверхностях н вызывающих их изнашивание за счет запасания энергия деформашш з пркконтактных слоях струики, раскачки и вырыва зерен карбидной фазы.

Практическую ценность имеют разработанные и экспериментально подтвержденные:

- способ изготовления режущего инструмента, вюшчаадий ооавдение покрытия из карбидов тугоплавких металлов и мягкого слоя (A.c. СССР U 1533127);

- способ обработки рекущего инструмента, включающий азо-. тированис и осаждение покрытия из нитридов тугоплавких металлов (A.c. СССР Ä I35II54);

- способ изготовления твердосплавного материала для режущего инструмента, включающий прессование, предварительное и окончательное спекание, ионное азотирование, механическую обработку, осаждение покрытия (A.c. СССР Л 1446769);

- способ изготовления износостойких твердосплавных пяас- • тин для pesymero инструмента, вклачаодий прессование, предварительное спекание, легирование поверхностного слоя, ионное азотирование, окончательное спекание и осаздедае покрытия (A.c. СССР В 1515537);

- способ изготовления рехущего инструмента, включающий -нанесение покрытий из тугоплавких металлов слоями, отличазщи-кися стехиоыетрическвм составом (A.c. СССР ß 1508442).

Ргадизацн результатов работа.. Результаты исследований Бнедренн на авиационном заводе им. Ю.Л.Гатарша (г. Комсо-мольск-на-Awype), Экономический зфвзкт от внедрения составил.

68 тасяч рублей.

Апгобапия работе. Осяохлае полозеняя диссертации доложены к обсуждены на научно-технических, конференциях преподавателей сохрядвгхэ* Ка\?сшольското-на-Амуре полатшиссхого института I235-IL5-J г."; ресггуб-тикаяской научно-технической колфо-ракция "Стойкости к диагностика реасдо?э ккотруиеита а условиях ьвто;ъткгцровааяого производства", Каевск, октябрь 1988 г.; се;л:атрв "Покявзяае сффективносги использования методов порои-ковой кетачлургш; и уцрочнякщкх покригяй на предприятиях Дальнего Еостока", г. Ковдомольок-ка-Амуре, юонь I9C3 г.; кок^е-4

, ренции "Повышение эффективности автоматизированного отелочного оборудования на предприятиях Дальнего Востока", г. Комсомольск -на-Амуре, октябрь 1989 г,; на кафедре "Метачлорекущие станки и инструмеь -ы" Горькоззского ордена Трудового Красного знамени политехнического института, г. Горький, май 1590 г.

Пуйяккатм. По результатам проведенных исследований опубликовано . 10 статей, новые разработки защищены 5 авторскими свидетельствами а 2 положительными решениями по заявкам на изобретения.

Структура и объем работа. Диссертация состоит из введе -ния, пяти разделов, общих выводов, захшочения, приложений, из-локеикых на 148 страниц« машинописного текста, содержит 70 рисунков, 27 таблиц, список литературы из 126 нашзнованкй.

основное содшаше работы

Во введении обосновывается актуальность темы.

В первом разделе приводится литератур -т;И обзор по вопросам износа н стойкости твердосплавного инструмента.

Исследованию износа и стойкости твердосплавного инструмента посвящено большое число работ советских и зарубеэых ученых: А.А.Авакова, А.И.Ветаяели, А.С.Верегзки, Н.Н.Зорева, А .И .Исаева, Н. В.Касьяна, 10, Г.Кабадд1ша,И.И.Клушина,Б.М.Костец-кого, В.Н.Латшева, Т.Н.Лоладза, А.Д.Макарова, В.А.Остпфьевз, В.Н.Подураева, М.Ф.Палетикк, Н.И.РезникоЕа, С.С.Силина, З.К. Старкова, В.И.Талаятова, Ф.Я.Якубова, Н.Опитца, Е.Трента и др.

- Анализ литературных данных показывает, что в настоящее время различает несколько механизмов изнашивания (адгезионный, диффузионный н т.д.) твердых сгкавов в зависимости от условий обработки.

, Однако, янаноилеший к настоящему времени исследовательский и производственной опит свидетельствует о существенно;,! (до 5 раз) влиянии на стойкость инструмента колебаний, возникающих в процессе розалия. Вибрации в упругой системе станка посят автоколебательный характер и зависят от рехкма обработки и механических свойств обрабатываемого материала. Их влияние на процесс изнашивания инструмента изучено недостаточно.

В настоящее время существует больное число методов упрочнения твердосплавного инструмента. Наиболее перспективным ке-

5

тодок повышения: износостойкости инструмента является ссавдекие твердих покрытий. Однако при разработке составов покрытий и упрочнении основы влияние динамических явлений при резании на износ инструмента не учитывается.

Цель работы - исследование механизмов изнашивания твердосплавного инструмента на основе анализа динамических явлений при резании и разработка на этой основе техпроцессов упрочнения рабочей части твердосплавного инструмента.

С учетом вышеизложенного, для реализации поставленной цели в настоящей работе была определены следующие основные во -просы исследований:

1. С использованием современных методов исследований изучить характер пластического течения . структурных элементов в приреэцовых слоях стружки. ' ,

2. Научить роль вихревого течения структурных элементов на образование нароста, адгезию, а такхе износ инструмента.

3. Разработать физическую модель износа инструмента, учи-тнвалщуа влияние ка него динамических явлений, яротехавдих на рабочих поверхностях при резании. .

4. Разработать и внедрить эффективные технологические процессы упрочнения рабочей части твердосплавного инструмента. ,

5. На основе предложенной модели износа разработать методику расчета интенсивности изнашивания твердосплавного инструмента.

Во вторам разделе иалояены кетодакл и стенды дал проведения экспериментальных исследований изнашивания твердых сплавов. '

Исследование составляющих сил резания и адгезионного вза-к:лодойствкд инструментального и обрабатываемого материалов проводили при поы'-.ци методик, разработанных в Кшсомольском-на -¿куре политехнической институте.

Стойкостше испытания проводалк на базе.станка Ш620 с бесступенчатым прстодсм регулирования чисел оборотов. Обработку результатов бешсллялк с привлечением аппарата математической статистики.

несяедоаеяшк подвергались твердцо сплавы групп ТК, Ж, ТИ-:, йс^Е'лыТршовые тзордцо сглавы (БВТС), а текло сндиш с рааличшяг сеставали износостойких покрытий, Б процессе 'исследования испитаниж подвергались конструкционное стаи: и титановые сказа» Дгк получения корней .стружек использовали усхроА-ь

ство для мгновенного прекращения процесса резаши.

При проведении тонких исследований участков разрушения и износа инструмента использовались растровый и лрссвечив&кхий микроскопы, а такке мккрорентгеноспектралышй анализатор "СА-МЕЗАХ". Для изучения декпхкруицкх свойств структурна состав -ляющих твердых сплавов применяли метод внутреннего трения.

В третьем разделе излонеш зксперпмен-тальные данные по исследовании динамических явлении на рабочих поверхностях инструмента при резании в широком диапазоне скоростей резания.

. Процесс резания характеризуется высоки,»и О касательными и 6м нормальншгк напряжениями, а такие скоросш-и деформации ( £ = Под влияние:,; интенсивной пластической деформации поверхностные слои инструмента, стругки и заготовки будут находиться в спдъноЕозбу;кденясм состоянии (СВС), инициирующие при резании процессы адгезии, насоотосбрл-зования и диффузии. К числу основных faicropoa, определящих CEC при резании, следует отнести наличие высоких тадростатц -ческих напряжений снатня в зоне струккообразования и контакт -ных напряжений на рабочих поверхностях инструмента.

Анатиз результатов зависимости д № энергии деформации при резании углеродистых-статей от скорости показывает, что при обработке стали У8 величина выше, чем у стали Ст 3 и стали 45.■ При скорости резания порядка 0,4...0,5 м/с величина запасенной энергии оказывается наибольшей.

Металлографические исследования псдолз нароста, образующегося при резании, а такне микрофотографии рельефа опорной поверхности струнки обнаруживают вихревой характер течения структурных элементов в прирезцовнх слоях стругни в широком диапазоне скоростей резания.

Исследования показывают, что микроструктура яелезоуглеро-дистых сталей существенно влияет на высоту нароста. .Максимальная-высота нароста наблюдается у стати Ст. 3. С новимением содержания углерода в стали высота нароста отдается, а прочность адгезии увеличивается. При резании стали У8 на&шдается наибольшая прочность спеплекия подошвы нароста с инструментом.

Исследования показали, что прочность адгезии не является основным фактором, определяющим развитие загормокснных слоев в зоне вторичной деформации. Необходима соответствующая температура и способность обрабатываемого материала к упрочнении. Бы- • " ; - - ■ ' ■ 7

сохске удельные нагрузки на рабочих поверхностях инструмента Бызывгззг болкгпе пластические деформации и обусловливают переход к вихревым структурам, - что увеличивает степень упрочнения затормоЕеняых слоев. Однако рост заторможенных слоев ограничен процессами разупрочнения вследствие рекристаллизации» Имеется связь РуЭ удельной силы сцепления и л US' запасен -ной энергии дэфсриашн в прирезцовых слоях струнки (рис, I).

Зта свя*3» обусловлена темл что л 1/зс зависит от накошенной лло-гносс;: дислокаций в локаинцх объемах, Чем выие ¿(/£с в прдрезцозых слоях стругай, тем больше чксло "активных центров? встулаг^ос в •гьэрдс.^аанзе ззайюдействие с киструментальнш материалом. Следавата -до.соедаиеяае обрабатываемого и инстру-мектальш:: г.атерналсз при совместном атастическом деформирована! необходимо рассматривать как твердофазную реакцию. Роль "шаишх центров" вагхадйЕЭТ поля упругих искажений вокруг да-слокзцкл, гдхсдясда: на позархноьть при пластической деформации. Последнее.';-.? ьскаалаьт, что интенсивноеяь• иэвоса инструмент сууеотз-^ь ¡о ощидаляегся урохнзм колебаний инструмента в процесса резания. Каийкев адекватно влкяпие колебаний ш износ гшструмен'га будет характеризовать мгловещщй спектр колебаний $2ютр^д2Я1а, рэгасгрзруедаЯ в црсцессе резгшм. Б

Црсведенные при резании исследования5^ сигналоз вибсоаку-стической эмиссии позволили выделить несунов частоту ко. лебаний инструмента. Как показывают исследования, зависимость несущей частоты колебаний от скорости резания носит немонотонный характер. Скорость резания, где наблюдается наибольшая энергия колебаний инструмента по несущей частоте, примерно совпадает со скорость», где величина нароста глаксимальнз.

■ •Четвертый раздел посвящен экспериментальным ис-" следования,I влияния динамических явлений, протекающих но рабо-

■ чих поверхностях твердосплавного инструмента.

Анализ'микроструктура твердых сплавов показал, что их разовый состав существенно не однороден. Наблюдается значительное колебание размеров зерен, которое определяет и уровень перехозе-тостк поверхности, тверда сплэзсв. Верна \уС , Г/С и (71№)С склонны к агрегации. Структура твердых сплавов характеризуется

■ также' наличием' включений, пор, скоплением пор и т.д. Средний размер стандартных сплавов IУС+Со, ЪС+ТаС+1\'?'€о

г.слоблэтся в диапазоне 2...б шм.

Анализ еткроразрушеяия обнаруживает на контактных поверхностях зерна карбидов с полоса;.® скодьяения, что отдается результатом необратимого двинения (перемещения) дислокаций в плоскости скоиьзенпя. Следовательно, з процессе резания, контактные поверхности инструмента подвергается циклической улруго-пязстичес-кой деформации. Исследования годтвег;;;дчвт одгезаошю-уск'лост-пнй характер изнашивания твердых сплавов. При обработке углеродистых сталей адгезионному" вырыву зерен карбидов предшествует процесс многократкого (усталостного) циклического деформирования зерен карбидов, выхода полос скольжения на поверхность зерен, развития процессов адгезионного взаимодействия с обрабатываемым ■материалом, раскачки зерен, . последнего зарождения г.е.-эепошть'х ••.и иеяфязных микротренда, облегчатаях отрыв зерен карбидов. Авалез микрофотографий показывает, что разрушению контактных поверхностей, инструмента при высоких скоростях резания, предшествует об-

■ раэованпе в-поверхностных слоях микротревцте и микропустот.

* Автор приносит бяцго,парность сотрудникам Горьковского политехнического института Москвпчегу А.А., Цибереву С.Е., Квярталову А.Р., Лахоняну А.Н. за покоить оказанную в проведении исследований

Электрояноминроскопическими исследованиями . тонких фолы1 твердых сплавов установлено, что наряду с высокой структурной неоднородностью поверхностных слоев твердых сплавов (колебание ■ размеров зерен карбидов и связущих прослоек), зерна карбидной', фазы после алмазной заточки имеют различную плотность даслока- • ций. Кроме этого, исследования показали; что для твердых сплавов существует "критическая" пероховатость, . микронеровности которой совпадают по величине о размерами зерен.- Это указывает на то, что зерна карбидов, особенно мелкие, участвую в форма-' реванш ыикрснеровностей и шероховатость поверхностных слоев инструмента должка оказывать большое влияние на износ твердых сплавов.

Силовое воздействие движущейся струнки, вихревой характер движения структурных элементов в прирезцовых слоях стружки выбывают периодически изменяющиеся (возмущающие). силы трения Я к давления Л/ , которые приводят зерна карбидов, формирующие '■' микронеровяоети, в колебательное 'движениес вынужденной часто- ' той cü . Эти колебания распространяются внутрь объемов, по поверхности и затухают на границах зерен и связке, Частота и амплитуда колебаний зерен определяются скоростью нагружения частиц. 3 начальный момент, времени наблюдается изнашивание связки, как наиболее слабого элемента в структуре твердых сплавов, a Tajase изнашивание и вырыв как отдельных, • так и сросшихся (агрегатов) зерен, образувцих неровности на поверх кости рскущих пластин. Чем интенсивней изнашивается связка • тем больше шетупают зерна, на поверхность и тем выше контакт - ' кые нагрузки на зерно, 'т.е. возникают отрицательные связи.Воз- . рас такие контактных нагрузок на зерне могут вызвать и его .раскалывание из-за хрупкости.. . -.'."' ' ' '

Рассмотрена модель нагрукения ; зерна карбидной фазы - погруженного в связку. Возникающая сила стремится повернуть эер-но вокруг точки (предположительно расположенной л центро зерна). Для произвольного положения зерна могно записать (рис. 2)'

'^Hfy-Mt : ' (I)'

at '

где .J - приведенный комент инерции зерна; fíi) - угол поворота'зерна.

В связи с тем, что в процессе резания глубина погружения зерна меняется, уравнений (I) не стационарно. Преобразуем урав-

10

некие (I) для некоторого интервала времени и определяя коэффициенты с учетом упругих и демпфирующих свойств связки получаем уравнение вида

г . т

где Т< и. Г2 — постоянные времени.

" Преобразуя уравнение (2) по Лапласу при нулевых начальных условиях получаем

{тМ^Ъв^)^) - АМ'Аг-Щ+Аг?® <3)

Рлс. 2. Модель нагружения зерна хаобидной фази при резании

Структурная схема, соответствующая уравнении (3) на основании теории управления представлена на рис. 3.

4"

Рис. 3. Структурная схема у»леб.?.т<?лыгого дшаяная . ае^ка в. сгигке ■

•Из теошш автоматиченчс-'.-с у;три1«ешш известно, что переходный процесс определяет«! ЕОрглми характеристического урав-т'е:с::л

Т/о' Гг3 + 4 - о

Мнимая часть комплексных корней уравнения (4) есть /р собственная частота колебаний зерна в связке.

Анализ проведенных исследований дает возможность сделать вывод о том, что ^ . собственные частоты колебаний зерен карбидной фазы являются высокими и сильно зависят от массы зерна, его размеров, а в меньшей степени - от вида связки и ее упруги характеристик ( Е - модуля упругости и в - модуля • сдвига). На влияет также, Я толщина прослойки связуицей • фаза. В табл. I приведены значения /о<= начальной собственной частоты зерен карбидной фазы в твердых сплавах.

Таблица I .

Расчетные /»/= начальные собственные частоты-. зерен карбидной фазы в твердых сплавах

Система w о + ь Ш +AQ%Co + 60 % Re . T,C + Co TiO +75Й ti; + 25 %Mo

С^ I яки 8,9-1С9 I0,8-IQ9 , 15,4»IO9 14,9-ГО9 ;

d - 3 ж» 2,9-Ю9 3,S3*I09 - 5.2-Ю9 .4,9*I09 :

d - 6 мг" 1,4- Ю9 1,96" 10 9 2,64-Ю9 2,48-IQ9

Проведенный анализ оценки начальной собственной частоты колебаний зерен позволил уточнить механизм эдгезиошо-устаяостногс износа твердых сплавов. Напрянеккя в связке будут определяться интенсивностью, звуковых волн при колебаниях'(раскачке) зерен, а следовательно , Л. амплитудой раскачки зерен • карбидной фаза, которая будет зависеть,не только от массы зерна, но к от "приведенной" массы вследствие' адгезионных.явлений, т.е. "увлечения" зерен в направление.движения стругки при каждом акте адгезионного взаимодействия.

Спеченные твердые сплавы являются дисперсно-упхзочнешш-ми материалами, где-кобальтовая (никель-молибденовая) матрица упрочнена частиками WC,hC, (TtW)@ й т.д.- Однако, вследствие различия упругих ( £' ) и теплофизичееккх (к.т.р. - коэффициент температурного расширения) характеристик на межфазных границах создастся концентрация напряжений, что облегчает : вырыв зорея карбидной фазы. В табл. 2 приведены упругие и теп- •• лофкзичеекке свойства струюурннх 'составляющих твердых сплавов..

Согласно В.И.фефилаву, К - {G<t - Ом )/(8<f>+ <9н), где Gy и , соответственно, модуль сдвига фазы и матрицы. Пара-; -12 : ' •'•'.■' ..- -v'-;' v-V

метр К характеризует снижение уровня концентрации напряжений у дислокационных скоплений возле карбидных частиц по сравнению с уровнем концентрации напряжений в однофазном материале при одном и том т приложенном напряжении. При К > 0,3 матрица считается хрупкой. Как видно из табл. 2, параметр К ;> 0,3. Следовательно матрица хрупкая, что, в свои очередь, свидетельствует о низкой релаксационной способности связующей фазы, вследствие пониженных значений ее упругих характеристик о и Е . Высокие межфазные напряжения будут облегчать вырыв зерен карбидной фазы.

Таблица 2

Упругие и теплофизические характеристики структурных составляющих твердых сплавов

Характеристики G ,ГПа £ ,Ша Е/ЧеО ■ К КТРне с КТРсе

Т/С 190 ' 460 2,14 0,39 1,33

Та С ISO 440 2,46 0,45 1,69

Со 84 207 - - -

Влияние на износ колебательных п-^лцессов (раскачку а вырыв зерен карбнднс?! фазы) могло охарактеризовать коэффициентом

(5)

где _ Бннуздепдая частота колебаний зерна (/и(/с , /ар).

В табл. 3 пршзедено влияние колебательных процессов на рабочих поверхностях инструмента на его стойкость. Обрабатп -Еалась сталь 45 (V =1 м/с, S = 0,21 ist/об) инструментом, оснащенным тлердам сплавом ЕК8 и ТН-20.

' ... Таблица 3

Bramme .¡or начальной собственной частота ¿солобалий . и масса зерен карбидной фазы на стойкость инструмента

Ипструкент ЕС8 Ш8 + И/ "Ш-20

Т , мин . ■jap , кГц . гга ¡<ч -КГ6 m -ю-И г 12,С 8,П 5,J 2,2 {'Л'О ) Iö.O 9,2 7,2 1,2 2,2 (WC) 36,0 12 Д 10,2 1,1 0,7 (Г,С)

Анализ показывает, что с увеличением' Ку стойкость инструмента снижается, следовательно, колебательные процессы влияют на изнаиивание и стойкость инструмента. .

Изнашивание связки, раскалывание зерен карбидной фазы, и / : фазовые ( top -*Со<с) превращения в связке сникают зерен, а следовательно, згвелкчиваюг параметр /Су и интенсивность разрушения карбидов.

Запасенная энергия деформации, связанная с возникновением областей с СВС в зоне резания, в прирезцовых слоях стружки оудет зависеть от свойств обрабатываемого материала, его структуры и режима обработки.

Запасенная энергия деформации представляет собой плотность энергии, накопленной поверхностным слоем з результате пластической деформации при резани;: и является энергией дислокаций. В железоуглеродистых сталях запасенная энергия деформации определяется содержанием в них углерода. Запасенная энергия деформации в поверхностных слоях, стружки .при резании сталей, . термообработаяных на пластинчатый перлит, выше, чем при резание сталей, имеющих структуру зернистого перлита. Такая зависимость наблюдается в широком диапазоне скоростей резания.

Одним из отличительных признаков в поведении зернистого к пластинчатого цементита при пластической деформации и упроч-некии стаг.ей является то, что в результате деформации стали с цементитом пластинчатой формы часть цементита при сильной де-. формации распадается.и образуется атомарный углерод, связанный, ivsbhkk образам, с дефектами кристаллического строения, что способствует упрочнению и возрастанию &Ud. .

Проведенные исследования показали, что стойкость инструмента, оснащенного твердым сплавом ВК8, падает с увеличением '•• содержания углерода при точении железоуглеродистых сталей ' . Структурное состояние сталей существенно влияет на стойкость инструмента, Б частности, стойкость инструмента при точении стала У8, термообрабстшшой на пластинчатый перлит, в два раза ';'. ¡икс стойкости стали со структурой зернистого перлита. Это свидетельствует об адгезионном характере изнашивания и при вы- .-сскмс скоростях резания. ' ■ ■ ~

Как видке из табл. 4, существует связь мезду шличшой износа и запасенной энергией поверхностных слоев стружки.

Чем больае значение . f тем нияе стойкость инструмен тс. Кавоетно, что запасенная энергия деформации.есть суммарная

энергия дислокаций и чем больше слитность дислокаций, тем бель -те уровень запасенной энергии. Таким образом, ¿¿Т определяется шгатностью дислокаций и обусловливает твердофазное взаимодействие обрабатываемого и инструментального материалов.

Таблица 4

Влияние структуры сталей на износ инструмента и запасенную энергию деформации в прирезцознх слоях стружки

Марки сталей Ст. 3 45 У8 (зернистый перлит)

Vi» , мин 18,50 8,50 5,00

TL , мин - 5,00 1,33

*иг , 5-Ю-3 Ы0~2 4,5-IÛ"2

кДжДг

У8(пластиячЁ тый перлит)

3,С0 0,83

9,5-10'

-2

В пятом разделе рассмотрены пути повкае -нет работоспособности твердосплавного инструмента на основе исследований влияния динамических явлений, протекающих на рабочих поверхностях, на процесс его изнашивания.

Как показали исследования, на работоспособность твердых сплавов оказывает азияние размер и удельный вес зерен карбидной фазы, упруга; свойства связки, прочность иехфазнкх границ, . определяющая способность зерен сопротивляться раскачивание и зырыву. Следовательно, для аолучения максимальной износостойкости, в качестве упрочнящих фаз необходимо использовать тугоплавкие- соединения, обладающие 'наибодыиэд удельным зесом :: нааменыяим. размером зерна. Учитывая низкую трещшосто2хосгь твердых покрытий, . представляющих- сплошной карбидный каркас с низкой прочностьв границ зерен,, разработан 'способ (A.c. й 1533127) поБышеяля износостойкости инструмента, зхжчалдий -нанесение-иарбадоэ Т,С я асазденка мягкого слоя (2z , Ti tCz. ) поверх нашего слоя покрытия» >!ягкаД слой страз? рпяь демкфера при раскачке зерен карбидов.

Усталостную прочность к дгссЕлатшаге спойстза связки мо-аяо попоить путем узгяич<шая «е ущдаиос сзоЗстп, например, летарованиеа V/ , Re л , с. за счет твердорастворяого упрочнения при кэшга ^-act тевплях сплавов с последп-

осаздением твердо-о докте-т. 3 этой связи предложи: метод комбинированного уп-ечкзяпя инструмента, еключсмзй хлмпсо-

термическую обработку (конное азотирование) и нанесение износостойкого покрытия. Насыщение атомами азота связки при азотировании приводит к ее упрочнению и повышению усталостной прочности, т.е. способности рассеивать энергию деформации, запасаемой при пластической деформации. Как показывают исследования, при азотировании связки уровень внутреннего трения повышается, особенно при температурах Т - 500 К, что- свидетельствует о повышении их демпфирующих свойств.

Разработан способ упрочнения инструмента (A.c. & I35II54), где предварительно азотированный рсаущий инструмент подвергают вкброабразивисй обработке и методом КИБ наносят двухслойное покрытие. Первый слой (от основы) осандается из чистого металла. Материал мягкого слоя должен обладать высокой адгезией с основой. Второй слой выполняют из нитридов металла группы титана, обладающей высокой износостойкостью при обработке сталей.

70 60

£о % к0

% w

Г '1

\ г\ V

\ К 2

i А

ш

333

s,oo бес

Скорость решим V. к/с

Рис. 4. Зависимость стойкости от скорости резания при точении стали 45: I - ТН-20; 2 - БК8+Т.С ; 3 - ВК8+И.а.+

+ Т,С ; 4 - ВК8+Т.С + Т,

Одним из путей повышения усталостной ' прочности связки, к гас слабого элемента в структуре твердых сплавов, является ее дисперсионное упрочнение. Предложен . способ (A.c. № 144G769) изготовления твердосплавного материала для режущего инстру -мента, включгисщий прессование смеси, предварительное спекание, ионное.азотирование*', окончательное.спекание и осаждение по-

Ионние азотирование проводилось по технологи!, разработан--ной в ХИЛ , '

IG '

крытия. Ионное азотирование в процессе окончательного спекания способствует дисперсионному упрочнению кобальтовой связки.

Предложенные методики позволили повысить работоспособность твердосплавного инструмента с покрытиями в 1,5...2,5 раза (рис. 4).

В приложениях приведена методика расчета собственной частоты колебаний зерен карбидной фазы твердых сплавов на основе физической модели изнашивания. Для расчета собственной частоты составлена программа, реализованная в системе Турбо-Бейсик на ППЭВМ "Искра 1030.II". Приведена методика расчета интенсивности изнашивания с учетом ее динамической составлявшей. Составлена программа, реализованная в системе Турбо-Бейсик на ППЭВМ "Искра 1030.11". Представлен акт внедрения с расчетами экономической эффективности по различным способам упрочнения твердосплавного инструмента.

, 0Б1МЕ ЕЫВОДУ

1. Экспериментально показано, что пластическое течение структурных элементов в окрестностях реяущего лезвия инструмента и в прире^цизых слоях струаки носит вихревой характер, что обусловлено высокими контактными давлениями на рабочих поверхностях инструмента.

2. Установлена связь удельной силы сцепления нероста с л У 1е запасенной энергией деформации в прарезыовнх слоях стружки. Эта связь обусловлена тем, что зависит ст накопленной плотности дислокаций. Максимальные б-шз ц степень упрочнения прирезцовых слоев стружи наблэдаятся йри скоростях резания, где формируется вакбольсая высота.лареела,.

Переход к вихревым структурам обеспечив?.!/.: увеличение степени упрочнения эатормоаенных объемов обрабатаврс.-.:сго :,:ате-рхела на передней поверхности инструмента л зх рост (развитие) с образованием нароста.

3. Разработан механизм гшггг.задо« мордах сплавов, учи-мвещкй колебстадьше процесс;; на с-дСотях поверхностях инструмента, которнз обу<5Лпд.-;.-.:шт ;-,ск?лху серен, образование макротрешш на менфачких грг-лйцах и вырыв зерен г.ар<$идяоа фазы. Теоретический яазголил оценить их начальное собственные частоты и избить вл*инае на иях массы зерен карбидной

фазы, состава и толщины связуюцей прослойки, направление на-гружащих сил. Показано, что начальные собственные частоты колебаний зерен карбидной фазы, с уменьшением их массы и при легировании связки металлами с высокими упрутш характеристкка-г.и, увеличиваются.

4. ¡1сследова}:кя;.ш работоспособности твердосплавного инструмента установлено, что наиболее важными параметрами, способе твуэдкми вырыву зерен карбидной фазы, является прочность адгезионного взаимодействия. обрабатываемого к инструментального \:атериелоа, запасенная энергия деформации в прирезцо-еых слоях струнки, ннесущгя частота колебаний инструмента, а также ¡.:acca зерна карбидной фазы,

5. На основс выявленных механизмов изнашивания разработаны методы упрочнения твердых сплавов, включающие:

- осаждение мягких слоев их тугоплавких металлов поверх твердого покрытия (A.c. & I633I27);

- конное азотирование основы, последующую вибраабразивнуа обработку и осаждение твердого покрытия (A.c. & I05II54);

- ионное азотирозакие предварительно спеченного твердого сплава (A.c. & 1446769).

Методы позволяют повысить износостойкость твердосплавного регущего инструмента до 1,5...2,5 раз.

6. Предложена методика расчета интенсивности изнашивания твердосплавного инструмента с учетом динамической составлящей величины износа.

7. Результаты проведенных исследований обобщены и внедрены в производство с общим экономическим эффектом 68 тысяч рублей.

Основное содержание работы опубликовано в следущих работах:

1. Исследование адгезии и наростообразования при реза-нт (в соавторстве) // Известия высших учебшх заведений. Машиностроение. - 1038. - » 10. - С. 141. ,

2. Упрочнение твердосплавного инструмента (в соавторстве) // Нагииостронтель. - 1SS&. - Ii 3. - С. 25.

3. Обобщенные модели изнашивания реиущего инструмента (в соч1Вторсгве)/ЯоЕЫ1аение эй^ктивности использования.автоматизи-

ТБ

роваяных комплексов на предприятиях Дальнего Востока // Тезисы докладов краевой научно-технической конференции. - Комсомольск -на-Амуре, 1989. - С. 38-43.

4. Механизмы изнашивания режущего инструмента на основе анализа динамических явлений при резании /Повышение эффективности использования автоматизированных комплексов на предприятиях Дальнего Востока // Тезисы докладов краевой научно-технической конференция. - Ксмсомольск-на-Амуре, 1989. - С. 44-46.

5.Диагностика износа и режущего инструмента я адаптивное управление станочными комплексами в автоматизированном производстве (в соавторстве) / Повышение эффективности использования автоматизированных комплексов на предприятиях Дальнего Востока // Тезисы краевой научно-технической конференции.-Комсоглольск-яа-Амуре, 1989. - С. II4-II5.

6. Способ изготовления ревущего инструмента // A.c. Я 1533127 Ш В23В 27/14, В323 7/02 (доя служебного пользования).

7. Способ обработки реауцего инструмента //A.c. Д 135I154 МКИ С23С 8/00 (Для служебного пользования).

8. Способ изготовления твердосплавного материала для реяу-иего инструмента // A.c. Л Г446769 Ш Б23Р 7/02, С22С I/O5, 25/03, В23В 27/14 (Для служебного пользования).

9. Способ изготовления режущего инструмента // A.c.

й 1508442 1ЛКИ В23? 7/00, В23В 7/02 (Для слухебного пользования)

10. Способ изготовления многослойных твердосплавных пластин для режущего инструмента // A.c. S I5I5537 ШИ В22Р 3/34, 7/02, С22С 29/02, В23В 27/14 (Для служебного пользования).

Полп.к печ.12.09.90. Формат 60x84 I/I6. Бумага писчая.Печать офсет. Уч.-изд.л.1,0. Тирах 100 экз. Заказ II. Бесплатно.

Лаборатория офсетной печати ПИ. 603IQ0.Горький,пр.Гагарина,!.