автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Повышение износостойкости фрезерного инструмента для обработки древесины

БРЯНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

^ 5ч" На правах рукописи

< ' ^

е.. <\/ \

ПЫРИКОВ Павел Геннадьевич

ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ФРЕЗЕРНОГО ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ

Специальность 05.21.05 - "Технология и оборудование деревообрабатывающих производств; древесиноведение"

I1

АВТОРЕФЕРАТ I

диссертации на соискание ученой степени |

кандидата технических наук ,

Брянск -1997

Работа выполнена на кафедре механической технологии древесины Брянской Государственной инженерно-технологической академии.

Научный руководитель - Член-корреспондент Российской инженерной академии,

доктор технических наук, профессор Е.А.Памфилов

Официальные оппоненты - доктор технических наук, Б.В.Пучков,

кандидат технических наук, доцент В.Г.Суханов

Ведущая организация - Акционерное общество Производственное объединение

"Одинцово"

Защита диссертации состоится "¿6" декабря 1997г в 40 _ часов на заседании Специализированного Совета Д.053.31.01 в Московском Государственном Университете леса в аудитории № 313.

Автореферат разослан " ноября _1997г

Просим Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах обязательно заверенных подписями направлять но адресу: 141001 г.Мытищи-1, Московской области, МГУЛ, Ученому секретарю.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУЛа.

Ученый секретарь Специализированного Совета, доктор технических наук, профессор Ю.П.Семенов

Актуальность темы. Перевод Российской деревообрабатывающей промышленности на рыночные отношения, рост числа экономически самостоятельных предприятий, а также активное проникновение на Российский рынок зарубежных Фирм, усилили остроту проблемы обеспечения конкурентоспособности отечественной продукции. Однако известно, что качество изделий во многом определяется эксплуатационными свойствами режущего инструмента, используемого для их изготовления. Это в полной мере относится и к Фрезерному инструменту, с помощью которого выполняется до 40 % от общего числа технологических операций по 1 обработке древесины резанием.

Повышение износостойкости Фрезерного инструмента достигает1- ' ся в настоящее время путем использования твердых сплавов и применением различных видов упрочнягаей обработки. Роль последней особо возрастает в связи с наметившейся тенденцией к замене твердосплавного инструмента менее дорогим, хотя при этом и менее стойким стальным , инструментом. Назначением упрочняющей обработки стремятся создать в 1

I

зонах износа благоприятную совокупность свойств поверхностных слоев: I микрогеометрию, микротвердость, остаточные напряжения и др. Среди отмеченных характеристик менее изученными и вместе с тем способными | существенно повлиять на характер изнашивания инструментальных мате- ' риалов, оказываются остаточные напряжения. Попытки управляемого Фор- | мирования требуемого их уровня представляют серьезную технологическую сложность, что связано с проблемой взаимоувязки уровней Факторов составлявших качество поверхностного слоя. Имеющиеся в литерату- | ре сведения не позволяют достаточно надежно оценить закономерности ! влияния остаточных напряжений, в том числе образующихся при упроч- ! няюцих обработках, на протекание процесса изнашивания инструмента. \

Отмеченное определяет актуальность обоснования принципов и | разработки приемов реализации управляемого и регламентированного Формирования уровня остаточных напряжений в инструменте в благоприятном сочетании с параметрами микротвердости и шероховатости поверхности режущей части с целью повышения износостойкости инструментальных материалов.

Цель работа. Повышение износостойкости Фрезерного инструмента на основе обеспечения благоприятного сочетания параметров шероховатости, микротвердости и остаточного напряженного состояния ин-

струментального материала при упрочняшей обработке.

Научная новизна. Впервые установлены закономерности влияния остаточных напряжений на износостойкость деревообрабатывашего Фрезерного инструмента. Разработаны основы конструктивного и технологического формирования регламентированного уровня остаточных напряжений в инструменте. Установлены закономерности влияния деформации поверхностных слоев на глубину электроискрового легирования и концентрацию легирукших элементов в инструментальном материале.

Практическая значимость работы. Разработан инженерный метод расчета допустимых величин- деформации инструмента с учетом остаточных и температурных напряжений, величины внешней нагрузки, поперечного сечения прикромочной зоны режущей части. Разработаны технологические рекомендации по созданию регламентированного уровня остаточных напряжений в инструменте при благоприятном сочетании с параметрами микротвердости и шероховатости поверхности. Разработана новая конструкция сборной Фрезы. Определены режимы выполнения электроискрового легирования, при которых обеспечивается существенное повышение износостойкости.

Реализация результатов работы. Результаты исследований и выработанные рекомендации прошли производственное опробывание и внедрены на АО ПКО "Заря" С г. Брянск > и АОПО "Одинцово" С г. Один-цово. Московской области ).

Апробация работы. Материалы исследований обсуждались на семинарах и научно-технических конференциях БрГИТА в 1994-199? гг., на заседаниях каФздры станков и инструментов МГУЛа в 1997 г.

Публикация работы. ГЬ материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ. Получено положительное решение о выдаче патента на изобретение "Сборная Фреза" N 95114076/13 С от 30.05.96 г. )

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шеста глав, общих выводов и рекомендаций, списка литературы С 148 наименований ) и приложения. Обший объем работы 215 страниц, включая 51 рисунок и 9 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ"

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сфор-

мулированы цель и задачи исследований, приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены особенности изнашивания и пути повышения износостойкости фрезерного инструмента, выполнен аналитический обзор основных работ по вопросам.связанных с изучаемой проблемой.

Затупление Фрезерного инструмента, являясь сложным Физико-химическим процессом, представлено совокупностью механических,

1

тепловых, электрохимических и других явлений, степень влияния которых на износ инструмента в существенной степени определяется комплексом характеристик поверхностного слоя режущей части. Среди них наиболее доминирующими оказываются остаточные напряжения, шероховатость и микротвердость.

Процесс изнашивания условно разделен на период приработки С протекающий, главным образом, в виде микровыкрашивания режущих кромок ) и период установившегося изнашивания (в виде постепенного истирания инструментального материала ). Однако, как правило, данный процесс у фрезерного инструмента в течение всего периода стойкости реализуется за счет преобладающего микровыкрашивания, развивающегося с увеличением роста микротрещин на режущих кромках. Этому в определенной мере способствуют остаточные напряжения растяжения, Форми-руюциеся в инструментальном материале при заточке, а также высокие окружные скорости резания Сдо 65 м/с и выше), относительно малые углы заострения инструмента (38-40 град), высокие удельные давления на радиусную и прилегаяцую к ней зоны режущей части С800 МПа и выше), высокий градиент температур на лезвии Симпульсные всплески до 600-800 град С), физико-химические особенности строения древесины. Принимая во внимание, что процессы разрушения протекают главным образом в поверхностных слоях инструмента, решение проблемы повышения его износостойкости представляется возможным на основе обеспечения здесь благоприятного сочетания параметров микротвердости, шероховатости и остаточных напряжений.

Достигнуть требуемого сочетания параметров указанных характеристик возможно при последовательном направленном Формировании на стадиях термообработки,заточки и упрочнении инструмента. Важная роль при этом принадлежит технологической наследственности, на основе которой выбирается вид, устанавливаются режимы и определяется послеяо-

вательность выполнения каждой операции. Вопросам технологической оптимизации параметров составляющих качество поверхностей уделено большое внимание в работах: В.В-Амалицкого, С. А.Воскресенского.Г. А.Зотова. Е.Г.Ивановского, Н.А.Кряжева, В.И.Любченко. А.В.Моисеева, А.С.ГТро-никова, Е.А.Памфилова, В.С.Рыбалко, Э.В.Рыжова, А.Г.Суслова и других. Однако их анализ позволяет отметить существенные технологические сложности. возникающие, при традиционных попытках управления уровнем остаточной напряженности в инструментальном материале. С учетом этого, в соответствии с поставленной целью, в данной работе решались следукщие задачи:

1. Уточнить закономерности процесса изнашивания Фрезерного инструмента с целью выявления Факторов, оказывающих наибольшее влияние на интенсивность его протекания.

2. Теоретически и экспериментально обосновать принципы создания благоприятных с позиций сопротивляемости износу характеристик поверхностных слоев режущей части.

3. Разработать методику управления уровнем напряженного состояния в режущей части инструмента по конструктивному и технологическому направлениям.

4. Разработать методику исследования закономерностей изнашивания Фрезерного инструмента по механизмам микровыкрашивания режущих кромок и постепенного истирания инструментального материала в зависимости от уровня Формируемого напряженного состояния в прикромочной зоне.

5. Исследовать влияние формируемых напряжений на закономерности и интенсивность изнашивания Фрезерных инструментов.

6. Выработать рекомендации по выполнению упрочняющей обработки Фрезерного инструмента с последующим внедрением в производство.

Вторая глава посвещена исследованию закономерностей влияния остаточных напряжений на процесс изнашивания фрезерного инструмента.а также выработке путей управления напряженным состоянием в сочетании с микротвердостью и шероховатостью поверхности режущей части.

Факторами, способствупцими появлению остаточной напряженности в инструментальном материале, можно считать преимущественно его пластическую деформацию Сс^З, поверхностный или объемный нагрев(<^£ ) и изменения фазового состава С ¿£ф~)

Как правило, на стадиях подготовки инструмента в его режущей части образуются остаточные напряжения растяжения. При этом интенсивность изнашивания инструмента на этапе приработки представляется функцией

где а-длина микротрещин, которые с учетом действия остаточных напряжений и усталостного роста не достигнут критического состояния при котором возможно отделение продуктов износа; 0С - длина микротрещин, превышение которой приведет к износу путем микровыкрашивания.'Дс^дли-на микротрещин, соответствующая максимальному влиянию активных сред. Влияние остаточных напряжений растяжения на износ инструмента в этот период проявляется в снижении усталостной прочности материала посредством увеличения интенсивности роста микротрещин и трещинообраз-ных дефектов в поверхностных и подповерхностных слоях до некоторого критического значения Од , при котором происходит отделение продуктов износа (выкрошин) с изменением удельного давления и контурной площади контакта поверхности резца с древесиной. Таким образом, основное уравнение фрикционно-усталостного изнашивания инструмента

уточнялось с учетом роли остаточных напряжений:

где Ту и начальный и конечный момента работы инструмента, /7 -число единичных резов инструмента за рассматриваемый период эксплуатации, Ра(п)~ Функция изменения давления на рабочие поверхности резца по мере увеличения времени эксплуатации,^;^)- функция изменения КПК поверхности резца и обрабатываемого материала, С = , где и упругие постоянные Кирхгофа инструментального и обрабатываемого материала соответственно, рС - коэффициент, учитывающий особенности изнашивания более жесткого тела менее жестким.

Увеличение удельного объема и уменьшение плотности инструментального материала, также обусловленные действием остаточных напряжений растяжения,являются предпосылками интенсификации диффузии химически активных продуктов деструкции древесины и водорода в поверхностные слои, что влечет охрупчивание и повышенную истираемость ин-

струментального материала в период установившегося изнашивания, способствуя снижению режущей способности инструмента и его затупление. С учетом этого, уравнение интенсивнос-

ти изнашивния инструментального материала, имеющего жесткость большую, чем жесткость обрабатываемого материала, что характерно для фрезерования древесины, с учетом влияния остаточных напряжений представляется в виде : Л

где Физико-механические свойства относятся к материалу инструмента, а микрогеометрическе-к поверхности среза древесины^ ^ + 4 ——

Присутствующие в инструменте остаточные напряжения сжатия Скак правило незначительные) затрудняют раскрытие устьев микротрещин, препятствуют попаданию в них химически активных веществ, находящихся в контактной зоне и уменьшают интенсивность трещинообразова-ния, что в итоге способствует повышению сопротивляемости инструмента изнашивнию.

С учетом вышеизложенного предложены конструктивный и технологический приемы управления уровнем напряженного состояния в инструменте с целью формирования благоприятных напряжений сжатия. Реализация первого заключается в направленном деформировании режущего элемента в области прикромочной зоны Срис.1 а), в результате чего в последней образуется уровень сжимающих напряжений определенной ориентации. Наиболее предпочтительной с технологической точки зрения оказывается деформация поперечным изгибом в осевом направлении.

Принимая во внимание способность напряжений изменять свой уровень под действием внешних нагрузок и повышенных температур в ходе резания, расчетными методами устанавливались величины деформации инструмента, назначение которых не вызовет релаксацию сформированных напряжений. В расчетах учитывались: фактор остаточных и температурных напряжении, коэффициент поперечного сечения образца, фактор влияния сил сопротивления резанию, а также температурный диапазон деформации, лимитирующийся теплостойкостью исследуемых материалов-инструментальных сталей 8Х6НФТ и Р6МЗ. Деформируемой моделью являлся нож сборной цилиндрической фрезы.

Криволинейность режущей части инструмента при деформации

Оседав схожие

Снятие вефориируюией нпгрузки

Поперечный осе&ой ициЬ ¡¡адиальиый ицио

3 4

ОбоабапыЬаемаа

Упроииаюмее У ШдейстЬие

I Техмпогическое I деформироЬачие

9

Рис. 1. Способы управления уровнем напряженного состояния в режущей части инструмента Са- по конструктивному приему: б- по технологическому приему на основе электроискровой упрочняодей обработки!)

обусловливет частичную переориентацию касательных нагрузок,действую- 1 ишх со стороны подрезанного слоя в тангенциальном направлении в осевые нагрузки. Это приводит к более плавному врезанию инструмента и обусловливает некоторое снижение удельной силы резания = ((цр^где удельная сила резания для недеформированного инструмента. -коэффициент криволинейное™ режущей кромки (\\KP~\J~p + '^где Г -площадь стружки, срезаемой недеформированным резцом,^, -то же при его деформа- I ции. В рамках анализа данного процесса рассматривалась динамика ориентации отдельных участков режущей кромки относительно вектора главного движения в пределах^онт- При этом вводились: угол положения режущей кромки относительно вектора , динамические отклонения инструмента от траектории резания в вертикальной и горизонтальной плоскостях, угол при котором режущая кромка инструмента полностью зал*

действовала в процесс стружкообразования, угол '/¿р, при котором режущая кромка полностью' выходит из контакта с древесиной, величина деформации инструмента С ). Важное значение в исследованиях отводится выработке требований к обеспечению точности обработки. В этой связи

устанавливались величины деформации инструмента, при которых погрешность обработки не превысит допустимых отклонений обрабатываемой заготовки, регламентированных ГОСТ 6449.1-82. Анализ проводился с мини мизацией номинального диапазона длин заготовок, допустимого для обработки на фрезерных станках типа Ф-4. Параметрами, влияющими на точность обработки являются: радиус кривизны режущего элемента £ С Я = ^^^-¿бг^п^у, где % -радиус резания): угол между образующими кромо режущего клина @ С 8 " {, где А - показатель криволинейности ! площадь сегмента рс С ~^Л.,где £ - длина режущей кромки недеФо

мированного инструмента, принимаемая за базовую Э. Высота кинематиче ких неровностей Л \) ^ „ у^г ^ V¡-ш"^]

Суммарная погрешность обработки = Ь +- А Ь * гдеЬ-глубина волны в про дольном направлении ^ _ ^ 2 + ^ . £ ■ х • ' I .

Однако, только за счет конструктивной деформации не удается в полной мере достичь сбалансированного сочетания характеристик поверхностного слоя. С учетом этого разработан новый прием выполнения упрочняшея обработки инструмента на основе электроискрового упрочнения. Предварительные исследования показали, что напряженное состояние поверхностных слоев во многих случаях не оказывает влияние на величину и глубину залегания остаточных напряжений. Формирующихся при данной упрочняющей обработке. Величина и знак остаточных напряжений определяются, главным образом, условиями и режимами упрочнения.Поэтому предполагалось, что если в упрочняемом инструменте искусственно создать определенный уровень предварительной: напряженного состояния (напри мэр,направленной деформацией- рис.1 б) а затем выполнить упрочнякщую обработку поверхности, то после снятия деформирующей нагрузки и возврате инструмента в исходное .положение в слоях, задействованных в процесс упрочнения, образуются прогнозируемые остаточные напряжения сжатия. Их появление обусловленс тем, что величина предварительно сформированных в инструменте напряжений превышает величину остаточных напряжений, формирующихся пр& упрочняшей обработке. Знак и величина остаточных напряжений в итоге определяется режимами обработки и условиями создания предварительного напряженного состояния. Предпочтительнее всего оказываете; деформирование инструмента поперечным изгибом таким образом, чтобы е

зоне воздействия электроискровых разрядов возникали напряжения растяжения -(Эост./К ' где^гф~ веЛ11ЧМна деформационных напряжений растяжения,(З^гр- остаточные напряжения, формируемые при упрочняющей обработке.СЗоег. ~ напряжения, обеспечивающие наибольшую износостойкость инструмента. К, - коэффициент,зависящий от свойств инструментального материала и условия выполнения упрочнения. Режимы выполнения упрочняющей обработки предполагалось устанавливать с позиций Формирования благоприятных параметров микротвердости и шероховатости упрочненной поверхности.

В результате структурных превращений в поверхностных слоях, задействованных в процесс упрочнения. Формируется качественно новый уровень напряженного состояния, отличный от исходного. Поэтому ожидалось, что напряжения, существовавшие в материале до упрочнения, переформировываются по крайней мере в слоях, определяющих износостойкость поверхности. Управление параметрами шероховатости инструмента при упрочнении по предлагаемому приему предполагалось обеспечить лепестковым шлифованием. Наряду с Формированием и регламентацией благоприятных напряжений сжатия в инструменте ожидаемым результатом от применения предварительной деформации являлось увеличение глубины легирования и концентрации легируших элементов в поверхностном слое.что способно стать одной из причин повышения его микротвердости.

В третьей главе представлена комплексная методика экспериментальных исследований в лабораторных и производственных условиях. По каждому этапу определены цель и задачи, оценочные показатели и измеряемые параметры, методы измерений, конструкции экспериментальных установок,Факторы и диапазоны их варьирования,последовательность проведения экспериментов, методы обработки полученной информации. Планирование исследований закономерностей изнашивания инструмента строилось с учетом необходимости дифференцированной оценки сопротивляемости режущих элементов износу, проявляющемуся в виде микровыкрашиваиия лезвия и постепенного истирания рабочих поверхностей. В качестве исследуемых образцов использовались сменные ножи сборных Фрез (90x40x3 тип 1 ГОСТ 6567-75) и ножевых валов С410х40хЗ тип 1 ГОСТ 6567-75). Изнашиваемым материалом являлась древесина березы (ГОСТ 2695-83).

В качестве основного варьируемого параметра принималась ве-

личина деформации образца, по изменению которой оценивалось влияние уровня Формируемых напряжений в сочетании с параметрами шероховатости и микротвердости поверхности на износостойкость исследуемых материалов. Диапазон назначаемых величин деформаций образцов составлял 0.05-0.25 X. При электроискровой упрочняющей обработка использовались электроды' из твердого сплава ВК6-0М. Оценка износа образцов проводилась по изменению линейных и угловых параметров изнашиваемой части по разработанной методике расчета на ЭВМ с использованием методов профилографирования и отливок. Программой исследования Физико-механических свойств материалов образцов предусматривалось определение напряженного состояния, микротвердости, релаксационной стойкости Формируемых напряжений. Влияние деформации поверхностных слоев на насыщаемость легируодими элементами и глубину диффузного слоя при электроискровой упрочняшей обработке исследовалось рентгено-спек-тральным анализом. Достоверность результатов обеспечивалась в рамках планирования эксперимента: анализ статистической значимости результатов проводили методами статистического анализа и теории вероятностей по критериям Стыодента, Фишера, Кохрена.

В четвертой главе приведены результаты исследований влияния деформирования ножей сборных фрез на характеристики рабочих поверхностей, закономерности изнашивания инструмента и точность обработки.

Установлено, что присутствие в поверхностном слое инструмента после заточки остаточных напряжений растяжения характеризует преобладание структур отпуска с уменьшенным удельным объемом и невысокой микротвердостью.С увеличением деформационных напряжений сжатия отмечен рост микротвердости. Наибольшие ее величины составили для стали 8Х6НФТ - 3.4, для стали Р6М5 - 4.2 ГПа прц величине деформации 0.25 X. Возрастание уровня микротвердости продолжается до момента перехода упругих деформаций в область пластичности.

Деформация режущих элементов также оказывает влияние и на параметры шероховатости поверхности, что выражается в повышении высотных С Йа ) и уменьшении шаговых С Э, 5гп )- при расположении следов от механической обработки перпендикулярно лезвию. При их параллельной ориентации существенного изменения параметров шероховатости не установлено.

С целью выявления закономерностей влияния на износ инструментальный материалов Формируемых деформацией характеристик поверхностного слоя и уточнения с учетом этого наиболее благоприятной величины деформации инструмента, испытания проводили по планам одно-Факторньи экспериментов в сравнении с недеформированными' образцами. Установлено снижение величины выкрашивания режущих кромок на 40-50 X. истирания на 10-15 X при величине деформации 0.20 X. Степень влияния сформированных напряжений на износ инструментальных материалов определяется релаксационной стойкостью, с снижением которой эффект упрочнения ослабевает. Увеличение интенсивности изнашивания инструмента при величине деформации 0.25 % Срис. 2 а) свидетельствует о том, что лимитирующим условием для сохранения напряженного состояния в прикромочной зоне инструмента при заданных условий изнашивания С контактного давления, скорости, тепературы ) оказывается необходимость соблюдения температурного режима. В данном случае, уровень сформированных в образце деформационных напряжений не соответствует температурному градиенту, обусловленному условиями трения, что приводит к превышению предела текучести инструментального материала в локальных областях поверхностного слоя, их микропластической деформации а, следовательно, и релаксационным процессам.

Исследования показали, что при величине деформации инструмента в пределах 0.05-0.20 X в большинстве зон поверхности режущей части при контактировании с древесиной предельное состояние, достаточное для релаксации деформационных напряжений сжатия не достигается, что обусловливает изнашивание инструментального материала в виде преобладающего относительно стабильного истирания.

В целях обоснования назначаемой величины деформации инструмента с позиций обеспечения точности обработки проводились исследования партии заготовок, обработанных типовым и деформированным инструментами. С увеличением деформации режущей части отмечен рост величины погрешности Формы обработанных заготовок. На основании статистического анализа результатов установлено, что суммарная величина погрешности заготовки, обработанной инструментом с деформацией 0.20 X С наиболее благоприятная величина с позиций износостойкости ) не превышает поля допуска 12 квалитета.

В пятой главе приведены результаты исследований законо-

'Л.

<е

15

/з <г ■и /о 9

Г

6 5

\

\

4х

Г/1

¿>,05

О/ 0/5

О, го

м<нУки 9

<5 Г 6 6 А

г

1

{ \

\

№

0.У

О

№ £'а

Рис. 2. Влияние деформации на интенсивность изнашивания образцов С а- упрочненных по конструктивному приему: б- после электроискровой упрочнения с предварительной деформацией ; с?-Я^Г/ЧГ

мерностей влияния режимов

электроискрового упрочнения и величинь предварительной деформации инструмента на Формируемые параметры остаточных напряжений, струкп'рныэ превращения и микротвердость поверхностных слоев, а также влияние указанных характеристик на сопротивляемость изнашиванию инструшнтальных материалов при Фрикшоннок взаимодействии с древесиной в условиях цилиндрического фрезерования.

Установлено, что деформация инструмента при электроискровом упрочнении по режимам, благоприятным с позиций Формирована микротвердости и шроховатости поверхности способствует образована благоприятных остаточных напряжений сжатая на величину 0.6-0.8 ГПа < распространением на глубину более 100-120 мкм.

Значительное влияние предварительная деформация инструмента оказывает на насшаемость поверхностного слоя легирушими элементами. что способствует повышению микротвердоста в поверхностаы:

слоях до 6.5-7.5 ГПа. В зависимости от сочетания режимов обработки и величины деформации глубина диффузного слоя составляет до 500 мкм.

Управление параметрами шероховатости поверхности упрочненного инструмента проводилось лепестковым шлифованием. Данная обработка не вызывает пластическое деформирование поверхностного слоя и практически не влияет на релаксацию сформированных напряжений.

Эффективность способа упрочнения инструмента с предварительной деформацией оценивалась по результатам исследований стойкости неупрочненного инструмента и инструмента, упрочненного по традиционной схеме. Дифференцированный подход к анализу закономерностей процесса изнашивания позволил отметить снижение величины выкрашивания режущих кромок в среднем на 30-35 X: истирания на 13-15 X ( по сравнению с недеформированным инструментом ) - рис. 2 б.

Топография изношенных поверхностей образцов после завершения испытаний на износ позволяет, на наш взгляд, сделать вывод о преобладающей роли истирания в процессе изнашивания инструмента,уп-рочненного электроискровым способом с предварительной деформацией,что способствует более длительному сохранению его режущей способности.

В шестой главе приведены результаты стойкостиых испытаний упрочненного инструмента С фрезерных ножей ) в производственных условиях АО ГКО "Заря" Сг. Брянск) и АОПО "Одинцово" С г. Одиниово Носков- 1 ской области) при обработке столярно-строительного погонажа и изделий 1 мебели. По результатам испытаний стойкость ножей, упрочненных по конструктивному способу, возрастает в среднем на 30-40 X: по технологическому - на 50-60 X по сравнению с неупрочненными. Экономический эффект от внедрения результатов работы на указанных выше ' предприятиях составил 18840000 рублей в ценах 1996 г.

Следует отметить, что область применения предлагаемых . способов повышения износостойкости инструментальных материалов не ограничивается деревообрабатывающим и, в частности, исследуемым инструментом. Предлагаемые способы применимы также для инструмента, обрабатывающего легко деформируемые металлы и сплавы, пластмассы и пластики, резину и т.д. Поэтому ожидаемый или Фактический экономический эффект от внедрения разработанных методических указания, с учетом количества экспериментальных установок, эксплуатируемых по предлагаемым методикам, составит, по видимому, величину большую, по

сравнению с вышеприведенной расчетной.

ВЫВОДЫ

1. Износостойкость фрезерного инструмента в существенной степени определяется микротвердостью, шероховатостью и напряженным состоянием поверхностного слоя режущей части, направленно воздействуя на которые представляется возможным управлять интенсивностью протекания процессов изнашивания инструментальных материалов.

2. Уточнены с учетом роли остаточной напряженности закономерности влияния характеристик качества рабочих поверхностей инструмента на сопротивляемость их изнашиванию, на основе которых предложены конструктивные и технологические приемы комплексного Формирования благоприятных уровней остаточных напряжений сжатия, микротвердости и шероховатости поверхностного слоя при упрочняющих обработках.

3. Получены расчетные модели для прогнозирования величины и глубины залегания остаточных напряжений на стадиях формирования при упрочняющей обработке в зависимости от условия эксплуатации инструмента и свойств инструментальных материалов.

4. Обеспечение благоприятного сочетания параметров напряженного состояния, микротвердости и шероховатости рабочих поверхностей инструмента предлагается методами его направленного деформирования. Установлены условия достижения требуемой точности обработки деформированным инструментом.

5. Установлено, что формирование благоприятных остаточных напряжений сжатия в инструменте при электроискровой упрочняющей обработке достигается за счет воздействия электрических разрядов на предварительно деформированную упрочняемую поверхность. Определены величины предварительной деформации и режимы выполнения упрочняющей обработки.

6. Разработаны методы исследований износостойкости инструмента, обеспечивающие возможность дифференцированной оценки влияния напряженного состояния режущей части в сочетании с формируемыми параметрами микротвердости и шероховатости поверхности на закономерности изнашивания инструментальных материалов.

7. Наибольшая сопротивляемость износу инструмента из сталей 8Х6НФТ и Р6М5 установлена при величине микротвердости 3.8-4.2 ГПа, шероховатости поверхности С Ra ) 0.8-1.2 мкм и сжимающих напряжений. благоприятное сочетание которых обеспечивается при величине j деформации режущей части 0.20 %. Коэффициент износостойкости при | этом составил для инструмента из стали 8Х6НФТ - 1.4, из стали Р6М5 -1.3 по сравнению с неупрочненным инструментом. !

8. Комплексное формирование благоприятных параметров ; микротвердости С 6.4: 7.4 ГПа ), шероховатости поверхности С Ra ' 0.8-1.2 мкм ) и остаточных напряжений сжатия С 0.75-0.8 ГПа ) при | электроискровой упрочняшей обработке обеспечивается при величине его предварительной деформации в пределах 0.15-0.20 % в " диапазоне ' силы тока короткого замыкания 0.8-1.5 А и числе разрядов 290-310 1/см. Коэффициент износостойкости упрочненных материалов при этом | составил 1.6 С для стали 8Х6НФТ ) и 1.5 С для стали Р6М5 ). j

9. Внедрение способов повышения износостойкости инстру- 1 ментов и технологических рекомендаций по их реализации осуществлено ! на АО ПКО "Заря" С г. Брянск ) и АОПО "Одинцово" С г. Одинцово Мое- j ковской области 3 с экономическим эффектом в размере 18840000 руб- j лей в ценах 1996 г.

I

Основное содержание диссертации отражено j в следующих работах

i

1. Буглаев A.M., Пыриков П.Г. Исследование стойкости фрез для I обработки сложнопрсфильных дубовых заготовок.// Науч.тр./ БрГИТА. - ! 1995. - Вып. 1. - с. 76. !

I

2. Памфилов Е.А., Пыриков П.Г. Повышение износостойкости но- j жей сборных фрез.//"Машиностроитель", 1996.. N9, с. 22.

3. Памфилов Е.А., Пыриков П.Г., Муленина Т.И. Некоторые пути повышения износостойкости инструментов для обработки неметаллических материалов.//Тез. докл.Международная науч.-техн. конф. "Современные проблемы машиностроения и технический прогресс" 1996г.- Севастополь, с. 230-233.

4. Памфилов Е.А., Буглаев A.M., Шуленина Т.И., Пыриков П.Г. Повышение долговечности деталей машин и инструментов электроФизичес-

кими методами.//Тез.докл. Всероссийской науч.-техн. конф."Теория, проектировние и методы расчета лесных и деревообрабатывающих машн". МГУЛ.-1996. с. 23-24.

5. Пам&илов Е.А., Пыриков П. Г. Повышение износостойкости ножей дереворежущих инструментов.//"Дзревообрабатывакцая промышюн-ность". 1996., N3, с. 28-29.

6. Памфилов Е.А., Пыриков П.Г. Управление остаточными напряжениями в режущем клине new упрочняющих обработках.// Тез. докл. Международной науч.-техн. конф. "Износостойкость машин".-Брянск. БрГИТА, 1996. с. 44-45.

7. Памфилов Е.А., Буглаев А.М., Шуленина Т.И., Пыриков П.Г. Повышение стойкости дереворежущих инструментов электрофизическими методами.//Науч. труды./БрГИТА.-1996.~ Вып.2. - с. 56-57.

8. Пыриков П.Г. Повышение износостойкости ножей Фрезерных, фуговальных и рейсмусовых станков.// Тез. докл. Республиканской науч.-техн. конФ."Создание ресурсосберегающих машин и техноло-гий".-Могилев, ыашиностоит. институт, 1996.- с. 33-34.

9. Памфилов Е.А., Пыриков П.Г. К вопросу повышения износостойкости режущих инструментов.//"Станки и инструмент", 1997., N ,с.

10. Памфилов Е.А., Пыриков П.Г. К вопросу изнашивания инструментов с деформированной режущей частью.//Науч.труды./ БрГИТА.-1997.- Вып.З. - с. 44-45.

11. Буглаев A.M., Пыриков П.Г. "Сборная фреза".3аявка на изобретение N 95114076/13 от 30.05.96 г.

12. Памфилов Е.А., Пыриков П.Г. "Способ повышения износостойкости сменных режущих элементов". Заявка на изобретение N 95117468/02 от 10.10.95 г.