автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение износостойкости режущего твердосплавного инструмента путем насыщения его поверхностей твердыми интенсификаторами охлаждения

о а

и--

На правах рукописи

АХМАРОВ РАМЗИД ГАВИСОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ РЕЖУЩЕГО

ТВЕРДОСПЛАВНОГО ИНСТРУМЕНТА ПУТЕМ НАСЫЩЕНИЯ ЕГО ПОВЕРХНОСТЕЙ ТЗЕРДЫГЛИ ИНТЕНСИФИКАТОРАГУШ ОХЛАЖДЕНИЯ

Специальности 05.03.01 - Процессы механической и фи г: ■ -

технической обработки, сгян! ч и инструмент

Автореферат диссертации на соискание ученой стстмт кандидат т*ничосм1х нч . -

Работа выполнена в Башкирском госуд^рстреи ном эграрром университете.

Научный руководитель: кандидат техни,4ед^их,даук,

доцеит.САфИУЛЛИН Э,Н.

Научный консультант: заслуженный деятель науки

Республики Башкортостан, кандидат технических наук, профессор ЛЕВИН Э.Л.

Официальные оппоненты ¡доктор технических наук,

профессор ШУСТЕР Л.1Д; кандидат технических наук ЮРЬЕВ В.Л.

Ведущая организация: УАП «Гидравлика»,.г. Уфэ

Защита состоится «30 » ЛМ^&^'Ъ 199 г. в -/Уч. в актовом зале 1 корпуса на заседании диссертационного сорета Д063.17.01 при Уфимском государственном авиационном техническом университете по адресу: 450025, Уфа-центр, ул, К. Маркса, 12, УГАТУ,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан «. // .» __года

Ученый секретарь диссертацион^огр сове.та

А.М. СМЫСЛОВ

ОЁЩАЯ: ХАРАНТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работ; Работоспособность и надежность сельскохозяйственных машин, тракторов и автомобилей в значительной степе-Ш' зависят от качества.изготовления й восстановления их деталей. D «стоящее время обработка резанием является одним из основных способов достижения заданных размеров, качества поверхности и требуемой точности, которые могут обеспечиваться лишь при высокой износостойкости металлорежущего инструмента. Несмотря на большое количество работ, направленных на решете указанной проблемы, вопрос далек от окончательного решения.

Одним из методов повышения износостойкости твердосплавного инструмента может служить применение твердых интенсификаторов охлаждения (ТИО). Вместе с тем для их практического использования необходимо решение целого ряда теоретических и методических вопросов.

Цель работа.Повышение износостойкости твердосплавных режущих инструментов за счет насыщения их поверхностей ТИО с антифрикционными свойствами.

Для достижения поставленной цели предусматривалось решение следующих задач:

1.Разработать технологию получения ТИО на рабочих поверхностях твердосплавного инструмента, а также исследовать структурно-фазовый и химический состав насыщенных слоев.

2.Выполнить теоретическое исследование влияния ТИО на распределение температурных полей в зоне резания.

3.Провести экспериментальные исследования влияния ТИО на температуру и силы резания, процессы стружкообразования, микрогеометрию обработанной поверхности и износостойкость инструмента.

4.Оптимизировать режимы резания при точении конструкционных сталей и наплавленных слоев восстанавливаемых деталей инструментом с ТИО.

5. Провести производственные испытания и внедрение режущих твердосплавных инструментов с ТИО, дав им экономическую оценку.

Автор выносит на защиту:

1.Результаты исследований структурно-фпзотго и химического состава насыщенного ТИО слоя твердосплавного инструмента.

С .Методика и результаты расчета теплегчх imrll в г.пно ¡».чушая для инструмента, имеющего впсокиП грплшчгг T'WMjwsrtPT.ix упр-ч: •

тористик Б насыщенном ТИО слое.

3. Результаты экспериментальн-л. исследований влияния ТИО на основные характеристики процесса резания, а также производственные испытания инструментов с ТИО и их внедрение.

Методика исследований.Экспериментальные исследования цо влиянию ТИО на температуру и силы резания,процессы стружкооОразования, микрогеометрию обработанной поверхности и износостойкость проводились с применением известных методик и стандартного оборудован:"!. Для получения ТИО на рабочих поверхностях твердосплавного инструмента использована водородная печь ICTH-I.25.IQ/25A. Влияние химического и структурно-фазового состава ТИО на структурные изменения в твердых сплавах определялось с помощью исследовательского комплекса, содержащего сканирующий микроскоп JSM-840A (Япония) и анализатор LINK SYSTEM 860 (Англия), а также рентгеновской установки ДРОН-2 (СиКа - излучение со щелями 'Соллера, имеющих расходимость 1,&°). Измерение коэффициента теплопроводности образцов проводилось на приборе ИТЭМ-1М. Температурное поле в режущем клине изучали методом, разработанным Московским химико-технологическим институтом и Мосстанкином, с помощью многопозиционного цветного . термоиндикаторного вещества (ЦТИВ) марки ТХИ-46М. В качестве обрабатываемых материалов были приняты наиболее применяемые в. сельхозмашиностроении стали 45 И 40Х и слой, наплавленный проволокой Св08Г2С, резцами оснащенными.пластинами: ТН20, TI5K6, T5KI0, KHTI6, ВК8 с насыщением и без ТИО. Режимы резания! скорость- v=1+4 м/с; подача S=0,07*0,26 мм/oö, глубина t=0,25+lMM; без применения смазочно-охлаждагацих технологических ■ средств (СОТС). Геометрия режущих пластин: ч=-7°; а=7°; tp=60°; ф^г^зМЭ.в мм; 1=11,5 мм; ЫЭ. Ис-.следования проводились на основе методов многофакторного планирования эксперимента и обработкой данных с помощью ПЭВМ.

Научная новизна.

1.Установлено, что при насыщении ТИО режущих пластин повышение их износостойкости обеспечивается " вследствие изменения химического и структурно-фазового состава поверхностных слоев твердого сплава, снижения контактных температур и значений их градиентов, а также возникновения антифрикционного контакта между инструментом и обрабатываемым материалом.

2.Разработана математическая модель расчета тепловых полей в зоне резания для инструмента, имеющего высокий градиент теплофизи-

ческих характеристик в насыщенном ТИО слое.

3.На основе установленных закономерностей влияния элементов рожима резания'на температуру и силы резания, коэффициент усадки стружки, микрогеометрию обработанной поверхности и интенсивность изнашивания доказана применимость "Положения (закона) постоянства оптимальной температуры резания" для инструментов с ТИО. Установлено, что при насыщении твердого сплава ТИО формируется новое физико-химическое состояний поверхности инструментального материала, для которого характерна своя оптимальная.температура резания.

4.Установлено, что при температурах резания 1Ю0И300К, сопровождающихся интенсивным! диффузионными явлениями, медь, мигрируя вглубь поверхности твердого сплава, образует новый насыщенный слой, обеспечивая тем самым эффект ТИО во всем периоде эксплуатации инструмента.

Практическая ценность.

1.Установлено, что повышение износостойкости твердосплавных режущих пластин можно осуществить путем термодиффузиоиного насыщения нетугоплавким высокотеплопроводным антифрикционным металлом -медью.

2.Разработана технология получения ТИО на рабочих поверхностях твердосплавных режущих плэстин.

3.Разработаны модели для расчета оптимальных режимов резания твердосплавным инструментом с ТИО при точении сталей 45, 40Х и наплавленных деталей.

4.Установлено, что при получистовом и чистовом точении конструкционных сталей и наплавленных деталей наибольшей износостойкостью обладает сплав ТН20 с ТИО.

Внедрение.Результаты исследований внедрены на заводах "Бпш-сельмои" и автосамосвалов г.Нефтекамск, ремонтно-технических предприятиях (РТП) Буздякского и Кармаскалинского районов Республики Башкортостан, а также совместно с Чирчикским филиалом научно-исследовательского института (ЧФ ВНИИТС) на заводах кузнечно-прессового оборудования и карданных валов г.Чимкент (Республика УзО"кцстан), специального технологического оборудования (г.Повопо-линск), ПО "Гидроаппарат" (г.Ульяновск) и ряде предприятий оборонного комплекса..

Апробация.Результаты исследований доклздтллпсь нл Исссого поп НТК "Теплофизика процессов лезвийной обработки" (г. Тельятгя, !'.'■: г.), Всесоюзном семинаре "ИнтенсиФикяша мехтг.пси.ч-:! СС1

Сотки за счет внедрения высокоэффективного инструмента из твердых сплавов, сверхтвердых материалов режущей керамики"(г.Ташкент, НПО "Технолог", 1987г.). Всесоюзной НТК "Новые материалы и ресурсосберегающие технологии термической и химико-термической обработок деталей машин и инструмента" (г.Махачкала,I989г.),зональных и внутривузовских НТК и семинарах в городах: Челябинск, Ульяновск, Свердловск, Уфа. Режущие инструменты с ТИО экспонировались на Всероссийской выставке "Машиностроительная технология 87"(Уфа, ' УМД987).

Структура и объел диссертации.Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы, приложений и изложена на 128 страницах машинописного текста, содержит 15 таблиц, 52 рисунка,130 наименования литературы и 58 страниц приложений

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность теш диссертации в связи с проблемами повышения износостойкости твердосплавных режущих рластин при обработке конструкционных сталей и наплавленных слоев восстанавливаемых деталей. Приведены основные результаты и положения, разработанные автором и выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены существующие способы повышения износостойкости твердосплавных инструментов при механической обработке. Обычно повышение их износостойкости осуществляется путе»/ выбора оптимальных режимов резания, геометрии инструмента, применением СОТС, нанесением износостойких покрытий. Однако с появлением новых труднообрабатываемых материалов эти способы в настоящее время не полностью удовлетворяют производство.

Материалы твердых сплавов содержат карбиды вольфрама - ка1 основной компонент. Из-за дефицитности вольфрама и кобальта разработаны безвольфрамовые твердые сплавы (БВТС) на основе короидо! титана с никель-молибденовой связкой. БВТС имеют более низкий коэффициент трения и меньшую адгезию с обрабатываемым материалом что обуславливает меньшие силы резания и шероховатость - обработанной поверхности. Однако использование БВТС сдерживается их низким] теплофизическими свойствами, вызывающими локализацию тепла и высо кие термические напряжения Б режущем клине , приводящие к впкраши ванию и сколам. Известно, что при обработке по корке наплаьлещщ

.слоев, которые относят к труднообрабатываемым материалам, сила резания увеличивается в 1,2-1,5 раза при существенном возрастании амплитуды колебаний ее из-за высокой неоднородности этих слоев. Силовые напряжения в совокупности с термическими приводят к снижению динамической прочности режущего клина.

. Исследования А.Л.Макарова, А.Н.Резникова, С.С.Силина, Н.В.Та-лантова, В.А.Остафьева, )1.Ш.Щустера и др. показали существенное влияние тепловой напряженности режущего лезвия на его прочность и износостойкость. Существующие способы отвода тепла из зоны резания за счет использования охлаждающих сред, способствуют определенному снижению температуры резакия, повышению износостойкости инструмента и производительности обработки, но они недостаточно эффективны, т.к. охлаждающее воздействие СОТС непосредственно на нагретые контактные поверхности весьма затруднено. Поэтому, для интенсификации отвода тепла предложено искусственное повышение теплопроводности Материала режущего твердого сплава за счет насыщения контактных поверхностей'высокотеплопроводными материалами (например медью), которые названы ТИО.'Однако отсутствие научных результатов о влиянии ТИО на износостойкость твердосплавных инструментов вызвало необходимость настоящего исследования, определило основное направление работы, ее цель и задачи.

Вторая глава посвящена разработке технологии насыщения ТИО рабочих поверхностей режущего инструмента, а также анализу их химического и структурно-фазового- состава.

Технология насыщения поверхностных слоев режущего инструмента ТИО представляет собой химико-термическую обработку (ХТО) и состоит в следующем: суспензию тонкодисперсного порошка окиси меди с поверхностно-активным веществом (олеиновая' кислота) ' наносят на твердосплавные пластины и помещают в печь с восстановительной средой (водород). При восстановлении из Си20 при температуре 1220-1270К атомы меди имеют высокую химическую и миграционную пктив-

о

ность. При этом ионы меди,обладающие малыми радиусами (1,13:0,8 А), активно диффундируют в поверхностные слои твердого сплава. Установлено, что при температуре 1250К наиболее оптимальным временем ХТО твердого сплава медью является мин.

Анализ микрошлифов с помощью металлографического микроскопа "МЕОРНОТ" показал, что при паенш'шии твердого сплина Ш'.О киль») его микроструктура па глубине до УО мал стсшопитс!] е.цррод-

ной и мелкозернистой.. Исследования химического и структурно-фазового состава показали, что йот. меди, в процессе их образования при ХТО , заполняют микропоры, трещины и другие дефекты, химически взаимодействуют как со связкой (Мо), так и с карбидам компонентом. При этом в поверхностных'слоях сплава содержание меди составляет 14+15%. Обратный транспорт (массопаренос) титана и углерода через металл связки с последующим образованием рекристалли-зировашшх микрозерен карбида на дефектах твердого сплава способствует возникновению развитого карбидного каркаса, что, как известно, является эффективным тормозом развитию и движению дислокаций в процессе эксплуатации инструмента. Массоперенос титана и углерода, р том числе свободного, приводит к стехиометричности как микрозерен карбида титана, выпавших в местах дефектов, так и поверхностных слоев.исходных зерен карбида. В последнем случае реализуются переходы ионов углерода в дефектный (по углероду) карбид, либо перехода' ибнов титана из дефектного (по углероду) карбида в металл.' ПовЫЛюНИё' стехиометричности приводит, как известно, к . увеличению йЙк]4б№е£дости карбидного компонента поверхности. При резании на контактных поверхностях режущих инструментов развиваются' температуры порядка П00-130СЙ и одновременно с износом инициируются процессы массопереноса' титана и углерода чёрез металл связки',- что по всей видимости, приводит к образованию' титаномеднографитовой' пленку, Установлено, что медь во всем периоде^вксплуатации-инструмента ррододееу диффундировать вглубь поверхности режущей' пластшш. Это также быдо подтверждено рентгенструктурными исследованиями.

ГЯ^Ш по.священа теоретически^ исследованиям' температурных до,пей в зоре резания.

Использование известных методик теоретического анализа тепло-ро;го и напряженного состояний материала .режущего клина, где его тонкие .слои характеризуются большим градиентом теплопроводности, Затруднительно в связи со значительным объемом вычислений.Разработанная методика основана на принципиально новом .подходе к' решению задачи уеплопереноса на базе сведения задачи с переменными коэффициентами, к последовательному решению уравнении с постоянными коэффициентами.

При разработке методики были приняты елодующие допущения:теплопроводность, удельная теплоемкость инструментального и обрабатываемого материалов не зависят от температуры; источники тещюобрэ-

т

зевания распределены в контактных поверхностях и в плоскости сКз ■ лизания; плоскость скалывания расположена перпендикулярно передне;! поверхности резца; теплообмен с окружающей средой отсутствует; коэффициенты трения, силы резания, коэффициент усадки стружи, длит; контактных поверхностей для режущих инструментов с TITO и без Т1Ю одинаковы; .скорость движения элементов материала стружки одинакова по ее толщине. Интенсивности тепловыделения приняты по работа?.! проф. Л.Н.Резникова. j

Уравнение ¡теплопроводности в плоской системе координат

58 аГя,_ „,59, дг,(т v,60Uv 39 ,• v .59 _ {(XtZjt) m m - эх[а(х«у)шс] ~ gyCa(z>y)3y1+Yx эх + Yy эу - ~op • (1)

где a(x,y)=Mx,y)/cp -коэффициент Температуропроводности, м/с2; Л,(х,у) - коэффициент теплопроводности, Вт/(м-К); ср - произведение теплоемкости на плотность,Дж/(м3>К); f(x,y,t) - интенсивность источника теплообразования, Вт/м3; т,9 - время и температура соответственно, с,К; V^.V^.- скорости по направлениям х и у, м/с, в зонах инструмента И, стружки С и детали Д решается раздельно. При этом через контактные поверхности происходит теплообмен по закону Стефана-Больцмана.

Для определения температурных полей в стружке, где темпера -. туро'проводность а принята постоянной, получено выражение:

• ° v2x % 1 -

e°CX,Sr,t)=expí- —)jexpHx<|-x 'Iwfa^ (Д,х1,х).

^ ^ у^(т-т) •jw(aci2,^,y!x)9íc(x!y1)dy1dx1+jexp[- ^-]•

О 'О С>1

л j _ 1с

• jfexp [-^^IH-1]W'(ас (, ,x, х! x-í) JW (ас ^ g, у. у1, т-т) •

"■о 0,1 о*

•^^dx^-^^exp^WCa^^x.O.x-x).

1с

•1"(ас>г.У.У1,х-х)ф1 ic(y!x)(3y1-ac_2w(aci?,y,0,x-x)-ic_°- , ' ^ ' '

■JW(aCi1 .х.х!т-х)ехр£—-Д—--]фд 0(xix)f1x1 jdc.

о * 1 )

О

%

где х^(х-1,), у^у ;ас>г-(^)"пс,

I, 1р,13,1Л размори зон С, Д и И;

Гс(х1у1л)- интенсивность теплообразования в зоне деформации ;

' ' Чс=-<» к=-а> '

если О^х1 <°о или -оо <х1 ¡$тс; ■ е=с+10006 (С-начальная фоновая температура,К);

Граничные условия определяются по формулам;

0£. ,гг~ -.4

Ф1>с(ул)=-<рг1Д(у,-0=1005 |{е°(г1.У.^)''000+с] -' -[еДи^ул^мооо+с^! , у е го,13з:

0£_ (г~ т 4

Ф11И(У.т)=-<Р1)Д(У.г)=То5| ^п^у.^мода+с] -

■ >У»т;|),1000+с|4|, у р пз.1з+г4];

Фз1И(ХЛ)=-ф41С(х.'С)= «1000+с|4-

где о=5,67•1СГ°Дт/(мгК4)-постоянная Стефана-Больцмана;

в1.ег,е3 - коэффициенты излучения. Аналогичное выражение получено и для зоны Д. Для решения задачи в зоне И, где коэффициенты ай , и аи 2 не досуояшш, использовдна итерационная процедура, предложенная' И.И. Голичевым для решения параболических уравнений с переменными .коэффициентами: '

ее? , а2е?1 , <эге" ' * <эге?

_к!1 „о к+1__и , о ._к

--".г ау2 "ор +(аии +

„ аге" да \ ае" ва ? ао*

и.г и.г 3уН д1 д1 ^

ек+1(х,у,0)=Ф(х,у), (4)

ах

а"

ае , „ =-Ф, 4(У.г). х=о 1•4 ау

,(х,г). (5)

у-о -3'4

где а° 1 = (и:/1г)га°, а° г=(1С/г4)гаи* аи~ темпоР2тУРопР°во®юсть ма_

трици режущего инструмента. Итерационный процесс (3-5) сходится при любом начальном ¡¡[¡:", лижении. При этом на каждой итерации уже требуется решать урпгл.-. 1шэ с постоянными коэффициентами. Тогда формулы итерационного ¡¡[¡о цесса для нахождения температурного поля в режущем клине имеют 1:11л:

в^(х,у.х)=ЯКа^11,х,х1,т;)р.У(а11121у.у!г)Фи(х1.у1 ^ахЧ

о о

[.Л»1аи, 1 •х•)Л» (!а° _ г.;У,.:У1. т7т.с(х1 -

О О О ''

%

-а„ ((аи > 2, у, 0, х-х )|\У <ад > 1 ,х, х! х-х )<р3 _ и (х1, х) с!х1 -

о

% о

ё^1(х,у,х)=ёи(х,у,х)+;)^(а^11Д.х!х-х)^(а1°12,У,у!х-х).

о чэ о

агг + —Т^Т- *

, , _ аге"(хЫх) о* г(х1,у1) ее'^хЫх), 1 л

+ (а .(х'уМ-а?, ,)—--+ и'г 1---Ц- 0х1с1у1 (ЗгЛ'О

11,1 11,1 • ах,г ау1 ву -1 .. ;

где Ги(х1,у!х)- источник теплообразования на ' передней контактной

площадке; аи,Г.%>Ч-

Фи(х,^)=0 "(х.^.хр. • По вышеприведенным формулам составлена программа и проведены расчеты тепловых полей в зоне резания при обработке режущими пластинами из ББТС (ТН20) без ТИО и. с насыщением твердыми интенсифика-торами охлаждения (ТН20+ТИ0). В расчетах коэффициент теплопроводности опытного инструмента менялся от 60 Вт/(м-К) в псЕехноотпом. слое до 12,6 Вт/(м'К) в матрице твердосплавной пластины. Эти значения теплопроьоднастей приняты по экспериментально определенному среднему значению теплопроводности насыщенного слоя ТИО и скорректированы по ко; цонтрационным кривым меди в твердом сплаве.

Ко резуль-. )'гпм расчета построены температурные поля в режущш клине и на г. и .ктннх поверхностях (рис.1). Их анализ показал, что

Температурные шля в режущем клине и распределение температур на контактных поверхностях при врезании инструмента

4 '

; Рисунок 1:

сталь 40Х; У-1,75 М/с,3^0,07 щ/оо-Д-З мм;1- т=0,004с;2- т=0,013с: 3- т^0,и32с; 4- т-0,1с; длины контактных поверхностей; -расчетные изотермы,----шссноримонтплышо изотермы

при применении ТИо максимальная температура резания уменьшается и.; 12-15%, расстояние между изотермами возрастает в 1,5-1,7 раза, ты в свою очередь приводит к снижению градиента температур и связан них-с ним термонапряжений. Известно, что с уменьшением темпа росса контактных температур (ДО/Дт), в момент врезания увеличивается динамическая прочность рабочей части инструмента.Показатель ДО/Дг, при насыщении рожущих пластин марки ТН20 ТИО уменьшается от 6,1 'Ю4 К/с до 3,6'Ю4 К/с, что, очевидно, приводит к снижению скалываемости режущего инструмента при обработке со значительными колебаниями сил резания, которые происходят при точении наплавленных слоев, а также при прерывистом резании. Положительным фьктом является и то, что максимальная температура на задней контактной поверхности у опытного инструмента удалена от острия режущего клина.

Характер изотерм цветовых переходов ЦТИВ качественно подтвердил выполненные теоретические исследования.

Четвертая глава посвящена экспериментальным исследованиям влияния' ТИО на: температуру и силы резания, процессы стружкообразо-вания:,. износостойкость и шероховатость обработанной поверхности.

Установлено, что насыщение поверхностей ТН20 ТИО обуславливает снижение: средней температуры резания на 17+22%; сил резания на 8+НЖ; микротвердости, оцененной с помощью корней стружи на 7+12% во всем диапазоне изменения элементов резания, принятом в исследованиях. Известно, что с повышением теплопроводности материала режущего инструмента, вызывающим снижение контактных температур, ко-4 эффициент усадки стружки и силы резания должны расти. Однако, экспериментальные -исследования этих параметров для инструментов с ТИО показывают их снижение., что, на наш взгляд, связано со смазывающим эффектом ТИО. •

' Установлено, что стабилизация силы резания (Рг), коэффициента усадки стружки (к) и шероховатости (И ).наступает при минимальной интенсивности износа Шопз) режущего инструмента (рис.2). При других подачах'стабилизация Р , к, Л наступает -также при одних и тох же значениях 0--,тт1 для ТН20+Си и вопт2 для ТН20, что позволяет ут~ ' верждать о применимости "Положения постоянства оптимальной температуры резания" для указанных инструментов. Известно,что новой паре (инструмент- .ш.'таль) соответствует своя оптимальная температура резания. След»!/угольно, при насыщении твердого сплава ТИО формируется, по-существу, инструментальный материал с новыми теплофизи-ческими и физико-механическими характеристиками. Очевидно, что на-

личио медного компонента в зонах контакта с ТИО обеспечивает 'сманивающий эффект, что приводит к снижению коэффициента трения f и, как следствие, интенсивности изнашивания в 1,8+2,5 раза, увеличе-шш оптимальной скорости резания на 12+15«. Изнашивание ТН20+ТИ0, в отличие от'ТН20,носило стабильный характер, выкрашивания и сколы практически отсутствовали, что, по видимому, свидетельствует об увеличении прочности и формоустойчивости режущего клина инструмента. ■

Влийние скорости резания на 9, Р.,, к, Яг,- Ь0ПЗ

Рисунок 2.

Оптимизация режимов резания, проведенная по методикам А.Д.Макарова и С.С.Сшита, позволила получить математические модели он тимального.сочетания скоростей резания и подач при точении сталей 45 и 4СЖ и восстанавливаемых деталей, наплавленных проволокой Св08Г2С, режущими пластинами марок: ВК6, KHTI6, T5KI0, TI5K6, ТН2и с применением и без применения ТИО. Установлено, что применение ТИО позволяет повысить износостойкость вышеуказанных марок инструментальных материалов в 1,5+2 раза при одновременном увеличении производительности резания от 10 до 25%. Исследования показали, что инструменты из БВТС ТШО^ТИО тлеют значительную (в 1,9+3,2 ра за больше) износостойкость По сравнению со сплавами ВК6+ТИ0, KHTI6+TM0, Т5КЮ+ТИ0, Т15К6+ТИ0 и обеспечивают максимальную производительность резания. Поэтому, при получистовом'и чистовом точении конструкционных сталей и наплавленных деталей взамен вольфрамсо-держащих сплавов рекомендуется БВТС марки ТН20+ТИ0.

Пятая глава посвящена производственным испытаниям, внедрении и оценке экономической эффективности режущих твердосплавных ■ инструментов с ТИО. '

Износостойкость опытных режущих пластин проверена более чем на 20-ти заводах сельскохозяйственного и общего машиностроения и в ряде РТП. Так, при точении оси (сталь 35) разбрасывателя удобрений МВУ-5 (завод "Башсельмаш") пластинами ТН20 применение ТИО позволило повысить износостойкость в 2,6+2,8 раза, производительность резания более чем 2 раза, при одновременном уменьшении микрогеометрии обработашюй поверхности до' 20%. Испытания показали, что при точении стали 45 (V=2,8 м/с S=0,21 мм/об, t=0,5 мм) проходные резцы марки TH2Q при заданной точности обработки (увеличение диаметра детали на 0,2 мм) до подналадки обработали 200 деталей, а ТН20+ТИ0 - 1400 деталей. Установлено увеличение износостойкости в 2+2,3 раза при обработке осей шестерен двигателей Д-160- и Д-108 в . условиях Челябинского тракторного завода при использовании пластин Т15К6+ТИ0 взамен TI5K6. Аналогичные результаты получены на заводах "Белсельмаш" (г.Белебей), "Электростальтякмаш" (Моск. обл.), ПО ГАЗ и др. машиностроительных предприятиях, а также на Чишминском и Буэдякском РТП РБ при точении восстанавливаемых деталей после автоматической наплавки: барабана остановочного тормоза трактора Т-4 и вала привода трактора 'ГИБОК. С целью внедрения на ' промышленных предприятии, организовано опытное производство безвольфрамовых режущих пластин ТН20 с ТИО в ЧФ ВНИИТС. Внедрение осуществлено но

;) та предприятиях машиностроительного комплекса и на двух РТИ с экономическим эффектом 1 ,7 млн.],,... ценах 1990г.).

. . ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1.Впервые установлено, что повышение износостойкости режущего твердоеплавного инструмента может быть достигнуто путем диффузионного насыщения его рабочих поверхностей твердым интенсификатором охлаждения - медью.

2.Разработана технология насыщения ТИО, заключающаяся в восстановлении водородом окиси мэди, нанесенной с ПАВ на поверхности режущей пластины, в течение 25-35 мин при температуре 1220-1270К, что обеспечивает диффузионную активность меди; глубокое (до 80 мкм) проникновение ее в микропоры, трещины и другие дефекты и взаимную диффузию с компонентами твердого сплава.

3.На основе теории теплопереноса разработана математическая модель расчета тепловых полей в зоне резания, 'учитывающая высокий градиент теплофизических характеристик, в насыщенном ТИО слое. Модель позволила оценить степень влияния ТИО на основные температурные параметры процесса резания.

¿.Получены закономерности влияния элементов режима резания на температуру и силы резания, .коэффициент усадки стружи, микрогеометрию обработанной поверхности и интенсивность изнашивания, которыми доказана применимость "Положения постоянства оптимальной температуры" для инструментов с ТИО. Показано, что' насыщение ТИО приводит к снижению оптимальной температуры резания («15%), что обусловлено существенным изменением химического и структурно-фазового состава и механических характеристик поверхностного слоя инструментального материала.

5.Установлено, что уменьшение шероховатости обработанной поверхности и повышение износостойкости твердосплавных инструментов при их насыщении ТИО обусловлены снижением коэффициента трения, тепловых и силовых нагрузок на инструмент за счет высокой теплопроводности и антифрикционных свойств ТИО. Установлено, что атомы меди за счет высокой температуры резания ,диффудируют вглубь поверхностей твердого сплава, что обеспечивает постоянное обновление слоя с ТИО на инструменте по мере его изнашивания. ,

С.Разработаны математические модели оптимальных*скоростей резания для ряда инструментальных материалов с насыщением и без ТИО

при точении сталей 45 и 40Х ■ и слоев,наплавленных проволокой Св08Г2С, которые могут быть использованы при составлении технологических карт изготовления и восстановления деталей. Установлено, что наибольшей износостойкостью и производительностью обладают, в сравнении твердыми сплавами группы ВК и ТК, безвольфрамовые твердосплавные режущие пластины ТН20 с ТИО.

7.Производственные испытания при механической обработке конструкционных сталей и наплавленных деталей в условиях• машиностроительных и ремонтно-технических предприятий показали, что насыщение ТИО режущих твердосплавных инструментов повышает их износостойкость в 2+3 раза. Экономический эффект от внедрения опытных инструментов на 9-ти заводах составил 1,7 млн. рублей,(в ценах 1990г.).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИЙ ИЗЛОЗЕНО В РАБОТАХ;

1.Ахмаров Р.Г. Экономия инструментальных материалов в сельскохозяйственном ремонтном производстве. Тезисы докладов на республиканской конференции молодых ученых и специалистов сельского хозяйства.-Уфа: Башкирск.СХИ, 1986.-С.83-84.

2.Сафиуллин В.Н., Граков В.Е., Ахмаров Р.Г. Исследования влияния твердых интенсификаторов охлаждения на работоспособность твердосплавных инструментов с износостойкими покрытиями, Тезисы докладов на всесоюзной конференции "Теплофизика процессов лезвийной обработки". -Тольятти: ТПИ, 1988.-С.217-218.

3.Сафиуллин В.Н., Граков U.E., Ахмаров Р.Г. Режущие пластины с твердыми интенсификаторами охлаждения- -//Машиностроитель,1939.-J63,-C.22.

•4.Ахмаров Р.Г. исследование ' стойкости инструмента из ТН20//Сб.науч. тр. совершенствование конструкций и методов повышения работоспособности сельскохозяйственной техники,-Уфа: Ульяновский СХИ,1989!-С.93-100.

б.Сафиуллин В.Н., Ахмаров Р.Г., Зайнуков Р.С.^ ' Ганиев Л.К. Оптимизация режимов механической обработки деталей! сельскохозяйственных машин, восстанавливаемых автоматической ^аплавкой<-Уфа: Ульяновский СХИ,1989.43.103-107. ; i

б.Сафиуллин В.Н., Граков Bife., Ахмаров р.Г., ! Зайнуко? P.C. Повышстю эксплуатационной надежности металлорежущего инструмента, оснащенного твердыми интенсификаторами охлаждения. Тезисы докладов

fia Всесоюзной конференции "Новые материалы и ресурсосберегающие технологии термической и химико-термической обработок деталей машин и инструмента".-M.:ВНТ0М, I989.-C.I2I.

7.Сафиуллин В.Н..Ахмаров Р.Г..Зайнуков P.C. Применение твердых интенсификаторов охлаждения в металлорежущих инструментах//Ме-ханизированше способы ремонта и восстановления деталей сельскохозяйственных машин: Сб.науч. тр./ Челябинск: ЧИМЭСХ,' 1989.-С.40-45.

8.Сафиуллин В.Н. .Ахмаров Р.Г.,Зайнуков P.C. Производственные испытания и внедрение режущих'пластин с твердыми интенсификаторами охлаждения на ремонтно-технических предприятиях. Тезисы докладов на научно-производственной конференции. Уфа: Башкирск.СХИ, 1989.-С.40-42.

9.Сафиуллин В.Н., Ахмаров Р.Г., Меметов С.Ш. Исследование влияния теплопроводности инструментального материала на тепловую напряженность в режущем клине // Известия ВУЗов. Машиностроение.-1990.-Ш .-С.152-156.

Ю.Лукманов Р.Л., Сафиуллин В.Н. .Ахмаров Р.Г. Исследование теплового поля в зоне резания. Тезисы докладов. Свердловск: ССХИ, 1990.-С.15-16. •

11.Ахмаров Р.Г. Шайхитданов Р.З. Прогрессивная технология упрочнения инструмента/УВ кн.: .Интенсификация сельскохозяйственного производства. Тезисы докладов. Уфа:Башкирок.ГАУ, 1992.-С.57.

12.Ахмаров Р.Г. Стружкообразование при обработке режущими пластинами, содержащими твердые интенсификаторы охлаждения (ТИО)// Совершенствование конструкций, методов эксплуатации и ремонта сель скохозяйствешюй техники: Сб. науч. тр./Уфа:БГАУ, 1995.-С.Ш-ИБ.