автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Применение метода акустической эмиссии для оценки вероятности безотказной работы режущих пластин из кубического нитрида бора

■Б ОЯ

6*св да Національна Академія натк України

Т И^'7'бП’У'Г ПЛ Л'ГПРОПи иЛТОП 1 Я Г11 п

інститут яадтвеРїни матеріалів інені В. Н. Бакуля

на правая рукопису

лисенко ояег ГРИГОРОВИЧ

удк егі.9.ог5.тт

ВИКОРИСТАННЯ НЕГОДУ АКУСТИЧНОЇ ЕНІСІІ ДЛЯ ОЦІНКИ ВІРОГІДНОСТІ ВЕЗВІДКОВНОІ РОБОТИ РІЖУЧИХ ПЛАСТИН З КУБІЧНОГО НІТРИДУ БОРУ ' .

спеціальність 05.ог.оі. - Матеріалознавство в машинобудуванні.

АВТОРЕФЕРАТ-дисертації яа здобуття вченого ступеня -кандидата тєхніпникгн'зук

Робота виконана в інституті надтвердих матеріалів ін. В. Н. Бакхля НЛН України, м. аи: в.

Наукові керівники: академік

. ' кандидат технічних наук

Офіційні опоненти: доктор технічних наук,

процесор

кандидат технічних наук

Провідає підприємство: київський завод автоматики ін. Г. І. Петровського

Захист відбудеться 7 березня 1996 року о * * годині ва

засіданні спеціалізованої Ради д 50.01.01 при інституті ' надтвердих матеріалів їм. В. Н. Бакуля НЛН України за адресор: Е54074, м. Київ. вуд. Автозаводська, 2.

з дисертацією ноада ознайомитись у бібліотеці інституту надтвердих натеріаяїв їй. В. Н. Вакуля НАН України.

Відгуки иа автореферат дисертації у двох нринірниках. затверджених гербовое печатное установи, просимо надсилати иа адресу інституту надтвердих матеріалів ін. В. Я. Бакуля, вченому секретар*). • .

Автореферат розіслано " “ лютого і996 року.

Новіков И. В. девів л. Н.

руибеита 8-А. ігнатуша а. і.

Вчений секретар спеді ¿візованої Ради .

а во. оі.оі ¡А У

доктор технічних наук, професор 4/ІАУ Иайстренко А. Л.

Актуальність роботи.

Полікристалічні надтверді матеріали мають . незаперечну перевагу перед інструментальними твердими сплавами та _иінеЕалокеранікою при обробці ряду ваюсооброблюваних металевих і в цілому неметалевих матеріалів. Ріжучі пластини на основі кубічного нітриду бору (КНБІ при різанні Мають високу зносостійкість, теплостійкість, хінічну інертність до більшості . сталей, використовуваних у нашинобудувані. У них є і недоліки, наприклад, недостатня динамічна ніпність. Діїя ефективного

використання пластин із КІШ важливо розвивати науково обгрунтовані методи оцінки надійності ріжучого інструменту (РІ).

Надійність інструменту найбільш часто характеризується його безвідмовністю та стійкістю. Безвідмовність - пе властивість інструменту зберігати працездатність впродовж заданого інтервалу часу. стійкість вимірюється періодом роботи інструнєпту до відказу. У зв'язку з особливістю ріжучих пластин із КНВ,.ио проявляється у високій' вірогідності Відказу під час періоду стійкості, показником надійності в дисер-і-апійній Роботі вибрана вірогідність безвідмовної роботи.

одним із шляхів розробки еФектийпих методів опіпки

вірогідності безвідмовної роботи є діагностика ставу іиструнєкту в йропєсі Різання, тобто контроль за його працездатність з метою оперативного виявлення початкової Фази крйтйчяого зносу та

• руйнування. '

Нета роботи. '

Розробка методики оцінки вірогідності безвідмовної' роботи ріжучих пластин з Кіш иляхом.* прискореній випробувань, основаних на використанні методів діагностики стану інструментів, виходячи з систематизації характерних виліз іх- аідказів при обробйі загартованих сталей,- ■ . '

Наукова новизна.- ’

Виявлені та вивчені найбільш інформативні параметри сигналу акустичної. емісії, шо генеруються з зони різання та характеризують «тан інструменту з КНВ при обробні загартованих стале». Розроблена математична нодель евергоенкості джерел АЕ при чис то во иу— точі п я і • та обгрунтовано вибір параметрів сигналу корельовапиа-*із станон ріжучої кромки.

Виходячи з результатів ■ аналізу процесів зноаувапня та

З

руйнування інструменту Із кубічного нітриду бору і розрахунку гранично-напруженого стану. виявлені та досліджені найбільи характерні види відказів ріжучи» пластин із ВДВ при обробці високолеговаяих загартованих сталей, з використанням в якості показника надійності гострозаточених ріжучих пластин вірогі/шость is безвідмовної робот

Практична цівність.

-обгрунтовані принципи добудови і створена інфорнашино-винірювадька система для дослідження праоездатностх ріжучих пластин із КНБ;

-практично випробувана методика діагностики зношування та руйнування інструменту з КНБ. працююча в реальному насштабі часу, то базується на контролі сигналу АЕ з зони Різання;

,-розроблені нові алгоритми одінки вірогідності безвідмовної роботи Ріжучих пластин із кубічного нітриду бору з застосуванням коефіцієнту використання ресурсу працездатності!

-впроваджена кетодика прискорених відсірваючих випробувань ріжучих пластин з КНБ при чистовому точінні загартованих сталей;

Є

Особистий вклад автора становить:

-розробка методики дослідження параметрів сигналу АЕ при випробуваннях ріжучих пластин з кнб;

-розробка ноделі генерування сигналу АЕ з зони різання при точінні загартованої сталі інструментом з КНБ;

-встановлення кінетики зношування ріжучих цластин з Кіш при чистовону точінні загартованої сталі;

-віропдносний. аналіз процесу зношування з застосуванням коефіцієнту використання ресурсу працездатності;

-розробка методики прискорених випробувань-ріжучих пластин з

КНБ.

Адробадія роботи.

Основні положення дисертаційної роботи доповідались на трьох 'міжнародних та трьох всесоюзних семінарах і симпозиумах.

Практичні результати використані п=и виконанні замовлень

ПРОМИСЛОВИХ ПІДПРИЄМСТВ.

Публікації.

По темі дисертації надруковано 9 наукових робіт.

Структура та обсяг роботи.

Дисертація складається з вступу, п'яти розділів та загальних висновків, викладена на .98 сторінках тексту, нас ЗР. Ілюстрацій. Бібліографія Містить .Щ джерела.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ. . .

V ВСТУПІ обгрунтована 1 актуальність тени, сформульовані задачі досліджень, вказані наукова новизна та практична цінність отринаїіих результатів.

В ПЕРШІЙ главі проведено аналіз відомих публікацій по проблемі, то досліджується, . обгрунтовано вибір задач дисертаційної Роботи.

До робіт, які принесли найбільший внесок в проблену, шо

досліджується, перш за все відносяться праці Лоладзе, ОстаФьева, Хаета. Трет'якова. Ветанелі. Аналіз пих робіт показує, шо при проведенні досліджень в області надійності ріжучого інструменту необхідно враховувати як властивості інструментального матеріалу, так і умови використання інструменту. '

Ріжучі пластини з КІШ мають дві важливі особливості: високу твердість і хімічну інертність до більшості ОбРОбЛЮЄМИХ

матеріалів, шо дозволяє забезпечити- високу зносостійкість при точінні важкообробяюсиих матеріалів (наприклад загартованих сталей), та недостатню міцність, шо ноже призводити до руйнування ріжучої кромки до моменту наступання критичного зносу. V зв’язку з пин, відсутність науково-обгрунтованих методів досдіженпя працездатності ріяучик пластин з КІШ стримує їх широке використання в нетаяооброеці.

Ефективні дослідження працездатності.ріжучих пласуип можливі лише при використанні методів контролю при випробуваннях.-Провєдєпий яани аналіз різних методів діагностики ставу Інструменту при різанні показав, шо найбільш перспективним з цих нетодів є метод акустичної емісії. "

основою аналізу АЕ з зони різання є вивчення амплітудних,

часових і спектральних характеристик сигналу та їх кореляті з параметрами процесу різання. Такі дослідження проводяться вже багато років але 15 результати оцінені як часткове'вирішення проблеми. Для більш повного вирішення задачі Потрібен комплексний

підхід з. урахуванням структури. властивостей матеріалів інструменту 1 деталі. умов навантаження та пошук таких параметрів, які були б коредьовані до стану ріжучої кромки пластини з КВД. Необхідна розробка на їх основі ефективних методів випробувань ріжучого інструменту безпосередньо в робочих умовах.

У відповідності до лети роботи та на основі аналізу літератури сформульовані наступні задачі дисертаційної роботу:

1. Розробити апаратні та програмні засоби дня контролю стан/

ріжучих пласти» з §?НБ в умовах чистового точіння загартованих сталей. •

2. розробити (че то дику дослідження процесів зношування та руйнування гострих кромок ріжучих пластин з ШБ при чистовому точінні загартованих сталей, використовуючи метод ДЕ.

3. Дослідити залежність паранетрів сигналів акустичної енісіі від стану ріжучих пластин з КІШ при чистовій обробці загартованих сталей. обгрунтувати вибір інформаційних характеристик АЕ.

4. Розробити алгоритм класиФікапіі ріжучих пластин з КНБ з використання« вірогіднісного аналізу параметрів процесу зношування.

5. Розробити експрес-кетод випробувань ріжучих пластин з КНБ в робочих умовах.

V другій главі дисертації встановлено і обгрунтовано вимоги до технічних засобів для випробувань ріжучих пластин, та

проведена розробка і створена Інформаційно-вимірювальна система для дослідження працездатності ріжучих пластин із Ы1Б.

Розробка апаратних та технічних засобів для запису і обробки інформації, що реєструється при випробуваннях ріжучи: пластин, базувалась на аналізі та вибору головних вимог до методики

вимірювань. підтверджено важливе значення ввидкодіі та встановлено необхідний об"єи рбєструсноі інформації.

Вимога до швидкодіі базувалась як відповідність до швидкості росту трішини в інструментальному матеріалі. в неханіпі лінійно-пружного руйнування матеріалу а модулем Юнгу Е, з

тріщиною і. та напругою б, пружна енергія описується відомим

співвідношенням: „ „ .

и =Я:^г/4£

При переміщенні тріщини на величину д І., відповідна величина

вивільняємсі енергії пружної деФоРнапи и рівняється, як відоио:

ьУ=ІЇ<!г1.глфЄ. '

Розповсюдження тріщини внзиває хвилі напруг 1 частина енергії, по виділяється при цьому визначається як акустична емісія. Розрахунки показали, по верхня границя діапазону частот вимірювальної апаратури повинна бути не менше 1 нГп і швидкодія -не менше 3‘10,відліків в секунду.

Така швидкодія не но*е бути забезпечена • стандартними пристроями сполучення з ЕОН. Тону для проведення досліджень по темі дисертації було розроблено оригінальний пристрій реєстрації інформації. Ного особливістю є те, ио сигнал безпосередньо з аналого-цифрового перетворювача по автономному каналу записувався безпосередньо в пристрій пам’яті. При • цьому забезпечувалась необхідна швидкодія. Потій записана інформація оброблювалась при допомозі розробленого натенатичвого забезпечення.

Найважливішим еленен-гом створеної вимірювальної системи е розроблений нами перетворювач, то пєрєтворюс енергію механічних коливань в електричний сигнал. Для градуіровки системи реєстрації Ае у вершині різця, коитролюємия по енергії ударом стальної кульки створювались пружні хвилі зжинання, які реєструвались датчиком АЕ в різних місцях поверхні державки. ^Проведені експериментальні дослідження дозволили зробити висновок про те. во зареєстровані стандартними датчиками параметри, такі як частота 1 максимальна амплітуда суттєво залежать від місця встановлення датчика. Доведено, По це визвано впливом відбитих від повєрхяь дерхавки імпульсів, при пьону місце встановлення датчика необхідно максимально наближати до зони Різання, по практично неможливо при використанні стандартних датчиків АЕ. Я відповідності з виробленими рекомендаціями була розроблена нова конструкція датчика, відмінністю датчика с використання в якості чутливого елементу п’єзоплівки. . вбудованої В КОРПУС з твердого' сплаву. Це Дозволило встановлювати датчик безпосередньо під ріжучою пластиною і, тин самим, ' зменшити спотворення, во виникають при проходженні сигналу з зони Різання до датчика.

ТРЕТЯ глава присвячена розробці методики діагностики станг ріжучих пластин при їх випробуваннях.

Можливість діагностики стану інструменту в цілому визначається інформативністю того чи іншого зареєстрованого параметру:

К-дПР/ (лПК) (3.1)

або: ■ .

К=<іпр/<Щк. (3.2)

де- К - коефіцієнт інформативності; дПр=Пр(і-і)-Пр(і> -приростання рєєструємого параметру при зміні контролюєного параметру дпк=пк(ін)-пк(і).

Стосовно до діагностики стану інструменту методом ЛЕ дід Пр будемо розуміти деяку характеристику акустичного випронінення. наприклад. амплітуду. а під Пк - деякий параметр стану інструменту, наприклад приріст зносу.

Для отрімання сигналу, що спричиняється дише руйнування» ріжучої кромки та виключенням сигналів від інших джерел ЛЕ. шо виникать при різанні, були проведені експерименти по моделюванню руйнування інструментального матеріалу з шш при його динамічному навантаженні з реєстраціє» виникаючих при ньому сигналів ЛЕ.

Ефективним методом динамічного однократного навантаження

■ © • ріжучих пластин в діапазоні швидкостей о,5-5.н/с є систена на базі мірних стержнів Гошсінсова «). В вій системі практично відсутні осциляції зусилля, а критичні значення руйнівної сиди визначаються шляхом вимірюваная амплітудного значення імпульсу, шо пройшов через зразок, ніж стєржняни розміщували державку з ріжучою пластиною з кіш, діаметрон 7 им. Ударна жвидя від бойка, деформуючи удариш:, сколює ріжучу кромку пластини. Між ріжучою пластиною та верхнім стержном розмішували мірну пластину з твердого сплаву. Фориа якої дозволяла змінювати иієяе та влошу прикладення навантаження. Нонент руйнування реєструвався датчиком АЕ та Фіксувався цифровим запам'ятовуючим осцилограФон С9-0. В результаті досліджень були визначені ршульси АЕ. ио характеризують руйнування ріжучих пластин з КНБ і діапазон зміни іх параметрів.

Для оцінки інформативності сигналу АЕ та сил різання. то визиваються руйнуванням ріжучої кромки при різанні, проводили точіння загартованої сталі (Н»С 60-62) марки ИХ-15. При випробуваннях змінювали глибину різання. Реєструючи перевищення сигналои АЕ попередньо встановленого порогового рівня, процес

») Девин Л. Н. Развитие • методов и аппаратных средств для исследования механических свойств хрупких материалов при динамическом нагружении.- Проблемы машиностроения и автоматизации. 1991. N1. с. 52-58.

різання припиняли і досліджували вигляд ріжучої кромки, в пропєсі Різання безпреривно записували величину складових сил різання. Експерименти показали, шо при руйнуванні ріжучої кромки відбувається короткочасне знениення сили Різання, а амплітуда сигналу АЕ зростає. Для порівняльної оцінки ШФорнативності АЕ та сил різання в Формулах (3.1) та (3.2) заність приростання' параметрів використовували їх відносну зніну. Коефіцієнт . інформативності зміни АЕ склав біля 500):, а складових сил різання - не більше 20'/. Були також зафіксовані інпульси АЕ з підвищеною амплітудо») в моненти часу, то передували руйнуванню, при дьону не відбувалась зміна відносного значення сил різання.

*

в четвертій главі приведені результати дослідження процесів зношування ріжучих пластин з КНБ, використовуючи контроль сигналу АЕ з зони Різання.

Крім руйнування, важливим Фактором, шо впливає на надійність інструменту є відказ по критерію критичного зносу. Для чистового точіння загартованих сталей інструментом з КНБ в якості критерію відказу приймали знос різця по задній грані 1із=0, 35Ю. 05 им.

При дослідженні працездатності інструменту важливим є звання механізмів зношування. На основі досліджень зношеної поверхні ріжучої кромки і поверхні обробленої деталі па електронному скапуючому мікроскопі САНЗСАН. а також виходячи з літературного аналізу, встановлено, шо при оптимальних режинах Різання в наших уновах одним з механізмів знояування є послідовний відрив зерен ВИ. V відповідності з фундаментальними положеннями акустичної емісії «), процес руйнування прн відриві ' зерна супроводжується імпульсом акустичної енісії. Реєструючи ці імпульси можливо контролювати зношення ріжучої кромки. При цьому виникає проблема аналізу та розділу ЛЕ-інформації від Різник джерел з зони Різання. . ’

При дослідженні ждерел АЕ необхідно враховувати сигнали: від основної - деформації (зона зсуву);’ від вторинної деформації (зона контакту стружки з ійсгрунєнтом); від тєртя по площині контакту задньої поверхні інструменту з деталлю. Крій того, при різанні можливе руйнування інструменту та стружки, які також

») Метод акустической эмиссии в исследовании процессов разрушения / Андрейкив А. Е., Лысак н. В.; отв. ред. панасюк В. В.; АН УССР. Физ. -мех. ия-т. - Киев: Наук думка. 1989. - 176 с.

генерують сигнали ле.

За базовий час інтегрування прийнято період одиничного акту пластичної деформапіі, тривалість якого визначалась дослідженням поверхні обробленої деталі під иікроскопон. Ори швидкості різання іоо м/хв. частота слідування одиничних актів пластичної деформації склала 125 кГц. що відповідає періоду в нкс. Розрахунок енергії джерела акустичної енісіі прн де^ориуваниі об^облюємого матеріалу (сталь IX-15) показав, по для часу а икс, в наша умовах ексиериненту, з урахуванням затухання, енергія дорірчює і.-5*іо7Дж.

Результати розрахунку різних джерел акустичної енісіі, приведені до одиничної події графічно представлені у вигляді прямокутників на рисунку і. де по осі абспнс - тривалість події, по осі ординат - амплітуда. Аналіз представленої діаграми дозволяє зробити висновок, по реєструючи КОРОТКІ ПІКОВІ ІМПУЛЬСИ з зони різання можна контролювати процес видаляння зерен складовкхз>конпонектів інструментального матеріалу з вершини Різця

■ ■ ' * •

і. таким чином. досліджувати цей вид зношування - ріжучого інструменту. .

Ддя бодьш точноі оцінки періоду слідування ІМПУЛЬСІВ необхідно знати число зерен в одиничному об'енї зношеного матеріалу. Дослідження розподілу зерен КНБ по розмірам в ріжучому пару після спікання проводились за допомогою методів стереометричної металографи та електронного скануючого мікроскопу. Зношений об'єм ріжучої кромки розраховували як о5*еи неправильної трикутної піраиіаи. Геометричні параметри ріжучоі частини пластини: передній кут У = 0®, задній кут d~ = 10°. головний

кут в плані {=іЧ5і5)° .допоміжний кут в плані f<=u5t5)° . кут нахилу А-о° . Розрахунковий період слідування імпульсів АБ в період нормального зношування склав 0.2 с.

На основі отриманої кількісної оцінки вкладу різних джерел акустичної емісії, приведеної до одиничної ПОДІЇ, був розроблений та виготовлений ПРИСТРІЙ для виділення ПІКОВИХ ІМПУЛЬСІВ. BO супроводжують процес відриву зерен інструментального матеріалу. Вихід пристрою підключався до цифрового осцилограму або _до персонального коип“»теру.

Дослідження динаміки зношування проводили при випробуваннях ріжучих пластин £ПК діаметром 7 нн. Випробуваная Проводились при точінні загартованої сталі ВХ-15, твердістю 60-62 НКС. Режими точіняя були такі: подача 0,05 ии/об, пвидкість різання юо н/хв.

Ra

V.As/c-IQ7

j сколювання рікучої кромки sç руйнування зерна

і

деформація оброблюешго натеріалу

8 Т.цкс

рпс. І. Діаграма енергоємності дяерел акустичної емісії.

1 t

•О л »Vmi V' Л »

а

ft * /. 1 «

О J. ix JO >Л

ge.

Рис. 2. Форма Імпульсів акустичної емісії.

глубина Різання о. г нм. Форма сигналу акустично емісії, отримана на екрані осцилографу, показана на рис. га. Сигнал АЕ представляє собою періодичну послідовність характерних імпульсів з періодом слідування; 0,1-0, з с. Загальне число таких імпульсів склало приблизно 5*1о*-1о3 , mo відповідає числу зерен, то знаходились в об*сні зношеного матеріалу. Після закінчення пропєсу різання проводилось дослідження поверхні ріжучої кромки на електронному скануючому мікроскопі, встановлено, too зношення проходило шляхом локальних ВІДРІБИВ зерен кубічного нітриду бору. Сліди ВІДРИВУ зерен спостерігались У вигляді ЛУНОК з розміром більше З нкм.

V деяких випадках, особливо в початковий період різання спостерігались сигнали АЕ. представлені на рис. 26. При реєструванні таких сигналів процес різання припиняли. Дослідження ріжучої кромки на електронному скануючому мікроскопі показало, шо у ньому Випадку зношення проходило, у більшості, пляхом відділення часток зерна. Сліди відриву часток спостерігались у вигляді ланцюжка виянок. які мають гранені обриси з лінійними розмірами 0.1-0.5 нм.

На рис. З показана залежність приростання числа імпульсів АЕ при збільшенні зносу ікрива 1), а також розрахункові значення приростання числа зєрєя в зношеному об’ємі ріжучої кромки при різни* значеннях, зносу (крива е>.

У * П'ЯТІЙ главі на основі раніше проведених досліджень Розроблювались метопи прискорених відеістаючих випробувань ріжучих пластин з КНВ. використовуючії вимірювання сигналу АЕ при випробуваннях.

В загальному випадку * оцінку зносостійкості ріжучого інструменту кожна отримати аналізуючи криву зношуванння. апроксимуючи її до величині зносу. • відповідному критичному. Для нього визпачається прогноз стійкості різвя з деякою пірогідністю.

Для аналізу Надійності ріжучих пластин запропоновано користуватись величиною коефіцієнту використання ресурсу К. Для конкретної ріжучоі пластіши К рівєн відношенню стійкості даної пластини до стійкості крашої пластини з партії. Для партії пласткп К рівєн відношенню величини середньої стійкості до величиии значення стійкості крашої пластини.

Дослідження особливостей поведінки РІ З КНБ ПРИ РІЗНИХ значеннях К проводили з використанням діагностики методом АЕ. При появі імпульсів з підвішеною амплітудою дродес Різання припиняли

Рис. 3. Залежність приростання кількості Імпульсів АЕ від зносу (І) та розрахункова значення приростання кількості зерен в зношеному об"ємІ рікучоІ кромки (2Ь

Рис. 4. Значення розподілу границі гЯцносгІ на розтягання (і) та значення розподілу критичних напруг в зоні різання,^). ' (З- вірогідність руйнуваннг, і - середня напруга). ■

. ІЗ '

1 проводили дослідження Ріжучої кромки на електронному скануючому

МІКРОСКОПІ.

Встановлено. по при к<о,з основним видом підказу с руйнування б початковий період різання. Особливістю пластин з К=о. з-о. 7 був ступінчастий приріст величини эпосу після одного з проходів. Експерименти показали, по значний вплив на зниження стійкості другої групи пластин має мікрорщчуванпя. по проходить у випадковим момент часу у вершині ріжучої кромки. Таке мікРоруйнуяанля не приводить до миттєвого відказу, а визиває ступінчастий приріст величини зносу. Це свідчить про те, по иа надійність Ріжучих пластин впливають дефекти мікроструктури, які можливо та необхідно виявляти при випробуваннях.

Для виявлення інструменту з такими дефектами проводять випробування з підвищеним навантаженням. Навантаження можна а підвищувати плавно або ступінчасто. При випробуваннях КНБ ступінчасте пілвитения навантаження с небажаним. т. я. при переході з ступені на ступінь може проходити його крихке руйнування. Більш бажаним с плавне підвищеная навантаження. Такий метод випробувань може бути забезпечений при повздовжному точінні заготовки, по Мас Форму конуса. V ваших дослідженнях експерименти проводили при точінні ріжучими пластшіаии з КНБ заготовки з загартованої сталі, по мала Форну зрізаного конуса з кутом біля основи ао°.

При точінні вимірювались три складові сили Різання 1 сигнал АЕ. Для Нього державку з ріжучою пластиною та розробленим вбудоважэд датчиком АЕ закріплювали в динамометрі типу УДН-ЮО. Точівня проводили до моменту руйнування. Номент руйнування визначали по перевищенню сигналом ае порогового'рівня з наступним ♦рактограФічнии дослідженням ріжучої кромки оптичними метопами. Ріжучі пластини пля проведення досліджень вибирали у випадковому порядку з різних партій однотипних пластин в кількості не менше

З, пт. з кожної партії (кількість пластин в парти 9-50 вгг.). Якшо після руйнування допускалась перезагострення. то пластину загострювали і також випробували.

Розрахунок надійності ріжучих пластин проводили по метолу визначення віргідності руйнування різпів. розробленому Девіпим»).

---------*----------------- ’

») Левин Л. Н.. Вильгельм Н. Прогнозирование вероятности гаэрупелия резцов на основе КНБ// Сверхтвердые материалы. - 1992. -В6. С. 41-46. .

Кетод складається з аналізу кривої розподілу критичних напруг в ріжучому клині та кривої розподілу ні ти с них

характеристик інструментального матеріалу, ііри пьоцу вірогідність руйнування різця дорівнює площі Фігури, утвореної перетннон кривих цих Функцій (на рис. 4 заштрихована».

На рис. 4 показано зміну розподілу величини критичних напруг на ріжучій кромпі в процесі різання в наших умовах. а також криві розподілу граниш міцності при розтяганні інструментального

матеріалу, отримані Л Н. Девіним. Результати експериментів показали, во існує значна вірогідність руйнування досліджуєних ріжучих пластин в початковий період Різання.

отримані результати віповідають залежностям, ізі донин з загальної теорії надійності, які мавть наступне пояснення. Якшо в партії інструменту є кілька дефектних зразків, то вони будуть відказувати при більш низьких рівнях навантаження, ніж інші, при цьону ДЛЯ ВИЯВЛЄНИ| дефектних елементів проводять випробування в умовах подібних або більш жорстких, ніж характерні для реальних робочих умов.

Виходячи із значень сил різання, які викликають руйнування, отриманих в наших умовах експерименту, слідує, шо для виявлення дефектних елементів необхідно проведення точіння під навантаженням, пєрєвишушмм і 50 н. При пьону рівень навантаження, та його продовїєність це повинні визивати появу дефектів в доброякісних пластинах, при виборі режиму випробувань змінювали граничне навантаження та час навантаження, при пьону вимірювали сигнал АЕ. Появу тріщин в доброякісних пластинах визначали по перевишешда сигналом АЕ попередньо встановленого порогового рівня. Таким чином встановлювали режим досліджень при жону відбувався відказ дефектних пластин та не проходило пошкодаеннь доброякісних пластин.

Для перевірки ефективності розробленої методики було проведено дослідження стійкості ріжучих 'пластин методом повних випробувань. Точіння ПРОВОДИЛИ до величини КРИТИЧНОГО зносу ькр=о,35 мн. Більшість пластин досягала вказаного зносу за 10-12 проходів, 1Т-43И ріжучях пластин з кожної партії руйнувалась до моменту наступання критичного зносу. Якшо ж пластини проходили завчасні відсіюваючі випробування то руйнування пластин в такій партії не спостерігалось. Розрахована вірогідність безвідмовної роботи до Ю проходів партій пластин, шо пройшли випробування склала 0,89-1.

Загальні висновки. -

1. Досліджено закономірності зношування і-руинування гострих кромок ріжучих пластин з КНБ. встановлено, шо для серійних партій ріжучих пластин марок кіборіт та БПК в умовах чистового точіння загартованих сталей характерним є значна кількість пластин, шо руйнуються в початковий період різання. Ці пластини Повинні виявлятись при відсіюваючих випробуваннях.

г. вперше виявлені та досліджені залежності вірогідності руйнування від граничного стану інструментального матеріалу з КНБ при чистовому точінні загартованих сталей. Доведено, шо вірогідність руйнування ріхучоі кромки максимальна при зносі до о, і им та більше о, 35 мк>

3. Розроблені окремі оРиганальні пристрої і нетодика реєстраяіі акустичної енісії. шо відрізняються автономним каналон запису сигналу на ЕОН та вбудованим датчиков АЕ. які забезпечують підвищену швидкодію і мінімальні спотворення на шляху проходження сигналу від зони Різання до датчика.

4. Вперше розрахунково-експериментальним шляхом побудовано діаграму енергоемкості АЕ при чистовону точінні загартованих сталей інструментом з КНБ. Теоретично встановлена енергоємність імпульсів АЕ, шо викликані руйнуванням ріжучої кромки.

5. Вперше експериментальним шляхом доведено, що одним з механізмів зношування ріжучих пластин з КНБ в умовах чистового точіння загартованої сталі ШХ-15 є відрив часток інструментального матеріалу з періодичністю о, l-о,з с.

6. Розроблена виробнича нетодика прискбрених відсіюваючих випробувань ріжучих пластин з КНБ. використання розробленої методики дозволило підвищити в і, 3-1,7 рази сєрєдшо стійкість серійних партій пластин в умовах чистового точіння загартованих сталей. ,

• « <ь -

Друковані прані по"темі дисертації:

1. K. Kovlkov. L. Devin and О. LTSenKo. АЕ Method to study fracture and wear of cutting tools made of polycrystalllne super-bard materials. AEWG Fourth World Heetlns on Açoustic Emission. 1991. Boston, Hass, USA.

2. H. HovlKov. I.. Devin. F. LemKer, 0. Lysenko. AE Method to study fracture and wear of cutting tools nade of polycrystalllne supcrhard materials. Report 2. PROGRESS in ACOUSTIC EHISSIOH VII.

Sapporo, Japan. 1994. Pp. 631-636.

3. HoviKov u.V., LvsenKo O.G. and Devin L. H. Testing of

Polycrystalllne Superhard Hatenals by the Acoustic Emission

Hethod. 7th International Conferens on Mechanical Behaviour of

Haterials. The Netherlands. 1995. Pp. 797-798.

4. Новиков H. В. , Лысенко О. Г. . Девин л. Н. Диагностика разрушения пол«кристаллических сверхтвердых материалов методом ЛЭ //Сверхтвердые материалы. - 1991. - N4. - с. 33-36.

5. Новиков H. Лысенко О. Г., Девин Л. Н. Особенности

разрушения режущих*пластин из киборита при точении //

Сверх твердые натериалы. - 1991. - N6. С. 34-38.

6. Новиков Н. В. , Девин Л- Н. , Лысенко О. Г. Диагностика

разрушения и износа режуиего инструмента из поликристаллических сверхтвердых материалов // Техническая диагностика и неразрушаюший контроль. - 1992. - НЗ. с. 35-43.

7. Новиков Н. В. , Лысенко О. Г. , Девин Л. Н. Исследование

акустической эмиссии при точении инструментом из поликристаллических сверхтвердых материалов. Сообщение 1 // Сверхтвердые материалы. - 1993. - Ы5. С. 25-30.

8. Лысенко О. Г. Тихонов Н. П. Автоматизированная система для

исследования пропессов разрушения поликристаллических сверхтвердых материалов при резании, j/ Сверхтвердые и

тугоплавкие натерналы. : Сборник научный трудов - Киев: ИСН АН

VCCP - 1985,- С, 29-31.

9. Овсяник В. П. , Удовик С. Л. , Лелюх А. П. . Девин Л. Н. . Лысенко о. Г. Информационно-измерительная система контроля состояния режушего инструмента с поиошыэ акустической эмиссии. Тезисы докладов н-т конференции "Стойкость и диагн&стика режут;i с. инструмента в условиях автоматизированного производства“. Ижевск, 1988. С. 46-48.

Аннотация. /

Лысенко О. Г. Применение метода акустической эмиссии для оценки вероятности безотказной работы режущих пластин из кубического нитрида бора. Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук по специальности 05.02.01 -•Материаловедение в машиностроении". Институт сверхтвердых материалов НАН Украины, Киев, 1996.

Диссертационная работа посвяшена разработке методов оценки надежности режущих пластин из кубического нитрила бора (КНБ) на

основе использования систем диагностики режущего инструмента при его Испытаниях. Разработаны оригинальные устройства и методика Регистрация АЭ. Построена расчетно-экспериментальным путем модель энергоемкости сигнала АЭ при чистовон точении закаленной стали. Выделены и изучены параметры акустической эмиссии, коррелированные с состояниеи режушеи кромки инструмента из ККВ при его испытаниях, выявлены и исследованы наиболее характерные виды отказов инструмента из КНВ. Разработана промышленная методика оценки Вероятности безотказной работы путем Ускоренных отсеивавших испытания рехуших пластин из КНБ. Применение разработанной Методики’ позволило повысить надежность серийных партий инструмента.

Abstract.

01ев G. LysenKo. Evaluation of the probabinti of failure-free operation of CBH cutting inserts using the acoustic emission IAE) method. Abstract of the thesis of cand. sc. eng. In the speciality 05.02.01. Material science m machine-building, institute for Superhard Haterlals of the HAS of UKrame, Kiev.

І 998.

Method have been developed for evaluating the reliability of cubic boron nitride (CHB) cutting Insert using as a base the systems of cutting tool diagnosis when testing it. Original appliances as veil as a procedure to record AE have been devised. A model of the energy capacity of AE signal in the fine turning of hardened steel has been constructed by a theoretico-esperimenal method. AE Parameters which correlate with condition of the CBtt tool cutting edge when testing have been highlighted and studied. The most typical failures of CBH tool have been • disclosed and analried. An Industrial procedure has been devised to evaluate the Probability of failure-free operation by speeded UP rejecting test of CHB cutting insert. The procedure devised has allowed a higer reliability of consuerclal tool batches.

Ключові слова: кубічний нітрид бору, акустична емісія, надійність, ріжучий інструмент, руйнування, точіння, вірогідність безвідмовної роботи, зношення, випробування.