автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Высокоскоростное резание жаропрочных сплавов на никелевой основе инструментами из минералокерамик

Санкт-ПетерДургский государственный технический университет

на ои

. , - г, "ЩО,

- - На правах рукописи

КОЧИНА ТАТЬЯНА БОРИСОВА

ВЫСОКОСКОРОСТНОЕ РЕЗАНИЕ ШОЛРОШЖ СПЛАВОВ НА НИКЕЛЕВОЙ ОСНОВЕ ИНСТРУМЕНТАМИ ИЗ МИНЕРАЛОКЕРШК

Специальность: 05.03.01 - Процессы механической и физико-технической обработки, стенки и инструмент

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидате технических наук

Санкт-Петербург - 1993

Работа выполнена на кафедре "Гибкие автоматические комплексы" Санкт-Петербургского государственного технического университета .

Научный руководитель: вице-президент Инженерной Академии России, доктор технических наук А.И.Федотов

'Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

В.И.ПетроБ

кандидат технических наук, доцент А.ИЛравин

Бедувдя организация: Абразивный завод "Ильич"

Защита состоится " 23 " нарта 1993 г. в 16°° часов я аудитории М 1.-го учебного корпуса на заседании специализированного совета Д 063.3U.I6 Сацкт-Петербургского государственного технического университета.

Отзывы ва автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направить по адресу;

195252, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29, Совет СПб ГО.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбГГУ. Автореферат разослан "¿3" СреВролй 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета к.х.н., доцент

М.А.Сенчило

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Актуальность темы. В авиационной,' в энергомашиностроительной и других отраслях промышленности широко используют.жаропрочные сплавы на никелевой основе. Специфические особенности этих сплавов существенно-осложняют их механическую обработку: большие силы резания, высокая температура и активно протекающие физико-химические явления в зоне контакта инструмента с обрабатываемым сплавом вынуждают работать на низких скоростях резания. Возможность применения высокоскоростной обработки ограничена низкой стойкостью режущего инструмента. В настоящее время есть основание полагать, что замена традиционного твердосплавного инструмента на новые марки минералокерамики позволит реализовать высокоскоростную обработку (ВСО) с получением значительного экономического эффекта. Для решения этой задачи необходимо изучить влияние особенностей высокоскоростного резания на изнашивание режущих инструментов из минералокерамики и определить пути увеличения их стойкости.

Диссертационная работа посвящена изучению особенностей процесса обработки жаропрочных /А сплавов митаралокеремикой та скоростях резания в 20 - 30 раз превышающих традиционные.

Цель работы. Повышение производительности и снижение се-Зестоимости процесса резания труднообрабатываемых сплавов на эснове У; " за счет перехода от традиционных скоростей н ВСО мшерал'окерамическиы режущим инструментом.

Научная новизна.

1. На основе анализа термо-механических и химических яв-шний в процессе образования стружки локального сдвига разработана математическая модель, описывающая влияние скорости реза-шя на изнашивание минералокерамических резцов, алгоритм и гро грамма расчета режимов резания, обеспечивающих режим наивыс-1ей производительности при достижении требуемой стойкости режу-(ей керамики.

2. Доказано наличие усталостного механизма изнашивания 1инералокерамической режущей пластины, вызванного цикличностью |бразования элементной стружки локального сдвига.

3. Доказано положительное влияние нового органического

покрытия - пропитки " Фолиокс", на стабильность работы и износ режущей керамики.

Методы исследования. В работа использованы общепризнанна инженерные методики расчета температур в плоскости сдвига, углов сдвига и физическая модель образования стружки локального сдвига.

Экспериментальные исследования проведены в лаборатории с использованием общепринятых методик и стандартного оборудования. Обработка полученных результатов проводилась с применением вычислительной техники.

Практическая ценность. Показана реальная возможность обработки жаропрочных л/\ сплавов отечественной режущей керамикой со скоростями резания, в 20 - 30 раз превышающими скорости резания, принятые для твердых сплавов. При этом путь резания, пройденный керамическим резцом, не меньше пути резания, пройденного твердосплавным резцом за период его стойкости.

Результаты исследований внедрены в фирме Тусский дизель" при обточке наплавленных л/\ сплавом клапанов дизельных двигателей и в ТОО "Ленфор" при обработке лопаток газовых турбин.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на: научно-техническом семинаре "механика и технология машиностроения", Свердловск, 1990 г.; "Пути повышения эффективности обработки материалов резания в машиностроении", краткосрочном научно-техническом семинаре, Ленинград, 1991 г, Йзультаты работы доложены на научном семинаре кафедры "ВС и И" Ленинградского института машиностроения и кафедре "Гибкие автоматические комплексы" С.-Петербургского государственного технического университета, Санкт-Петербург, 1993 г.

• Публикации. По теме диссертации опубликовано четыре работы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из оглавления, введения, пяти глав, заключения, изложенных на 115 страницах машинописного текста, содержит 26 таблиц, 59 рисунков, приложения и списка использованной литературы из 121 наименования.

В работе приняты сокращения: дЛ - никель, С г - хром, Ж - режущая керамика, /№¿0$ - окись алюминия, З'ч^к - нитрид кремния. 2

СОДЕШШЕ РАБОТЫ

Первая глава посвящена анализу современных достижений в области скоростного резания труднообрабатываемых жаропрочных Vi сплавов. Проанализированы возможности обработки жаропрочных сплавов традиционным твердосплавным режущим инструментом и инструментом на основе КНБ. Показано, что ведущие инструментальные фирмы мира пытаются внедрить режущую минералокерамику для обработки сплавов на основе V' .

По результатам анализа научно-технической информации сделаны выводы, что в странах содружества для обработки V; , Cr -Vi (ХН60ВТ, XH77TDP и др.) сплавов используются в основной твердосплавные режущие инструменты марок ВК8, BKI0CM, Ш10-ХСМ, ВКЗ, ВК6М, БК6-0М со скоростями резания V «. 0,33 - 0,5 м/с..

Низкая производительность, Дефицитное сырье и высокая стоимость твердосплавных пластин заставляют искать и внедрять новые технологии резания труднообрабатываемых материалов.

Синтетические сверхтвердые материалы на основе КНБ позволяют увеличить скорость резания по сравнению с твердым сплавом. Однако, это дорогой материал, который рекомендуют применять в основном для чистовых операций.

Более перспективными являются новые минералокерамические материалы для обработки V; сплавов. Это дешевый инструментальный материал, создаваемый на базе недефицитного сырья. Иностранными фирмами "Кеннаметал" (США), "Сандвик Коромаят" (Швеция) и многими другими дается рекламная информация о возможности их использования для скоростной обработки сплавов. Эта информация недостаточна для практического внедрения отечественной Hi на промышленных предприятиях страны. В специальной литературе отсутствуют сведения о характере, видах изнашивания режущих инструментов из минералокерамики при высокоскоростном резании сплавов на Vi основе, методики расчета износа втих инструментов.

Высокоскоростная обработка Vi сплавов минералокерами-ческим режущим инструментом имеет целый ряд очевидных преимуществ, но при этом значительно снижается стойкость режущих инструментов. Влияние высоких скоростей резания на износ минера-локерамических резцов недостаточно изучено. Известно, что внсо-

коскоростное резание //• сплавов сопровождается высокой контактной температурой и образованием элементной стружки локального сдвига, которая вызывает появление высокочастотной периодической составляющей силы резания. Частота колебаний силы определяется периодом образования элемента стружки и достигает 2 - 100 кГц. Известно также, что высокочастотное периодическое воздействие на режущую кромку может оказать влияние на зарождение усталостных трещин, разрушение, а значит и износ ГО. Однако, это положение не подтверждено экспериментальными исследованиями и требует дальнейшего развития, особенно при рассмотрении высокоскоростного резания инструментами из хрупких материалов.

Основная задача работы - определить влияние особенностей процесса высокоскоростного резания - высокой контактной температуры и циклического характера стружкообразования, на изнашивание режущих инструментов из различных материалов, выбрать оптимальный материал и разработать практические рекомендации по выбору режимов высокоскоростного резания сплавов на л/\ основе.

Вторая глава посвящена разработке математической модели изнашивания режущего инструмента при обработке жаропрочных сплавов на /А основе.

В основе определения температурных и силовых зависимостей, определяющих протекание процесса ВСО минералокерамйкой лежит следующая физическая модель образования элемента стружки локального сдвига, предложенная Р.Командури и уточненная в работе.

Образование одного элемента стружки локального сдвига проходит две стадии:

Первая стадия - пластическая деформация клиновидной зоны, находящейся перед передней поверхностью резца. В этой зоне воз-никаёт сложи6-напряжеиное состояние с преобладанием деформаций сжатия и сдвига. По мере продвижения режущего клина на заготовку происходит упрочнение материала в клиновидной области, увеличиваются напряжения и деформации внутри элемента стружки, увеличивается угол сдвига и уменьшается поперечный размер в сечении стружки. Элемент стружки "натекает" на переднюю поверх-' носгь инструмента, почти не продвигаясь вдоль нее.

Достижение 'значений угла сдвига'больше критического значения ф= 45+ # приводит к увеличению работы на сдвиг, увеличению температуры в плоскости сдвига и разупрочнению материала . 4

в плоскости сдвига. Дальнейшее увеличение (|) . энергетически не выгодно, т.к. в новых объемах требуется совершать работу на деформацию больше, чем в разупрочненном слое. Дэформация локализуется, выделение тепла происходит в микрообъеие локализации деформаций. Процесс начинает развиваться лавинообразно: больше тепла, больше разупрочнение, большая степень локализации деформаций, выше температуры в плоскости сдвига и т.п. Заканчивается процесс катастрофическим сдвигом вдоль поверхности сдвига. Катастрофический локализованный сдвиг является второй стадией образования элемента стружки.

В момент начала сдвига начинается образование следующего элемента стружки и развивается 1-ый этап для нового элемента. Во времени процесс катастрофического сдвига и пластического деформирования клиновидной зоны протекает синхронно, но в пространстве они разнесены и принадлежат двум соседним элементам стружки.

Исходя из описанного выше механизма стружнообразования, температуру в плоскости сдвига для первой стадии процесса следует считать по методике, разработанной в работе Петрова П.П.:

л. __У, /66 и> ч/оУ <от COS$ (Т\

% "" (4/66V&V1 Л з.пф+ о) v '

где 6т - напряжение текучести в плоскости сдвига, Па; Ъ - передний угол инструмента, рад; ф - угол сдвига, рад; Д - теплопроводность обрабатываемого материала, Вт/ мК ; о) - коэффициент температуропроводности материала, и^/с. Угол сдвига определяется по методике Райта:

Ф = i-(arcsin[/,/04 'Gia/бГв -s;n *] + &) + 4 (2)

В формуле (i) присутствует напряжение текучести в плоскости сдвига <5т . Эта величина является функцией температуры в плоскости сдвига Оав • Вид этой функции аппроксимируется выражением

Л- Г- -В&л° / X

Ьг = Ь0г2 ■ е (з;

где # - коэффициент, учитывающий разупрочнение, для VÍ спла-

5

ва ХН65ШПЗ В = 0,00042. Поэтому окончательно -&Ай получается в результате совместного итерационного решения системы уравнений (I) и (3) .

Ва передней и задней поверхностях резца интенсивно протекав! процессы трения. Средняя температура на поверхностях трения является важным фактором, определяющим теплофизические и механические свойства фрикционных контактов, а также адгезионное взаимодействие и сопротивление сдвигу тонких поверхностных слоев. При определении температуры трения для кратковременных процессов высокоскоростного трения, воспользовались линейным дифференциальным уравнением теплопроводности для одномерного теплового потока в скользящий элемент (стружка или заготовка)

Решение этого уравнения для случая полуограниченного тела дает выражение для температуры поверхности трения:

Справедливое для F¿ 4 0,2; ф - мощность теплового потока, направленного в скользящий елемент, fy = , где а - удельная интенсивность тепловыделения на контакте, q = v , где

- коэффициент трения, нелинейно зависящий от скорости скольжения при высоких скоростях резания, определяется экспериментально; fh - удельная нагрузка, Ша; РЪ= Рг/$л- 5к - площадь контакта стружки с резцом; Ытп - часть общего теплового потока, переходящая в скользящий элемент, для больших скоростей (йэ > 20) определяется по формуле djn = 4/íy/(4 Ai + 'A¿ \АЯ~ Ре2') . Средняя температура на поверхности контакта элемента стружки с передней поверхностью резца равна сумме: ~в~п = ч+

Таким образом, тепловые характеристики протекаемых процессов оцениваются по расчетным методикам, а силовые зависимости получены экспериментально.

д&,/дТ = (J ■ d2-&i/áZ¿

■&тр/0,г) = во + 2^\f¡JF/Aj W (4)

Экспериментально доказано существование периодической си-а резания с помощью фиксации ускорений режущего инструмента ьезодатчиками с последующей обработкой сигнала и получением пектрограмм в спектре частот от 100 Г\( до 20 кП;. Период зменения силы резания равен времени образования одного элемен-а стружки. Получены также спектрограммы силы с помощью тензо-еэисторов, наклеенных по специальной методике на державку реэ-а, регистрируемый диапазон частот от I Пд до 4 кГН. Получены сциллограммы переменной силы резания на фоне средней составля-щей силы при частоте образования элементов стружки от • 55 до 50 П*.

Доказана справедливость зависимости для определения час-оты образования элементов стружки: ^ = V/S sinV, Пд (б) де S - подача, мм/об; f - угол в плане; V - скорость ре-ания.

В спектрограммах ускорений на частотах образования элеме-тов стружки наблюдается увеличение интенсивности колебаний на О дБ при переходе от сливной к стружке локального сдвига. Пе-еход к этой стружке приводит к общему поднятию спектра колеба-ий. Средняя составляющая силы резания монотонно убывает, и меньшается с 550 Н до "¿50 Н (S = 0,19 мм/об; t - 0,5 мм; ( = -10°; if ■= 70°) при увеличении скорости резания от 1,66 о 8,33 м/с. Эти исследования дают возможность определить вре-я до накопления в процессе резания критического числа циклов ериодического нагружения режущей кромки и зарождения усталост-ых микротрещин.

Высокие температуры резания активизируют адгезионно-диф-узионные явления на поверхности режущего клина. В работе проедена оценка степени взаимодействия различных марок Ж с ос-овннми элементами обрабатываемого материала Vi и Cr .

Для /Vi сплавов температура активизации адгезионного заимодействия с окислом А£г0з равна 600 - 900°С, взаимодей-твие происходит не напрямую, а через образование окислов fJ\0. ри этом образуется шпинель л/; АЕг Qu . Взаимодействие />€¿0$ с г не наблюдается.

В новые материалы минералокерамики на основе ля ее упрочнения, вводят "усы" или "волокна" химического эле-ента С ТВШ 400 . При температуре Ю00°С начинается реак-

ция окисления 3;С с образованием окисла ¿¡Ог. Окись кремния взаимодействует с окисной пленкой на поверхности обрабатываемого материала VI0 с протеканием реакции 5\0г .+ лЛО + А-ёгОъ //¡¿¿¡Оь . Взаимодействие С с элементом Сг , входящим в обрабатываемый материал, также возможно при достижении высоких температур в зоне резания. При этом образуется сложное соединение Сгг 03

Оба компонента материала ТВИН-200 вступают в слабое взаимодействие с лА , однако, отмечено активное взаимодействие ¿¡¡¡/¿о со второй компонентой обрабатываемого материала - Сг (18 Я). Все остальные керамические материалы вступают в адгезионное взаимодействие с обрабатываемым материалом приблизительно с одинаковой интенсивностью. Явление адгезии приводит к развитию адгезионно-усталостного механизма изнашивания инструментального материала.

Интенсивность адгезионно-усталостного разрушения рассчитывается по формуле, предложенной Гуревичеы Д.М.

Уадг = / ^ Лг/л/кр

где л/кр - число циклов нагружения, которое выдерживает матери- . ал до усталостного разрушения; ^ - частота циклов адгезионного нагружения; с/ - средняя толщина частиц износа; Яг - отношение площади пятен фактического контакта к номинальной площади контакта.

Механизм износа твердых сплавов, СМ, минералокерамики при высоких температурах и скоростях резания представляет сложный физико-химический процесс разрушения поверхностных слоев • инструмента, при котором в определенных условиях появляются контактные диффузионные процессы. Стойкость, инструмента по износу задней поверхности, с учетом диффузионных явлений определяется по предложенной формуле Т.Н.Лоладзе

Те =

у/г Ьдр( ь'ъ'5

где р^ - плотность инструментального материала; р - плотность обрабатываемого материала; # и - передний и задний углы; С] - массовая доля продиффундировавшзго элемента; 3 - коэффициент диффузии 8

х> =

ЬсГр

£Г ГГ)п

V

где тп - масса продиффундировавтего элемента, = \*/ ру ; V/ -объем лунки, Ь ; - площадь сегмента окружности радиуса Я , /"= (Яго<-(й-е)е0)/2, где Я = е/2 £^/8е ; 5¡П */?= 20/2К ; & - протяженность лунки; е - глубина лунки; Ь - ширина лунки; Г - период резания; V - скорость резания; в* - длина контакта по передней поверхности. Величины £>, е , Ь , £п определяются экспериментально. Интенсивность диффузии определяется по формуле -Уди<р= Л^/Тз-

На рис. I изображена структурная схема, отражающая влияние скорости резания на протекание перечисленных выше процессов.

-Г

V

Уусд) -

) ' Ъ/1,3 -л-

! ]

лУ

Рис. I

Приведенная ниже система семи уравнений составлена по структурной схеме (рис. I) и является математической моделью, описывающей влияние скорости резания на износ режущего клина по задней грани при обработке л/\ сплавов Ж в диапазоне скоростей резания от 3,33 м/с до 10 м/с.

I) Уадг = УИсМгЦЛ/ ,

05 О 5

= л Удиср/д V ;

3) -Уус л1 = /?3йр у/л/кр 5 </>, \<4 = л Уус/п/й V; (е)

= ^ус/п + ^¿дг + З^иф ;

4) = У* Г , /я * Г ;

л. У,/66 и) ' 6г СОьЯ

W/ = ;

6) ^ = + ;

= ; % = + ^Аьн;

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований. Во-первых, получены зависимости относительного износа Ьо (износ по задней грани / путь резания) от скорости резания в диапазоне от 2,5 до 10 м/с; во-вторых, получены зависимости силы резания от скорости, показано наличие переменной составляющей силы резания,обуславливающей циклическое наг-ружение режущей кромки; в-третьих, показано влияние предварительного циклического нагружения режущего клина от вибратора на износ минералокерамического инструмента. Цель этих экспериментов показать наличие усталостного механизма изнашивания, вызванного цикличностью стружкообразования при ВСО ^ сплавов.

Эксперименты проводились при обработке сплавов ХН65ВМТ0 и 7Н60ВТ. Получены кривые относительного износа резца от скорости резания (рис. 2) для серийно выпускаемых минералокерамик ВОК-бО, ВОК-71, 0НТ-20 (кортинит), ВСК-95С,и для новых, ТВИН-200 и ТВИН 400, специально предназначенных для обработки а/1 сплавов, изготовленных в Московском институте твердых сплавов.

• Для каждой скорости резания определялся тип стружки. Обработка никелевых сплавов инструментом, оснащенным Ш на низких скоростях резания сопровождалась сколами пластин. Эф$ек-

10

Ряс. 2. Зависимость относительного износа Ио ~ Ьъ/2реъ от скорости резания при обработке сплава ХН65ВМТТ), Условия резания: t к 0,5 мы; #>«» = 200 м; а)- Д = 0,19 мм/об; б) - $ = О,II мм/об.

тивное резание начинается со скоростей резания 1,5 м/с и продолжается до 12 м/с. Исследование относительного износа семи типов FK ВСК-60, ВСК-71, 0НТ-20, ОЕТ-20 с покрытием "Фолиокс", ВСК-95С, ТВЙН-200, ТБШ-400 в этом скоростном диапазоне показало, что наихудшими свойствами обладает керамика ВСК-60, большая нестабильность результатов делает работу с этой керамикой затруднительной. Широко распространенная FK 0НТ-20 (кортинит) в исходном состоянии также имеет низкую стабильность, однако, нанесение на ее поверхность органического покрытия "Фолиокс" (разработка НИИ синтетического каучука г. С.-Петербург) горячим способом позволяет улучшить свойства кортинита, снизить значения относительного износа /)0 и его разброс. Лучшими свойствами обладает новая керамика ТВИН-200, на основе З^л//, изготавливаемая методом'газостатического прессования, т.к. удачен ее химический состав и снижена пористость до I*.

Проведенное экспериментальное исследование сил резания выявило, что переменная составляющая силы появляется при образовании стружки локального сдвига, увеличивается с увеличением скорости резания, а затем стабилизируется, достигая 20Я от средней составляющей силы. ^

Переменная составляющая силы может быть причиной усталостного изнашивания режущего клина. Чтобы доказать это, режущий клин подвергали предварительной периодической эквивалентной нагрузке от вибратора, встраиваемого в патрон станка. Амплитуда нагружения составляла 60 Н на Зоне постоянной нагрузки на резец 200 Н, частота нагружения - 50 Гц. Нагружению подвергали резцы из твердого сплава ЕК8, TI5K6 и минералокерамики. Пятигранную пластинку П5К6 подвергали предварительному нагружению в течение 6 часов, за это время было накоплено 10 циклов. Нагрузке подвергались пять вершин с одной стороны многогранной пластины, с другой стороны пластины режущие вершины были в исходном состоянии. Критическое число циклов нагружения для пластин твердого сплава определено по методике 0ста{ьева В.А. и равно Л/ир ~ 10^ циклов. Предполагалось, что при скорости резания V = 0,88 м/с за.доли секунд будут накоплены недостающие до критического числа 1000 циклов и начнет формироваться усталостная трещина, которая скажется на величине износа пластины. Однако, результаты эксперимента показывают, что в условиях образования 12

стружки локального сдвига предварительно нагруженная пластина и ненагруженная в одинаковых условиях имеют одинаковый износ по задней грани. Режущая пластина Т1ЕК6 достигает износа по задней грани Нз = I мм за 4 минуты работы. На износ пластины Т15К6 оказывают более сильное влияние другие факторы, а не усталостное разрушение, вызванное цикличностью образования стружки. Те же результаты были получены для твердосплавных пластин - БК8.

Предварительному циклическому нагружению подвергали мине-ралокерамические пластины ВОК-71. Критическое число циклов, которое выдерживает эта пластина, л/кр & 1,6-10®. Путь резания равнялся 50 м при скорости резания V =1,53 м/с в условиях образования стружки локального сдвига. Износ ненагруженной пластины Ьз = 0,3 мм, среднее значение износа пластины, подвергавшейся нагрузке 5 часов (0,9-10® циклов), Ь3 = 0,4 мм. При нагрузке в 6 часов (1,08-10® циклов). - 0,45 мм. При нагрузке 8 часов (1,44-ТС^ циклов) - 0,512 мм, при нагрузке 10 часов (л/ >= Т,£ ов) /13 » 0,55 мм. То есть для минералокера-

мических резцов заметно влияние предварительной циклической нагрузки на износ. Чем больше количество циклов резец получил предварительно, тем больший износ по задней грани наблюдается в эксперименте. Вззец, предварительно нагруженный 9-10 часов, разрушается практически мгновенно.

Был сделан еще один эксперимент, косвенно подтверждающий наличие усталостного механизма изнашивания, вызванного цикличностью образования стружки при работе ГО, Наиболее пористая Ж была подвергнута горячей и холодной пропитке органическим веществом "Фолиокс", разработанным во ВНИИСКе. Смысл пропитки заключался в том, чтобы заполнить поры и создать дополнительные упругие и демпфирующие связи между отдельными зернами в керамической пластине. Поверхностного эффекта смазки здесь не могло наблюдаться, так как органическое вещество "Фолиокс" не выдерживает высоких температур резания, разлагается и удаляется с'поверхности. Внутри матрицы остаются продукты разложения и из-за низкой теплопроводности керамик в подповерхностных слоях задерживается и само вещество, играя положительную роль динамического демпфера. Нанесение покрытия позволило значительно -повысить стабильность работы'керамики и ее стойкость.

Усталостный механизм изнашивания, вызванный цикличностью

образования стружки локального сдвига, актуален при работе Ш и не имеет существенного значения в процессе изнашивания твердосплавных резцов.

В четвертой главе по описанным вше методикам и на основе проведенных экспериментов проведены расчеты температур в зоне резания для сливного струккообразования и при высоких' скоростях резания в условиях локализации пластических деформаций (рис. 3).

0-д Рнс. 3. Расчетные значения температур на передней и задней поверхностях режущего клина. - - ТСШ-200;

----П5К6. Условия обработки:

5 « 0,19 мм/об; Ь = 0,5 мм. Обрабатываемый материал - ХН65ВМИ).

4200 1100 <00 900

too

700 «00 300

Г е-п

1

f г ,

>

tk

о 1,5 ifi s,0 6,i t,s /0 V, М/с

На основе зависимостей (б) и (?) , экспериментальных значений fir - коэффициента адгезии, d - величины адгезионного кратера, параметров лунки износа расчетно-экспериментальными методами по известным методикам определены интенсивности адгезионно-усталостного изнашивания Уадг и диффузионного изнашивания Удиср для конкретного случая обработки л/i сплава минера-локерамическим резцом на основа ¿¡¿л^ - ТВИН-200.

Теоретически, на основе разработанной в диссертации методики, рассчитана интенсивность усталостного разрушения tfycm, вызванного цикличностью образования У Ю* стружки (8). м/с

Рааультаты расчета Ууст и у/ расчетно-экспериментальные определения Уодг, Удиср , представлены на рис. 4.

Рис. 4. Влияние скорости резания на интенсивность изнашивания ыинерало-керамики ТВИН-200 при обработке спла- * ва ХН65ВМТЮ (3 = 0,19 мм/об; t . 0,5 \ мм).

14

<0 9 i Т 6 5

№ ¿0 ДО 4,0 5,0 6,'о

Для твердосплавных резцов в диапазоне скоростей резания характерных для втих сплавов (0,3 - 0,5 м/с) доминирует адгезионно-усталостное разрушение и при очень высоких скоростях (v > I м/с), пластическое деформирование вследствие высоких температур резания. Усталостный механизм изнашивания не проявляется, т.к. резец "сгорает" раньше, чем успевает накопиться в процессе резания критическое число циклов нагрузки.

На режущей керамика наблюдается поочередно доминирование основных механизмов изнашивания. На низких скоростях резания ( до 1,5 м/с) керамические пластины подвержены сколам, из-за больших сил резания и низких [Gu]. На средних скоростях резания (.1,5 - 5 м/с) доминирует адгезионно-усталостное изнашивание, при высоких скоростях резания V > 5 м/с увеличивается частота образования элементов стружки и начинает доминировать усталостный механизм изнашивания, при очень.больших скоростях резания (V >8,5 м/с) включается механизм диффузионного изнашивания, увеличивается характерная лунка и температура на контактных поверхностях вплотную приближается к теплостойкости ГО, при этом износ наступает катастрофически быстро.

По суммарной интенсивности проведен^ расчёт

износа лучшей FK ТВИН-200 при пути резания 200 м, получены расчетные значения Ьз «■ /(Vj , которые сравнены с экспериментальными. Отклонение Ьз расч. от h з эксп. находится в пределах 20- 30 что подтверждает работоспособность разработанной выше модели износа минералокераыики при обработке л/\ сплавов.

В пятой главе проведен экономический анализ обработки деталей из V; сплавов твердосплавным инструментом на традиционных скоростях резания и FK. Разработан алгоритм расчета оптимального режима резания, обеспечивающего максимальную производительность обработки при условии выполнения требований по стойкости, с учетом ограниченной мощности станка.

ЗАКЛЕНЕНИЕ

На основании проведенного исследования можно сделать следующие выводы?

I, При обработке Vi сплавов минералокерамическим режущим инструментом на- высоких скоростях резания формируется элемент' 15

ная стружка локального сдвига. Формирование этой стружки сопровождается появлением переменной составляющей силы резания с частотой изменения силы равной частоте образования элементов стружки. Высокочастотная периодическая сила резания на высоких скоростях резания'интенсифицирует усталостное разрушение режущего клина.

2. Экспериментальное исследование изнашивания минералоке-рамичесних пластин доказывает существование усталостного механизма изнашивания, а математическая модель показывает как этот механизм износа учесть в расчетах.

3. На средних и высоких скоростях резания л/\ сплавов актуальным является адгезионно-усталостное разрушение минералоке-рамической пластины. В диапазоне скоростей резания V = 3,3 -, 4,2 м/с интенсивности адгезионно-усталостного и усталостного разрушения, вызванные цикличностью с тружкообраэования, выравниваются, а при более высоких скоростях усталостный механизм износа является доминирующим до скоростей резания, на которых температуры на контактных поверхностях приближаются к теплостойкости ~ инструментального материала.

4. Высокоскоростная обработка V; сплавов резцами из ми-нералокерамиви дает существенный экономический аффект за счет перехода к более интенсивным процессам и за счет снижения стоимости режущих пластин (пластина из минералогарамики в 3 - 4 раза дешевле пластины из твердого сплава). За период стойкости инструменты оснащенные ГК ТВИН-200 и твердым сплавом ВК8 проходят один и тот-же путь резания.

5. Для внедрения в производство рекомендуются новые пластины марки ТВИН-200 на нитридаой основе (разработка ВНШГС г. Москва).

6. Для улучшения рёжущих свойств серийно выпускаемой керамик* 0НТ-20 (повышения стойкости и стабильности изнашивания) рекомендуется обработка пластин 0НГ-20 органичесним составом "Фолиокс".

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

I; Житник Т.Е., Петрадина Л.Н, Анализ возможностей использования различных инструментальных материалов в процессе сверхскоростного резания - дэп. во ВНЙИТЭИР 1Р 274-МШ 89, 1990, Р I,

с. 75;.

2. Нятних Т.В., Пвтрещина Л.Н. Изнашивание ревущего инструмента при сверхскоростном резании // Механика и технология машиностроения. Та а. докл. Свердлове*, 1090.

3. Житник Т.В., Петращгаа Л.Н. Хараиер изнашивания ре куце г в клина при обработке хремоникэлэвых сплавов // Пути повша-иия эффективности обработки материалов резание? в машиностроении. Материалы краткосрочного н.-мхя, семинара Л., 1991.

4. Петрапнна Л.Н., Литник Т.Б. Влияние характера стружко-обраэования на износ режущего инструмента // Разработка я внедрение новых ресурсосберегающих технологи* в области машиностроения. Орел. 1991. -с. 27 - £й.

Подписано к печати Бесплатно

Объем 1,0 печ.л. Тираж 100 вкэ. Заказ S"-SS

Ротапринт СП6Г1У 195252, Саннг-Петербург, ул. Политехническая, 29