Диссертация (1173087), страница 28

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 28)

Исследование режущих свойств инструмента сбыстрорежущимиитвердосплавнымипластинамислокальнымдиффузионным покрытием были проведены на ОАО «МПО им. И.Румянцева».Обобщенные кривые h3 =f(  ) и характер изнашивания инструмента с_быстрорежущимиитвердосплавнымипластинамисдиффузионным покрытием представлены на рисунках 6.2 – 6.11.локальным223Рисунок 6.2 – Обобщенные кривые h3 =f(  ), полученные при_поперечном точении стали 40Х (НВ220) резцом с твёрдосплавной пластинойIC50М: v = 190 м/мин;s = 0,4 мм/об; t = 2ммНа рисунке 6.3 показан очаг изнашивания режущего инструмента, как слокальным диффузионным покрытием, так и без покрытия.а)б)Рисунок 6.3 – Характер изнашивания контактной площадки заднейповерхности твердосплавной пластины резца (IС50M) при точении стали 40Х(v = 190 м/мин; t = 2мм; s = 0,4мм/об.): а – без покрытия; б – с локальнымдиффузионным покрытием224Рисунок 6.4 – Зависимость износа твердосплавных пластин IC9015 отдлины обработки при продольном точении стали 40Х (НВ220): v = 225м/мин; s= 0,2 мм/об; t = 1ммНа рисунке 6.5 показан очаг изнашивания режущего инструмента, как слокальным диффузионным покрытием, так и со сплошным покрытием.h3h3h3а)б)в)Рисунок 6.5 – Характер изнашивания контактной площадки заднейповерхности твердосплавной пластины режущего инструмента (IC9015) приточении стали 40Х (v = 225 м/мин; s= 0,2 мм/об; t = 1мм): а – сплошноепокрытие; б – дискретное диффузионное покрытие; в – применение СОЖ(Москвинол)225Рисунок 6.6 – Обобщенные кривыеh3 =f(  )_полученные припродольном точении стали 40Х (НВ220) твердосплавными пластинамиIC3028: v =150м/мин; s=0,2мм/об; t=1ммНа рисунке 6.7 показан очаг изнашивания режущего инструмента, как слокальным диффузионным покрытием, так и без покрытия.а)б)Рисунок 6.7 – Характер изнашивания контактной площадки заднейповерхности твердосплавной пластины режущего инструмента (IC3028) приточении стали 40Х (v = 150 м/мин; s= 0,2 мм/об; t = 1мм): а – сплошноепокрытие; б – дискретное диффузионное покрытие226_Рисунок 6.8 – Обобщенные кривыеточениистали40Х(НВ220)h3 =f(τ),полученные при продольномтвердосплавнымипластинамиIC9025:v=190м/мин; s=0,4мм/об; t=2ммРисунок 6.9 – Обобщенные кривыеh3 =f(  ),_полученные припродольном точении стали 40Х (НВ220) с v = 80 м/мин; s = 0,175 мм/об; t=1,0мм резцом с быстрорежущей пластиной Р6М5К5227Рисунок 6.10 – Обобщенные кривыеh3 =f(  ),_полученные припродольном точении стали 40Х (НВ220) с v = 65 м/мин; s = 0,175 мм/об; t=1,0мм резцом с быстрорежущей пластиной Р6М5h3h3h3а)б)в)Рисунок 6.11 – Характер изнашивания контактной площадки заднейповерхности быстрорежущей пластины (Р6М5) при точении стали 40Х (v =65 м/мин; s = 0,175 мм/об; t=1,0 мм): а – без покрытия; б – дискретноедиффузионное покрытие; в – сплошное покрытиеУстановлено, что режущий инструмент с локальным диффузионнымпокрытием, показал лучшие результаты, чем контрольный инструмент иинструмент со сплошным покрытием, по сопротивлению разупрочнения поддействиемнагреваизнашивания.научасткахприработочногоиустановившегося228_Сравнение кривых h3 =f(τ), (см.

рисунки 6.3 – 6.8) позволяют отметить,что на стадии приработочного изнашивания, дискретное диффузионноепокрытие снижает термомеханические нагрузки на контактной площадкеинструмента, эффективно тормозит изнашивание по задней поверхностирежущего инструмента.Были проведены исследования на разных режимах обработки разнымиинструментальными материалами, а также с применением смазочноохлаждающей жидкостью.Установлено, что режущий инструмент с локальным диффузионнымпокрытием,повышаетизносостойкостьрезцовствердосплавнымипластинами IC50M при поперечном точении, стали 40Х (НВ220) в 3-4 раза посравнению с пластинами без покрытия и в 1,8-2,5 раза по сравнению сосплошным покрытием; а износостойкость резцов с твердосплавнымипластинами IC3028, IC9015 и IC9025 при продольном точении стали 40Х(НВ220) в 1,5 раза по сравнению с пластинами со сплошным покрытием сиспользованием смазочно-охлаждающей жидкостью и в 1,8 - 2 раза посравнениюспластинамисосплошнымпокрытиембезсмазочно-охлаждающей жидкости.Установлено, что режущий инструмент с локальным диффузионнымпокрытием, (см.

рисунки 6.9 – 6.10) повышает износостойкость резцов сбыстрорежущими пластинами Р6М5, Р6М5К5 при продольном точении стали40Х (НВ220) в 4-5 раз по сравнению с пластинами без покрытия и в 1,5-3 разпо сравнению со сплошным покрытием.Дискретное диффузионное покрытие позволяет повысить долговечностьи износостойкость инструмента за счет оксидного слоя. В процессемеханообработки при повышенной температуре оксиды переходят в болеестабильное состояние, заполняя вакансии в решетке [59, 85, 86].

Происходитпроцесс восстановления основы после окисления. Повышенное содержаниекислорода в поверхностном слое в форме твердого раствора внедрениясопровождается увеличением удельного объема, формированием остаточныхсжимающих напряжений.229Таким образом, можно отметить, что атомы и ионы активированноговоздуха под действием коронного разряда осаждаются на поверхностностиинструментального материала и изменяют кристаллическую решетку(измельчение структуры, увеличение плотности кристаллического строения,текстурированию тонких приповерхностных слоев) [57, 67, 86].Отмеченная выше минимальная интенсивность изнашивания приточении стали 40Х, связано с двумя факторами:1.

Исходная структура быстрорежущих и твердосплавных пластин слокальнымдиффузионнымпокрытиемобладаетповышеннойсопротивляемостью изнашиванию вследствие упрочнения поверхности.2. Энергетическое воздействие процесса резания на контактнойплощадкеинструментаслокальнымдиффузионнымпокрытиемсущественно ниже соответствующего воздействия на контактные площадкиинструмента без покрытия.3. Поэтому для режущего инструмента с локальным диффузионнымпокрытием снижается уровень термомеханического воздействия на режущийинструмент.

Это приводит к своеобразному дополнительному упрочнениюструктуры инструментального материала.Для подтверждения положения о снижении термомеханическоговоздействия на режущую кромку инструмента произведена оценка уровняэнергозатрат и экспериментальная оценка теплового состояния режущегоклина инструмента.Для теоретической оценки изменения относительной температуры наповерхности контакта для инструмента с ячеистым покрытием использовалиформулу А.Н. Резникова [87]:hI  им Q 120 I  им (6.1)где h I , λI - толщина и коэффициент теплопроводности соответственно режущегоинструмента с локальным диффузионным покрытием;  им - теплофизическаяхарактеристика инструментального материала; τ - время резания; λИМ - коэффициенттеплопроводности инструментального материала.230Расчеты производили при τ = const = 10с, т.е.

при времени резания,соответствующегоприработанномупериодустойкостирежущегоинструмента. Данные расчетов параметра Q при значениях параметров,входящих в формулу (6.1), взятых из источников [87, 88, 89, 90, 91],приведены в таблице 6.1.Таблица 6.1 – Значения исходных данных для расчетов измененияотносительной температуры в режущем инструменте при τ = 10с им Вт/м2 oСРежущий инструментλI, Вт/мoСР6М5 – без покрытия42,329,60,65Р6М5 - ячеистое покрытие28,437,20,54IС50M – без покрытияIС50M - ячеистое покрытие32,127,136,539,40,570,48QАнализ данных таблицы 6.1 позволяет отменить сильное влияниехарактеристикупрочняющихслоевнаизменениеотносительнойтемпературы Q, поступающей в режущую часть инструмента.

Так основнойвклад в снижение скорости роста температуры в режущую кромкуинструмента вносит диффузионный нано-слой, (см. таблицу 6.1).Расчеты параметра Q по формуле (6.1) весьма приблизительны т.к. неучитывают изменение мощности тепловых источников от трения поконтактным площадкам передней и задней поверхностей. Не учитываетзависимость и дифференциальный характер параметра λI - для нано-слоев.Тем не менее, в первом приближении данных расчетов, представленных втаблице 6.1, можно констатировать факт заметного снижения скоростинагрева режущего инструмента с локальным диффузионным покрытием, запериод приработочного изнашивания. Анализ формулы (6.1) и данныхтаблицы 6.1 позволяет также отметить, что «чистый» теплоизолирующийэффект локальных (ячеистых) диффузионных покрытий тем выше, чемменьше соотношение λим/λI, неравномерность толщины упрочняющего слояhI и меньшее время τ.231Для оценки температуры на длине контакта стружки с переднейповерхностью использовали теоретические зависимости, представленные вработе [88].Исходя из очевидного положения о равенстве температуры режущегоинструмента и стружки на границах контакта стружки и переднейповерхности инструмента приравнивали Tри(о) и Том(о, τ ).

C учетом того, чтоqTOM (o, )  2 OM 6  aOM   , аTОМ (o) 1 αλИМ mИМ(6.2)1 , получим:ОМ mOМ 6 a  OM2 OMПосле преобразований получим:2λOM - 2λOM α  αλ ИМ mИМ 6  aOM  τ ;2OM  (2  ОМ   ИМ mИМ 6  aOM   Откуда коэффициент распределения температуры  равен:α(6.3)2 λ OM2 λ OM  λ ИМ m ИМ 6a OM  τЕсли подставить выражение (6.3) в (6.2), то можно получитьзависимость для оценки температуры контакта стружки и переднейповерхности:αq 6aOM τTп2 λOM2λOM λИМ mИМ 6aOM τс учетом того, чтоTп q 6aOM τq  Vc ,   lk / Vc1,5 q  qOM  τλOM  λИМ mИМ 1,5 aOM  τполучимτS VC 1,5 aOM l K(6.4)λOM VC  λОМ  mОМ 1,5q 2 l KПрименительнокусловиямконтактированияобрабатываемогоматериала и инструментального материала по передней поверхности общаядлина контакта согласно данным [87, 88, 89] определится по формуле:l γ  2Ssin Kl (1 tgγg secγ(6.5)Подставляя (6.4) в выражение (6.5) окончательно получим выражениедля оценки среднего значения температуры контакта по переднейповерхности с учетом того, чтоVc  V / Kl232Tп 1,5 τS  V Kl 2 a OM  Ssin Kl (1 tg)  sec (6.6)V Kl  λOM  1,5λИМ  mИМ 2 aOM  Ssin K l (1 tg)  secγВ формулах (6.2) - (6.6) значения элементов в них входящихрасшифровываются следующим образом: α - коэффициент распределениятепловогопотока;λОМ,λИМ-коэффициентытеплопроводностиобрабатываемого и инструментального материалов; V - скорость резания; Кl коэффициент продольной деформации стружки; S - подача; τ = 0,52 - σВ [88] касательные напряжения; q, τ, U - мощность теплообразования; коэффициентmим согласно работе [90] равен: mИМ  FИМИМИМИМИМFИМBi , где им - коэффициентiтеплопередачи; Fим - площадь сечения режущего инструмента; Bi - критерийБио для стали Р6М5 mим =32м 1 .Расчеты проводили для варианта точения стали 40Х (σВ = 730МПа)резцами, оснащенными пластинами Р6М5 с ячеистым покрытием (см.рисунок 6.8), имеющих  =450,  =80; v = 65 м/мин; t = 1мм; s = 0,175 мм/об.Такимобразом,дискретноедиффузионноепокрытиеповышаетдолговечность режущего инструмента, за счет релаксации напряжений.6.2.2 Исследование параметров резания и свойств инструмента прифрезерованииФрезерование–одинизсложныхвидовмеханообработки,характеризующийся многообразием видов и схем обработки с переменнымив каждый момент резания параметрами срезаемого слоя.

Характеристики

Список файлов диссертации