Диссертация (1173087), страница 6
Текст из файла (страница 6)
В частности в работе [8] показано, что долговечностьпокрытий по технологии конденсация вещества из плазменной фазы ввакууме с ионной бомбардировкой (PVD) и (CVD) на контактных площадках30инструмента из быстрорежущей стали составляет 0,5-5%от периодастойкости инструмента.Краткий анализ тенденций совершенствования режущего инструментатрадиционнымиметодамипозволяетутвердить,чтометодытакогосовершенствования в значительной степени уже исчерпаны, особенно в связис невозможностью сбалансированного создания свойств, связанных ствердостью, теплостойкостью и с износостойкостью с одной стороны ивязкостью и прочностью - с другой.Эффективным направлением создания режущего инструмента являетсяповерхностное упрочнение.По данным работ [4, 7, 8, 9, 29] такая ситуация типична для многихтипов инструмента (сверла, метчики, протяжки, быстрорежущие пластины ит.д.).
Начальные акты разрушения покрытий наблюдаются уже в периодприработочного изнашивания инструмента, а интенсивность разрушенияпокрытия увеличивается с ростом термомеханических нагрузок.Среди многих причин разрушения покрытия на контактных площадкахинструмента: микроползучесть локальных объемов инструментальногоматериала и склонность режущей части инструмента к упругим прогибам ипотере формоустойчивости.
Последнее обусловлено ростом нормальныхконтактных напряжений по передней поверхности σγ, при некоторомснижении касательных напряжений τγ и постоянных значениях напряженийσα и τα действующих на контактной площадке задней поверхности. Крометого, для инструмента с покрытием отмечена тенденция смещения эпюрымаксимальных напряжений к режущей кромке, чтосвидетельствует отенденциях режущего инструмента с покрытием к снижению пластической(вязкой) прочности [12].Действительно, согласно выражению:nТ3( c Т12)2где nт – запас пластической прочности инструмента; σт – предел текучестиинструментальногоматериала;С1–коэффициент,определяемый31экспериментально (С1≤ 1), увеличение нормального напряжения σγ принеизменных значениях напряжений τα, σα приводит к уменьшению запасапластической прочности режущего инструмента.Еще одной причиной преждевременного разрушения покрытия наконтактных площадках режущего инструмента является возникновениекритических напряжений на границе раздела «покрытие – основа» притермомеханическом нагружении контактных площадок инструмента.
Этинапряжения сильно зависят от разницы теплофизических и физикомеханических свойств материалов износостойкого покрытия и инструмента,собственных микронапряжений инструментального материала после полнойтермообработки и заточки режущего инструмента.Дляэффективнойнеобходимоработыустранениеилирежущегоинструментауменьшениепричин,спокрытиемприводящихкпреждевременному разрушению покрытия.Значительный вклад в изучение механизма изнашивания режущегоинструмента с покрытием в зависимости от условий его получений внесеныработами [5, 7, 22, 23, 30]. В частности было показано, что в процессеприработочного изнашивания режущего инструмента покрытие заметноснижает термомеханическую нагрузку на контактные площадки инструмента[6, 9, 15].
В результате происходит своеобразное упрочнение слоевнепосредственно примыкающих к покрытию и благоприятная с позицийлучшего сопротивления изнашиванию перестройка структуры. Послечастичного или полного разрушения покрытия обрабатываемый материалнепосредственно вступает в контакт с инструментальным материалом.Интенсивность изнашивания последнего существенно снижается.Ю.Н.Внуков[30]такжерассмотрелособенностимеханизмаизнашивания быстрорежущего инструмента с износостойким покрытием принепрерывном резании конструкционных сталей со средними и большимитолщинами среза:321. При начальном контакте стружки с передней поверхностью дляинструмента с покрытием, уменьшается длина контакта стружки с переднейповерхностью Сγ, увеличивается угол сдвига , и, в связи с этим, снижаетсякоэффициентпродольнойстружкообразованияR.деформацииОднакосреднеестружкиконтактноеисиладавлениеσγувеличивается, т.к.
сокращение площади контакта за счет уменьшения длиныконтакта происходит в большей степени, чем снижение нормальнойсоставляющей силы РNγ.2. Через 0,5 - 2 мин работы инструмента происходит прорыв(разрушение) покрытия вместе начала формирования лунки и стружканачинает непосредственно контактировать с основой. Однако условияконтактного трения в этом случае отличаются от условий контактированиястружки с инструментом без покрытия более высокими значениями среднихконтактных давлений σγ.3.
Увеличение нормальных нагрузок при трении ведет к повышениюплощади фактического контактирования в лунке, которая стремится кнормальной, а сила трения может достигать предельных величин. В этихусловиях сдвиг в контактных слоях стружки выносится за вершинымикронеровностей контактной поверхности инструмента на поверхностьнаименьшего сопротивления сдвигу материала стружки. Иными словами, приповышениисреднегоконтактногодавлениянаблюдаетсяполноезатормаживание контактного слоя стружки, а граница, определяющая еедвижение, поднимается выше гребешков микронеровностей поверхностибыстрорежущей стали, т.е. реализуется пластический сдвиг в материалестружки.В случае упрочнения материала основы, получениякриволинейныхформконтактирующихповерхностейпри этом(лунки),заторможенный слой, состоящий из множества упрочненных прослоек,может достигать значительных размеров и быть достаточно устойчивым.334.
Образовавшийся заторможенный слой у инструмента с покрытиемплотно прилегает к задней стороне лунки. В этом случае реализуетсявнутреннее трение в материале сходящей стружки.Таким образом, устойчивый заторможенный слой обрабатываемогоматериала, сформировавшийся у режущего инструмента с покрытием,предохраняет заднюю стенку лунки от контакта со сходящей стружкой иотодвигает источники тепловыделения от ее поверхности, что заметноувеличивает износостойкость и стойкость режущего инструмента.Последнее резко снижает эффективность применения инструмента спокрытием, поэтому для повышения его работоспособности необходимо:повышениекачествапокрытия,применениесмазочно-охлаждающейжидкости и комбинированных методов упрочнения с целью повышениякачества покрытий.Выявление особенности изнашивания инструмента с различнымивариантамипокрытийпредопределяютобластиихэффективногоиспользования при металлообработке.Механизм формирования поверхностных слоев при упрочняющейобработке с нанесением покрытия связан с диффузией материала покрытия вповерхность.
Основным фактором, характеризующим упрочняющий эффект,является силовой фактор, который оказывает существенное влияние нанапряженно-деформированноесостояниеповерхности,атакженашероховатость.Изменениеповерхностныхсвойствинструментальногоиобрабатываемого материалов, и возможность их варьирования в достаточношироких пределах путем использования покрытий различного состава,строения и структуры, позволяют управлять важнейшими функциональнымипараметрами процесса резания. К таким параметрам можно отнестихарактеристики стружкообразования, контактных и тепловых процессов,изнашивания контактных площадок инструмента. Наконец, направленноеизменение основных показателей процесса резания позволяет в достаточной34степени влиять и на такие параметры, как стойкость инструмента,производительность, долговечность, точность и качественные показателиготовых деталей.При разработке режущего инструмента с износостойким покрытиемвесьма важно уяснить требования к покрытию, исходя из условий егоразрушения на контактных площадках инструмента и роли в сложныхпроцессахихизнашивания.Первоетребование,которомудолжноудовлетворять покрытие — способность сопротивляться разрушению принапряжениях до 4000МПа.
Второе требование - способность покрытиясохранять свои свойства при температуре 200 ÷ 11000С, т.е. температуре,возникающей в процессе резания. Одновременно необходимо учитыватьразную зависимость свойств (модуль упругости коэффициенты Пуассона,линейного расширения, твердость и т. д.) покрытия и инструментальногоматериала от температуры.Непосредственными причинами изнашивания контактных площадокинструмента являются интегрально протекающие процессы абразивного,адгезионного,адгезионно-усталостного,диффузионногоизнашивания.Есликоррозионно-окислительного,сопротивлениеабразивномуизнашиванию достаточно эффективно может быть повышено путемувеличения твердости контактных площадок, то адгезионно-усталостные идиффузионные виды изнашивания инструмента в значительной степенизависятоткристаллохимическихструктуринструментальногоиобрабатываемого материалов.При выраженных адгезионных видах изнашивания инструмента, обычнопротекающих при резании с малыми и средними скоростями резания(температура 350÷550°С), происходит отрыв или срез мельчайших частицинструментального материала под действием сил адгезии.
Интенсивностьразрушения и возникновения «мостиков» адгезии весьма велика. Рольпокрытия в этих условиях должна сводиться к уменьшению интенсивностисхватыванияконтактныхплощадокинструментасобрабатываемым35материалом,асопротивлятьсясамопокрытиеусталостномудолжнодостаточноразрушению.Снижениеэффективноинтенсивностиадгезионного изнашивания инструмента с покрытием может быть достигнутопутемувеличенияобрабатываемыйотношенияматериал»твердостиHVп.и.м/HVо.мкомпозициик«покрытиеотношениюитвердостикомпозиции « инструментальный и обрабатываемый материал» HVи.м /HVо.ми твердости композиции «покрытие и инструментальный материал»HVп.и.м/HVи.м .По мере роста скорости резания в зоне обработки возникаеттемпература,превышающая600÷700°С,активизируютсяинтердиффузионные процессы, приводящие к взаимному диффузионномурастворениюкомпонентовматериалов.Врезультатеинструментальногоинтердиффузиииобрабатываемогопроисходятструктурныепревращения в локальных приповерхностных слоях инструментальногоматериала,что,всвоюочередь,приводиткихразупрочнению,охрупчиванию.
Одновременно возрастают напряжения в плоскости сдвига,как следствие упрочнения объемов обрабатываемого материала, чтоприводит к разрушению разупрочненных структур инструментальногоматериала. Поэтому у покрытия должна быть высокая сопротивляемостьтвердо - и жидкофазным диффузионным реакциям с обрабатываемымматериалом. В этом случае роль покрытия должна сводиться к «барьерной»функции, что может быть достигнуто введением в состав покрытияэлементовсмалойдиффузионнойподвижностьюпритемпературе,соответствующей температуре, возникающей в процессе резания.Участки упругого (дискретного) контакта между контактирующимиповерхностямиинструментальногоиобрабатываемогоматериаловподвергаются воздействию активных реагентов из окружающей среды.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
