Диссертация (1173087), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Врезультате происходит интенсивное окисление и коррозия участков упругогоконтакта инструмента. Роль покрытия в этих условиях заключается в36повышениисопротивляемостиинструментальногоматериалавысокотемпературной коррозии и окислению [30].Исходя из концепции покрытия, как промежуточной технологическойсреды между инструментальным и обрабатываемым материалами, былисформулированы требования к износостойким покрытиям, наносимым нарежущийинструмент.назначениемЭтиинструмента,требованияопределяютсянеобходимостьюслужебнымсогласованиясвойствматериалов покрытия и инструмента и подходом к композиции покрытие ˗инструментальный материал как единому композиционному телу. Крометого,выбранныйсоставпокрытиядолженобеспечиватьсясоответствующими технологическими условиями получения и отвечатьобщему подходу к покрытию как материалу, работающему в условияхтяжелого нагружения [30].Наиболееважнойфункциейпокрытияпривзаимодействиисобрабатываемым материалом является управление процессом резания итермомеханическимнагружениемрежущейчастиинструмента.Взаимодействие покрытия на контактной площадке передней поверхности сосрезаемым слоем определяет характер протекающих контактных процессови, в частности, такие характеристики, как длина контакта, контактныедеформации, мощность теплового источника на передней поверхности,контактные напряжения, напряжения сдвига и т.д.
Взаимодействие покрытияна контактной площадке задней поверхности с обрабатываемым материаломвлияет на мощность теплового источника на задней поверхности, характерформирования приповерхностных слоев обрабатываемых деталей, упругоепоследствие и, таким образом, сильно влияет на качественно-точностныехарактеристики обрабатываемых деталей.Указанное многообразие факторов, на которые влияет покрытие вбольшой степени, зависит от физико-химического сродства обрабатываемогоматериала и покрытия. При низких и средних температурах это сродствоопределяет прочность адгезии, при высоких ˗ характер и интенсивностьтвердофазныхижидкофазных37диффузионныхреакций,контактно-реактивное плавление.При низких и средних скоростях резания происходит взаимодействиеконтактирующих поверхностей в условиях слабого изменения исходныхсвойств контактирующих материалов.
При средних температурахиконтактных напряжениях возникает адгезионное взаимодействие междупокрытием и обрабатываемым материалом при их дискретном контакте, чтопозволяетвнешнейсредедостаточносвободнопроникатьвзонуконтактирования. При высоких скоростях резания температура возрастает,увеличиваетсяматериала,пределтекучестиустанавливаетсяконтактныхсплошнойслоевконтакт,обрабатываемогоснижаетсяскоростьотносительного скольжения, резко возрастает возможность химическихреакций и диффузии между покрытием и обрабатываемым материалом. Притаком характере взаимодействия покрытия и обрабатываемого материалавысока вероятность одновременного действия адгезионного, адгезионноусталостного, абразивного, коррозионно-окислительного, диффузионноговидов изнашивания режущего инструмента.Работоспособность инструмента с износостойкими покрытиямивзначительной степени зависит от условий его эксплуатации и определяетсятакими критериями, как среднее значение времени резания (стойкость) Т икоэффициентеговариацииνт.Поэтомувзначительнойстепениопределяются условия эксплуатации и, в частности, работоспособностьинструмента, которая определяется средней стойкостью и коэффициентомего вариации:T.Обработка нержавеющих и жаропрочных сталей характеризуетсяследующими особенностями:1.
Высоким упрочнением материала в процессе деформации прирезании. Повышенная упрочняемость жаропрочных и нержавеющих сталей и38сплавов объясняется особенностями строения их кристаллической решетки.Они имеют больше возможных направлений скольжения и поэтому являютсяболее пластичными, чем стали феррито-перлитной группы. Вследствие этогопри пластической деформации нержавеющих и жаропрочных сталейзначения их предела прочности при растяжении могут возрастать до двухраз.2.Малойтеплопроводностьюобрабатываемыхматериалов.Этоприводит к уменьшению стока тепла в деталь и, как следствие, к увеличениюколичества тепла, которое переходит в резец, к концентрации тепла в зонерезанияиповышениютемпературырезания.Теплопроводностьнержавеющих и жаропрочных сталей в 5 - 6 раз ниже, чем у углеродистойстали 45 и в 3 - 4 раза ниже, чем у легированных.
При точении жаропрочныхсплавов даже незначительное изменение скорости резания приводит кзначительному повышению температуры резания.3. Способностью сохранять исходную прочность и твердость приповышенных температурах, что приводит к высоким удельным нагрузкам наконтактные поверхности инструмента в процессе резания - до 600010000МПа.4. Повышенная виброустойчивость движения резания, обусловленавысокой упрочняемостью нержавеющих и жаропрочных материалов принеравномерности протекания процесса их пластического деформирования.Возникновение вибраций приводит к переменным силовым и тепловымнагрузкам на рабочие поверхности инструмента, следовательно, к микро- имакровыкрашиваниям режущих кромок.Обработка резанием высокопрочных закаленных сталей характеризуетсямалой пластической деформацией при стружкообразовании вследствие оченьвысокого сопротивления деформированию этих сталей.
При обработке этихматериалов из-за высоких значений механических характеристик возникаютбольшие значения сил резания и высокие температуры резания. Удельная39сила резания имеет такие же значения, как и при обработке нержавеющих ижаропрочных сталей.Перечисленные особенности обработки высокопрочных, закаленных,нержавеющихижаропрочныхсталейопределяютихнизкуюобрабатываемость резанием.В.Н.
Подураев характеризует обработку нержавеющих и жаропрочныхсплавов следующим образом: «Малая теплопроводность этих материаловприводит к резкому снижению отвода тепла в стружку и обрабатываемуюзаготовку, а, следовательно, повышению температуры в зоне контактарежущей части инструмента и заготовки с активизацией процессов адгезии идиффузии».Врезультатеэтогозначительноувеличиваетсяизносинструмента и явления налипания (схватывания), вызывающие разрушениережущих кромок [31, 32]. Интенсификации этих процессов способствуетповышенные механические характеристики обрабатываемого материала привысокой температуре, большая истирающая способность материалов, а такжепеременное воздействие этих факторов, обусловленное вибрациями.Рассматривая особенности обрабатываемости резанием жаропрочныхсплавов,В.А.Кривоуховотмечает,чтонизкаяобрабатываемостьжаропрочных сплавов, имеющих низкую теплопроводность, объясняется ихспособностьюповышенныхсохранятьсвоитемпературах.высокиемеханическиеВысокаяконтактнаясвойствапритемпература,развивающаяся на поверхности режущего инструмента при большомдавлении, способствует «слипаемости» обрабатываемого материала иматериала инструмента, что приводит к быстрому износу последнего [33].Высокие контактные нагрузки на режущий инструмент и высокиетемпературы резания при точении труднообрабатываемых материалов,очевидно, будут способствовать деформации режущих пластин.Аналогичные выводы делает Венкатеш B.C.
Он пишет, что «образованиелунок в твердосплавных резцах с покрытием, как видно, происходитвследствие пластической деформации. Пластическая деформация, в свою40очередь, вызывает выпучивание, в результате чего имеет место сильныйизнос задней режущей грани инструмента».Исследовалось влияние пластической прочности твердых сплавов на ихрежущие свойства при точении жаропрочных труднообрабатываемыхматериалов. Было установлено, что сопротивляемость твердого сплавадеформации оказывает существенное влияние на стойкость инструмента.
Вбольшинстве случаев пластины с меньшей величиной деформации имелибольшую стойкость. Исключение составляли пластины с наименьшейвеличиной деформации, у которых из-за недоимочной хрупкой прочностиимелись выкрашивания и сколы.О значительном влиянии деформации режущего клина на износинструмента отмечалось в работе [33]. Авторы установили, что деформациярежущей пластины в зависимости от условий нагружения режущей кромкизаключается в опускании передней поверхности и вылущении задней илипередней поверхностей, (см. рисунок 1.1).Деформация больших участков режущей кромки, чаще всегонаблюдается при точении высокопрочных сталей. Это приводит кискусственному увеличению фаски износа на задней поверхности изаметному сокращению стойкости инструмента. Поэтому одной из основныххарактеристик режущих свойств пластин из твердых сплавов может бытьпредел текучести при срезе или сжатии при высоких температурах.Рисунок 1.1 – Виды деформации режущего клина41Обширные исследования ползучести твердых сплавов в статическихусловиях при различных температурах проводил Креймер Г.С.
Он определилзависимость скорости ползучести от температуры, зернистости сплавов,содержания кобальта в сплаве и т.п.Анализ литературных данных показывает, что основными причинамивыхода из строя твердосплавных пластин при обработке высокопрочныхзакаленных, нержавеющих и жаропрочных сталей с износостойкимипокрытиями могут быть: разрушение покрытий в результате высокихконтактныхсиловыхитемпературныхнагрузокидеформациятвердосплавной основы, приводящая к росту контактной площадки на заднейповерхности инструмента.Общим недостатком всех вышеперечисленных работ является то, чтопри описанных испытаниях одновременно протекают два процесса,определяющие стойкость инструмента: собственно износ твердого сплава идеформация режущего клина.
Поэтому выделить деформацию в «чистомвиде» и оценить ее влияние на работоспособность инструмента приобработке обычными твердыми сплавами не представляется возможным. Сэтой точки зрения «идеальным»Покрытие,длительноеповерхностяхвремяинструмента,является инструмент с покрытием.резанияпредохраняетприсутствующеетвердосплавнуюнарабочихосновуотконтакта с обрабатываемым материалом и от ее интенсивного износа.
Приэтом износ самого покрытия практически не влияет на рост площадкиконтакта не задней грани.42На рисунке 1.2 показана классификация износа инструмента, предложеннаяфирмой Sandvik Coromant (Швеция).Рисунок 1.2 – Классификация износа инструментаВвиду разнообразия форм износа и деформирования режущей частиинструмента, наблюдаемых визуально, оценить износ инструмента путемизмерения его геометрических размеров является сложной задачей.На рисунке 1.3 представлены визуально наблюдаемые признаки износаинструмента согласно классификации Г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
