CC BY
55
N = 0,6213^-^
ho А
Hst
(15)
При: этом принята величина показателя степени: tr = 5 [2], температурная зависимость предела прочности <тсж по данным ПС Жреймера [2]. -
Анализ полученных данных (рис. 3,) показывает, что интенсивное снижение действующих нагрузок 0Ш в зоне температур выше 820 К при практически линейном снижении прочности сплава ВК8 приводит ж росту числа циклов т, потребных в среднем для разрушения слоя толщиной ho при температурах 970-И 070 1С Замедление снижения ат при 0 > 1020 К вследствие усиления явлений высокотемпературного схватывания [1] контактирующих материалов приводит к снижению интенсивности нарастания m в зоне высоких температур контакта. В то же время увеличивается площадь поперечного сечения hodo единичного фрагмента износа вследствие роста критического размера разрушающих микротрещин в зоне высоких температур, как показано выше (рис. 2).
Совместное влияние указанных выше факторов приводит к экстремальности зависимости N(0) при температурах 990-М 030 К, что соответствует температуре максимума коэффициента адгезии fa? диапазону гомологических температур (0,6-^0,65)0 П1 обрабатываемого материала, при которых наблюдается минимальная интенсивность износа инструмента и максимальная скорость диссипации механической энергии в тепловую.
список литературы:
1. Шустер Л . Ш ., П о с т н о в В , В ., Мигранов М.Ш.. Разработка математических моде» лей контактных процессов для управления мехатронными станочными системами, / Новые технологии управления движением технических объектов. 2-я Междунар. науч.-техн. конф. г. Новочеркасск, ] 999. - С. 146. ' . '
2. П о с т н о в В . В ., Ш'арипов б. У., Шустер Л . Ш . Процессы на контактных поверхностях, износ- режущего инструмента и свойства обрабатываемой поверхности. Учебн. пособие. - Свердловск: Изд. УПИ, 1988. - 224 с.
Уфимский государственный авиационный технический университет
УДК 621.165.004
Л Ж шустер, МЖ мигранов, вл постов ИЗНОСОСТОЙКИЕ ПОКРЫТИЯ ДЛЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
Представлены результаты" экспернмеяталты х исследований триботехнических характеристик продесса резания: при точении' и фрезеровании с использованием режущего инструмента с многослойными ' износостойкими покрытия м и.
Возрастающую роль применения покрытий для повышения износостойкости режущего инструмента как для обработки металлов резанием в условиях современного машиностроительного производства, так и при эксплуатации деталей с покрытиями в машинных узлах и агрегатах трудно переоценить. Использование современного высокопроизводительного и дорогостоящего металлорежущего оборудования, оснащенного системами числового программного (ЧПУ) и адаптивного управления (АдСУ), особенно в условиях
лл1 шустер, м.ш. мигранов. вж постов
гибких автоматизированных производств (ГАП) и мехатронных систем, повышает требования, предъявляемые к качеству, надежности режущего инструмента, ужесточает условия его работы. Отмечается увеличение расхода инструмента на единицу выпускаемой продукции и затрат на инструмент [1, 4], составляющих до 4 - 7 % всех затрат на изготовление изделий. Таким образом, повышение работоспособности режущих инструментов за счет увеличения их стойкости, надежности и производительности является одним из главных факторов повышения эффективности в целом всего производства. В связи с этим актуальной задачей является создание принципиально новых инструментальных материалов, так называемых композиционных, которые обладают повышенной поверхностной износостойкостью и относительно высокой прочностью, а также вязкостью.
Режущие инструменты работают в условиях воздействия сложного комплекса факторов, например, высоких контактных напряжений и температур, а также в условиях активного протекания физико-химических процессов. При этом контактные площадки инструмента интенсивно изнашиваются в условиях абразивного воздействия инструментального материала, адгезионно-усталостных, коррозионно-окислительных и диффузионных явлений [3, 4]. Работоспособность инструмента может быть повышена за счет такого изменения поверхностных свойств, при которых контактные площадки режущего клина будут наиболее эффективно сопротивляться вышесказанным видам изнашивания и явлениям как при комнатной, так и при повышенной температурах. При этом инструментальный материал должен одновременно обладать достаточным запасом прочности при сжатии и изгибе, приложении ударных импульсов и знакопеременных напряжений. Перечисленные свойства обычно являются взаимоисключающими и создание режущего инструмента с идеальным комплексом указанных свойств в объеме однородного тела практически не представляется возможным, поэтому в настоящее время очень большое внимание уделяется многокомпонентным и многослойным покрытиям,
Известно [2-4], что химический состав, физико-механические и теплофизические свойства покрытий могут значительно отличаться от соответствующих свойств инструментального и обрабатываемого материалов и, как следствие, многослойное покрытие следует рассматривать как своеобразную «третью среду». Причем эта среда с одной стороны может заметно изменять поверхностные свойства инструментального материала, с другой - влиять на контактные процессы, деформацию, температуру и усилия резания, направленность тепловых потоков, термодинамическое напряженное состояние режущей части инструмента, проявляя эффект каждого из слоев покрытия.
В данной работе приведены результаты экспериментальных исследований закономерностей влияния на износостойкость инструментального материала с многослойными покрытиями в зависимости, во-первых, от их химического состава и кристаллохимического строения, во-вторых, технологии получения этих покрытий, в-третьих, при лезвийной обработке различных материалов в широком Рис л. Влияние длины пути резания на износ инстру- диапазоне изменения элементов режима мента по задней поверхности при точении с различны- резания.
ми скоростями резания Проведены триботехнические иссле-
дования на адгезиомере при использова-
ф-¥=58м/мин ♦ ¥=80м/мин -а-У=91м/мин *У=108м/мин
500 •
1000
1,м
нии сферических инденторов из быстрорежущей стали Р6М5 без покрытия, с покрытиями (IiCr)N и (TiCr)N + эпилама - материал образцов из стали 40Х (20 HRC), а также серии натурных испытаний при фрезеровании и точении. Фрезерование осуществлялось на вертикально-фрезерном станке HECKERT стали 40Х концевыми фрезами (d = 12 mm, z = 4) марки "Carbide" (США) - твердый сплав на основе карбидов вольфрама; "Carbide" + покрытие (TiAl)N; "HSS"J~ покрытие (TiCr)N (Россия) - быстрорежущая карбидосталь; М42 (Япония) - быстрорежущая сталь с содержанием 8 % Со; М42 + покрытие (TiAl)N и резцовыми фрезами (d = 90 mm, z = 1) со сменными четырехгранными твердосплавными пластинами ТТ8К6 и ТТ8К6 + покрытия TIN, (7iCr)N, (IIAI)N, (AlTi)N, (TiAlCr)N, (AlTiCr)N с различным процентным содержанием каждого из элементов покрытия, при различных режимах резания (п = 500 - 900 об\мкк, S = 60 - 100 мм\мин, t = 1 — 3 мм, b = 4 - 10 мм). Причем эти покрытия нанесены как различными фирмами («Бальцерс», «Caromant", "Carbide", МКТС и другие) так и методами, в частности, после предварительного отжига импульсами, как основы, так и самого покрытия; с раздельных катодов; от сплавного катода. Точение производилось на токарном станке 16К20 сталей и сплавов - 40Х, Эй - 654, ЖСбУВЙ твердосплавными пластинами ТТ8К6 со всеми вышеперечисленными покрытиями.
V10E-5,
мм/м
20 15 10 5 0
Рис. 2. Влияние скорости резания на относительный линейный износ инструмента ■ при точении с различными покрытиями
При фрезеровании и точении исследовались такие эксплуатационные свойства режущего инструмента и самого процесса, как износ инструмента по задней поверхности (рис. 1), относительный линейный износ, температура и усилия резания, коэффициент усадки стружки, а также период стойкости (рис. 2) и показатели качества обработанной поверхности.'
По результатам этих исследований можно сделать следующие выводы:
- применение покрытия и эпиламы существенно снижает прочность на срез адгезионных связей практически во всем исследованном диапазоне температур контакта;
- износостойкость концевых фрез в зоне низких скоростей резания в значительной мере определяет наличие хорошего покрытия. Очевидно, титаново-алюминиевые покрытия по сравнению с другими показали более высокую износостойкость где-то на 30 - 45 % и при высоких режимах резания;
- износостойкость твердосплавных пластин с покрытиями при точении, в сравнении с основой в исследуемом диапазоне режимов обработки составляла в среднем на 15 -25 % в лучшую сторону (рис, 2, 3).
Сталь 40Х-' ГТ8К6+(разл ;«комбинаци
/ .........:
-Ф-ТТ8К6 без марк. -й- TT8K6 с марк.
TIN -*-TiCrN -e-TiAIN «♦»AffiN Бальцерс
)0 200 300 400 ¥,м/мин
мг. гольдшмидт
Лучшие показатели эксплуатационных свойств многослойных покрытий характерны для (Т1А1 (АШ)М5 (А1Т1Сг)Н. Видимо, это объясняется тем, что эти многослойные покрытия оказывают влияние на перераспределение теплового потока в зоне контакта и износостойкость режущего инструмента в зоне приработочного износа.
Т, мин 50
40 30 20 10 0
с галь 40Х-ТТ Ж6+(разл. ш >мбинации)
\ -
X
-ф- TT8K6 без марк. -е- TT8K6 с марк. -а-TIN
* TiCrN TiAlN AlTiN
100 200 300 400 ¥?м/мин
Рис.3. Влияние скорости резания на период стойкости инструмента с различными покрытиями
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Андреев A.A., Гаврилов А.Г., Падал ко В. Г. Прогрессивные технологические процессы в инструментальном производстве. - М.: Машиностроение, 1981.-214 с.
2. Верещака A.C., Третьяков И.П. Режущие инструменты с износостойкими покрытиями. - М.: Машиностроение, 1986.-192 с.
3. Лоладзе Т.Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента.-М.: Машиностроение, 1982.-320 с.
4. Старков В.К. Технологические методы повышения надежности обработки на станках с ЧПУ.-М.: Машиностроение, 1984.-120 с.
Уфимский государственный авиационный технический университет
УДК'621.011
М.Г. гольдшмидт
О МЕХАНИЗМЕ ФОРМИРОВАНИЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ
ЛЕЗВИЙНОЙ ОБРАБОТКЕ
Показано, что при лезвийной обработке формирование остаточных напряжений в поверхностном слое определяется напряженно-деформированным состоянием металла в зоне стружкообразова-ния.
Остаточные напряжения в поверхностном слое, образующиеся при обработке резанием, могут вызвать изменение эксплуатационных свойств поверхности, а также коробление детали, особенно заметное при недостаточной жесткости последней.
Знание механизма формирования остаточных напряжений (ОН) позволяет прогнозировать возможные их негативные проявления и определять технологические пути регулирования точности и качества поверхности [1].
