CC BY
27ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ЗНАМЕНАТЕЛЬНЫЕ ДАТЫ
ПОЗДРАВЛЯЕМ ЮБИЛЯРОВ!
Редакционный совет научно-технического и производственного журнала «Обработка металлов (технология оборудование инструменты)» поздравляет ВЕРГАЙ ВЯЧЕСЛАВА ФЕДОРОВИЧА с юбилейной датой и желают ему крепкого сибирского здоровья, дальнейших успехов и долгих лет жизни.
ВЯЧЕСЛАВ ФЕДОРОВИЧ родился 17 января 1949 г. в поселке Ола Ольского района Хабаровского края. После окончания Новосибирского станкостроительного техникума Вячеслав Федорович молодым специалистом в 1971 г пришел работать на завод «Сиблитмаш», где и трудится по настоящее время и где складывалась вся его трудовая биография. Мастер, инженер-технолог, начальник бюро, начальник ремонтно-механического цеха, начальник производственно-диспетчерского отдела, председатель профкома, заместитель главного инженера, а с 1993 г - главный инженер акционерного общества «Сиблитмаш»
На многих этапах своей трудовой деятельности Вячеслав Федорович возглавлял различные технические службы завода. Без отрыва от производства закончил институт. В этот период работы, обладая знаниями и хорошими организаторскими способностями, он внес большой личный вклад в развитие завода.
Все технические службы Вячеслав Федорович возглавлял в трудный для предприятия период. В сложных экономических условиях ему удавалось сохранить кадровый потенциал, работающее оборудование, что в дальнейшем дало возможность не только преодолеть спад производства, но и постепенно наращивать его. Ему неоднократно объявлялась благодарность, он награжден почетными знаками в честь110- и 115-летия г. Новосибирска, ему присвоено звание «Почетный машиностроитель» Министерства промышленности и энергетики РФ.
В настоящее время под руководством Вячеслава Федоровича технические службы решают проблемы грамотно, качественно и в срок.
УДК 621.7.044.7
ЭФФЕКТИВНАЯ МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
А.Г. ОВЧАРЕНКО, профессор, д-р техн. наук, А.Ю. КОЗЛЮК, доц., канд. техн. наук, БТИ Алт ГТУ, г. Бийск
Приводятся экспериментальные исследования комбинированной магнитной импульсной обработки металлорежущих инструментов. Показана эффективность такого способа для повышения износостойкости инструмента.
The experimental researches combined magnetic pulse processing for metal cutting tool are resulted. It is shown that this way for increasing stability of the tool is progressive.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ МЕТАЛЛА, УМЕНЬШЕНИЕ ИЗНОСА, МАГНИТНАЯ ИМПУЛЬСНАЯ ОБРАБОТКА, ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВ.
Задача повышения эксплуатационной надежности инструмента приобретает все большее значение в связи с увеличением механических, тепловых и других видов воздействий на него. Для инструментов, разрушение которых начинается с поверхности, разработано большое количество методов поверхностного упрочнения, основанных на нанесении покрытий или на изменении состояния (модификации) поверхностного слоя.
В последнее время находит широкое применение магнитно-импульсная обработка (МИО) поверхностей инструментов для повышения их износостойкости. Применение МИО позволяет уменьшить остаточные и уста-
лостные напряжения в структуре материала, изменить физические механические свойства. Применение МИО значительно уменьшает избыточную энергию материала, связанную с концентрацией внутренних и поверхностных напряжений, что приводит к повышению твердости и износостойкости поверхности, не меняя формы обрабатываемой поверхности.
В существующих способах МИО применяют импульсное магнитное поле напряженностью от 800 до 2000 кА/м и временем длительности одного импульса в пределах 0.1... 10 с, при этом число циклов обработки достигает 10 и более. Для многих инструментальных сталей извест-
ТЕХНОЛОГИЯ
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
Рис. 1. Схема комбинированной МИО сверл
но, что максимальная стойкость инструмента достигается при оптимальной напряженности МИО 300...800 кА/м и длительности импульса 0.5.1.5 с [1].
Основными преимуществами МИО являются: неизменность формы поверхности после обработки, высокая производительность, простота и легкость автоматизации технологического процесса.
К недостаткам существующих способов МИО можно отнести: длительное время прохождения импульса, необходимость многократной обработки и, как следствие, повышенные энергетические и временные затраты.
Это в первую очередь связано с тем, что эффективность воздействия импульсного магнитного поля в значительной степени определяется температурой обрабатываемой поверхности. В указанных случаях нагрев изделия достигается многократным циклом обработки и значительным временем одного импульса, достигающим нескольких секунд.
Для совершенствования существующих способов МИО можно выделить основные перспективные направления.
1. Применение локальных концентраторов магнитного поля, позволяющих значительно (в 5-7 раз) увеличить напряженность магнитного поля в рабочей зоне без увеличения тока в разрядной цепи. В этом случае возможно не только обрабатывать отдельные участки сложных по форме деталей и инструментов (например, отдельные режущие поверхности), но и значительно снизить энергетические и соответственно массогабаритные параметры установки.
2. Применение магнитного поля с предварительным индукционным нагревом обрабатываемой заготовки до оптимальной температуры. Это позволит увеличить эффективность обработки, так как разогретая структура металла значительно легче поддается микропластической деформации [2].
Применение концентраторов магнитного поля при неизменной энергии заряда емкостного накопителя позволяет легко повысить напряженность магнитного поля локализацией его в меньшем объеме, воздействовать магнитным полем на небольшом участке заготовки, многократно увеличив его напряженность без увеличения тока в разрядной цепи и соответственно
мощности применяемого оборудования. Вместе тем становится возможной унификация обрабатывающего инструмента: использование сменных концентраторов для заготовок различных размеров при одном индукторе [3].
С учетом сказанного, для оценки эффективности МИО режущего инструмента были проведены экспериментальные исследования с применением концентраторов магнитного поля и предварительным индукционным нагревом изделий различной формы.
Проводились экспериментальные исследования при обработке цилиндрической, плоской и сложной поверхностей инструментов с определением оптимальных значений температур и напряженностей магнитного поля. В качестве обрабатываемых инструментов были выбраны: спиральные сверла диаметром 5.8 и 18 мм, ГОСТ 10902-77 и ГОСТ 2092-77, токарные проходные резцы ГОСТ 18869-73, метчики М 18x2,5. Материал инструментов во всех случаях - быстрорежущая сталь Р6М5.
Для нахождения оптимальной температуры предварительного нагрева проводилась МИО партии спиральных сверл (диаметр 5.8 мм, сталь Р6М5) при напряженности магнитного поля НОПТ = 1200 кА/м и различных температурах предварительного нагрева(без нагрева, 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600 °С) по схеме, представленной на рис. 1.
После МИО сверла испытывались на износостойкость путем сверления в стали 16ГС по 20 глухих отверстий глубиной 20 мм, затем измерялась величина износа по задней поверхности инструмента с помощью измерительного микроскопа БМИ-21, и далее процесс повторялся. Зависимость величины износа от количества просверленных отверстий для сверл, обработанных при разной температуре, показана на рис. 2.
Минимальный износ наблюдается у сверл, обработанных при температуре предварительного нагрева Т = 500 °С, которая и принимается за оптимальную. Свыше 550 °С инструментальные стали в соответствии с законом Кюри резко теряют магнитную восприимчивость.
Комбинированная МИО плоской поверхности (задняя поверхность резца) и сложной поверхности (рабочая поверхность метчика) проводилась при Н = 1200 кА/м и
ТЕХНОЛОГИЯ
Рис. 2. Зависимость величины износа по задней поверхности сверл й от количества просверленных отверстий N для сверл,
обработанных при разной температуре
Т = 500 °С однократным импульсом. Схемы обработки представлены на рис. 3, 4.
Экспериментальные исследования износостойкости обработанных токарных резцов и метчиков показали увеличение последней на 42 % для резцов и 61 % для метчиков относительно стойкости необработанных инструментов. Критерием выхода из строя инструментов при этом являлся предельный износ по задней поверхности
(1.5 мм) для резцов и образование макродефектов (трещин, сколов) для метчиков.
Глубина и геометрия упрочненного слоя определяется главным образом напряженностью магнитного поля, частотой импульса разрядного тока, геометрией рабочей поверхности концентратора и зазором между ней и обрабатываемой поверхностью, который должен быть наименьшим, но гарантирующим отсутствие электри-
Рис. 3. Схема комбинированной МИО токарного резца
ТЕХНОЛОГИЯ
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
Рис.4. Схема комбинированной МИО метчика
ческого пробоя. Исходя из экспериментальных исследований и анализа физической модели для найденных оптимальных режимов обработки инструментальных сталей представлены некоторые результаты моделирования (рис. 5). При этом глубина упрочненного слоя составляет 0.3.0.8 мм, неравномерность упрочнения от 2 до 14 % в зависимости от вида обрабатываемой поверхности.
Следует отметить, что при обработке сложной поверхности инструмента и гладкой рабочей поверхности концентратора максимальное удаление от нее обрабатываемой поверхности не должно превышать 2.5. 3 мм, при больших расстояниях резко уменьшается эффект увеличения микротвердости обработанной поверхности.
Для повышения эффективности МИО рабочую поверхность концентратора можно изготовить эквиди-
стантной к обрабатываемой поверхности инструмента. И в этом случае необходимо проводить предварительное моделирование для определения неравномерности распределения напряженности магнитного поля в рабочей зоне индуктора.
Список литературы
1. Малыгин Б. В. Магнитное упрочнение инструмента и деталей машин. - М.: Машиностроение, 1989. - 112 с.
2. Патент 2339704 РФ, МПК7 С21 D 1/04, 9/22. Способ комбинированной магнитно-импульсной обработки поверхностей инструментов и деталей машин / А.Г. Овчаренко, А.Ю. Козлюк Опубл. 27.11.08. Бюл. № 33. - 6 с.
3. Овчаренко А. Г. Индукторы для комбинированной магнитно-импульсной обработки инструментов различной формы / А.Г Овчаренко, А.Ю. Козлюк, М.О. Курепин // Обработка металлов. - 2008. - № 3. - С.11.
Спирально«сверло (цилиндрическая) 0=18 мм; 1-=20 мм
Токарный резец (плоская) 1.=12 мм
Метчик (сложная) М18;1=20
I:
Рис. 5. Карты распределения напряженности магнитного поля при максимальной амплитуде тока в разрядной цепи
