CC BY
7ORPAROTKA MFTAJinOB
ИНСТРУМЕНТ
Рис. 3 Инструментальная головка в работе
Решение 7. Материал роликов является самым важным моментом в инструменте для ЭМО. Были проведены исследования по применению различных материалов для роликов [3, 4]. Рассматривались: медь, латунь Л62, бронзу БрАЖ, сталь 40Х, твердый сплав ВК8 и серый чугун СЧ 25. Результаты исследований подтвердили то, что инструментальный материал должен иметь маленькое удельное элек-тросопротивление, высокую теплопроводность л высокую -вердость. Медь и латунь имеют хорошие удельные элект-росопративления и теплопроводности, но из-за своей мягкости мгновенно изнашивались. Твердый сплав имеет хорошую твердость, но более чем в 25 раз уступает меди
по первым двум показателям. Оптимальным вариантом для изготовления роликов являетзя бронза. Но используя достоинства меди и твердого сплава можно получить материал по своим характеристикам лучше чем бронза. В данном случае использовался псевдосплав состоящий из 45% карбида вольфрама и 55% меди от общего объема.
В результате вышеизложенных решений инструмент был разработан, изготовлен и испытан на станке (рис.3). Масса головки 9 кг., габариты 300X86X123, ход штоков 15мм., диаметр обрабатываемой детали от 15 мм., прижатие роликов 25-5-100 Н., диаметр роликов 90 мм.
Литература
1. Горгенко А.О. Электромеханические методы обработки //Машиностроение. Энциклопедия / Ред. совет: К.В. Фролов (гред.) и др. - М.: Машиностроение. Технология изготовления деталей машин, т. III-3 / A.M. Дальский, А.Г. Суслов, Ю.Ф. Назаров и др. / Под общ. ред. А.Г. Суслова, 2000.-С. 356-361.
2. Справочник технологамашиностроителя. В 2-х т. Т.2/ Под ред. A.M. Дальского, А.Г. Суслова, А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерексва - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение - 1, 2001 г. 944 е., ил. (с.553-562).
3. Финатов Д.Н., Инютин В.П. Выбор инструментального материала для электромеханической обработки (ЭМО) //Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. научных трудов. - Донецк: ДонГТУ. 2002. Вып. 22. - 295 с. (с. 123 - 127).
4. Финатов Д.Н., Боровков В.М. Влияние инструментального материала на качество поверхности при электромеханической обработке (ЭМО) //Обработка металлов №1(12), 2001 г.(с.35-37).
Использование композиционного материала на основе карбида титана для деревообрабатывающего инструмента
П.В. БУРКОВ, доцент, канд. техн. наук, ТПУ, г. Томск
Главным рабочим органом рубильной многорезцовой машины является резей. Неудовлетворительная работоспособность и низкая износостойкость, выявленная при работе инструмента, объясняется наличием двухкарбид-ных фаз составляющих компонентов и наличием игольчатого мартенсита з микроструктуре композитов. Термоциклическое воздейевие с частотой 105с на материал резца и отсутствие теплопоглощения древесным веществом (в 200 раз меньше, чем у металлов) приводит к "вымыванию" связки и выпадению карбидных фаз под влиянием аккумуляции импульсных тепловых и механических напряжений. Отсутствие однокарбидного фазового и эвтектоидного составов композиционного материала послужили причиной низкой работоспособности деревообрабатывающих ножей, сопровождаемой смятием и выкрашиванием кромки лезвия резца, выпускаемого серийно ГОПМЗ из стали 8Х6НФТ и стали 7Х15ВМФСН (ЧС-93) [1-3].
С целью устранения указанного выше недостатка, необходимо создание принципиально новых видов двухслойных материалов, позволяющих значительно повысить надежность и долговечность высоконагруженньх деталей
машин и механизмов, создать производства высокоэффективного инструмента [4, 5].
Актуальность решения поставленной задачи постоянно возрастает в связи с потребностью эксплуатации высокопроизводительных машин и механизмов.
Наиболее эффективным путем решения задачи повышения надежности и долговечности машин и режущего инструмента различного назначения является нанесение покрытий, придающих изделиям -ребуемые эксплуатационные свойства. В настоящее время наиболее значительные результаты получены при нанесении покрытий из композиционных порошков. Решение проблемы возможно путем формирования на поверхности обычной конструкционной стали износостойкого режущего слоя методом электрошлаковой наплавки из новых композиционных материалов [6, 7].
В качестве легирующих присадок использовали стандартные порошки быстрорежущей стали ПР-10Р6М5, высокохромистого порошка ФБХ-6-2, порошка карбида титана ТЮ, предварительно спеченного с порошком быстрорежущей стали и приготовленного для применения в качестве присадочного материала в электрошлаковом процессе.
ИНСТРУМЕНТ
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
Легирующие материалы применяли в чистом виде и в зиде механической смеси. Наплавку на горизонтальные поверхности проводили на специализированной установке ЭШН плавящимся электродом из низколегированной стали СтЗ. Исполэзовали плавленный флюс АН-348А. Образцы с наплавкой на основе порошка быстрорежущей стали ПР-10Р6М5 и порошка карбида титана подвергали термообработке (закалка+отп/ск); с наплавкой на основе высокохромистого порошка ФБХ-6-2 не подвергали термообработке. Испытания на износостойкость проводили методом интенсивного изнашивания по массе, в соответсгвии с ГОСТ 23.208-79. В качестве эталона использовали пластину из стали 65Г.
Металлографические (рис. 1), рентгеноструктурные и микрорентгеноспектральные (рис. 2) исследования гока-зали, что применение различных составов порошкообразных лэгирующих добавок обеспечивает необходимый фазовый состав и оптимальную матричную основу наплавленных покрытий. Дополнительное введение легирующих элементов измельчает матричную основу и способствует дополнительному повышению износостойкости сплава. Образование карбидной сетки при использовании порошка ФБХ-6-2 характеризует неравномерное распределение карбидов в сплаве с образованием термических трещин, что видно по рис. 1а. При использовании в качестве основы порошка ПР-10Р6М5 образуется остаточный аустенит в перегретой структуре закаленной стали (рис. 16). С помощью повторной термообработки, включающей медленный нагрев до температуры аустенизации, охлаждение в масле и отпуск в интервале от 100 до 300 °С, получена необходимая структура с малым количеством остаточного аустенита.
Таблица 1
Коэффициент относительной износостойкости и твердость покрытия в зависимости от легирующих добавок
Рис. 2 Рентгенограммы образцов, полученные при 20 кэВ с волновой дисперсией: а) ФБХ-6-2; б) ПР-10Р6М5
Исследуемые составы легирующих добавок нашли применение для изделий, работающих в условиях ударно-абразивного изнашивания (ножи-измельчители деревооь-рабатывающей и нефтехимической промышленности). Составы на основе порошка ФБХ-6-2 рекомендуются для широкого применения в деталях машин, работающих в условиях интенсивного абразивного изнашивания без существенных ударных нагрузок.
В соответствии с программой и методикой НПО "Науч-
Рис. 1 Металлография сплавов: а) ФБХ-6-2; б) ПР-10Р6М5; в) на основе "ПС
В сплавах на основе порошка "ПС необходимую струк туру после наплавки получали способом, описанным выше, а для стабильности применяли дополнительный отпуск (рис. 1в). Сравнение рентгеновских спектров образцов с эталонами показали, что после наплавки количество легирующих злементов в наплавленном слое сокращается (рис. 2).
Результаты определения коэффициента относительной износостойкости приведены в табл. 1.
Составы легирующих добазок Характер микроструктуры Твердость покрытия HRC Коэффициент относительной износостойкости
На основе порошка ПР-10Р6М5 мартенсит + карбиды Ре3С, Сг23Ск, С 45-52 2,04
На основе порошка ФБХ-6-2 эвтектика (ледебурит)+ карбиды Ре,С, (РеСг)тСп 45-48 8,5
На основе порошка TiC мартенсит + карбид РеяС 35-56 2,52
«
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ИНСТРУМЕНТ
спичплитпром" проведены испытания рубильных ножей ИТС-1000 на Л ПО "Балтика" г. Санкт-Петербург и стружечных ножей "Майер" на Болдерайском КПД.
Для испытаний рубильных ножей ИТС-1000 на Л ПО "Балтика" изготовлены 10 ножей, упрочненных композиционным материалом на основе быстрорежущей стали и 10 ножей, упрочненных композиционными материалами на основе карбида титана
Внешний вид и качество заточки ножей соо_ветствова-ли требованиям техдокументации. Трещины корпуса, вмятины, следы коррозии, выкрошины режущей кромки отсутствовали. Геометрические параметры инструмента в основном соответствовали чертежу, длина и угловые параметры всех ножей находились в пределах поля допуска. Шероховатость передней поверхности всех ножей соответствовали чертежу. Твердость ножей соответствовала допустимой 46 НКСЭ. Ширина рабочей зоны у всех ножей была в пределах 10^-20 мм, граница упрочненного слоя размыта и непрямолинейна.
Испытания ножей проводили в производственных условиях цеха ДСП ЛПО "Балтика" на операции изготовления щепы. Сырье - неокоренный баланс мягколиственных пород, средний диаметэ - 35 см, температура - 16-И8°С. Средний период стойкости как серийных ножей, так и смешанных комплектов составил в таких условиях 10 часов при фактической производительности машины около 12 м3 в час. Фракционный состав щепы соответствовал ГОСТ 15815-83 "Щепа технологическая" на всем протяжении периода стойкости.
В процессе испытаний сравнивали износостойкость опытных ножей с износостойкостью серийных ножей из стали 7X15ВМФСН [ЧС-93) по ТУ14-19-42-88 код ОКП143500 производства ГОПМАП "Сталь". Заточку и последующие переточки инструмента проводили на специализированном ножеточильном станке с принудительным охлаждением водой.
По результатам испытаний установлено:
1. Средний износ за период стойкости составил:
Ножи из стали ЧС-93 ......................................0.16 мм
Ножи с композицией на основе быстрорежущей стали..0,20 мм Ножи с композицией на основе карбида титана......0,17 мм
2. Среднее укорочение за переточку составило:
Ножи из стали ЧС-93 ............................................0,52 мм
Ножи с композицией на основе быстрорежущей стали..0,52 мм Ножи с композицией на основе карбида титана......0,49 мм
На испытания стружечных ножей "Майер" на Болдерайском КПД представлены 12 ножей, упрочненньх композиционным материалом на основе быстрорежущей стали, 8 ножей, упрочненных композиционным материалом на основе карбида титана и 20 ножей из стали 7Х15ВМФСН (ЧС-93) производства ГОПМАП "Сталь".
Внешний вид, качество заточки, геометрические параметры и шероховатость передней поверхности всех представленных на испытания инструментов соответствуют чертежу. Ширина рабочей (упрочненной) зоны у всех ножей колеблется в пределах 10-15 мм, граница упрочненного слоя размыта и непрямолинейна. Твердость рабочей зоны ножей, упрочненных композицией на основе быстрорежущей стали, на 8-12 НРСЭ ниже требуемой. Твердость рабочей зоны ножей, упрочненных композицией на основе карбида титана и ножей из стали ЧС-93 соответствует чертежу.
Испытания проводили в производственных условиях на операции изготовления стружки, Сырье - привозная технологическая щепа влажностью 60-70%, породный состав -около 30% хвойных пород, остальное - лиственные, в основном ольха, осина. Заточка ножей производилась на специализированном ножеточном станке с применением охлаждающей жидкости.
По результатам испытаний установлено:
1. Средний период стойкости как ножей из стали ЧС-93, так и экспериментальных ножей составил 12 часов.
2. Среднее укорочение ножей на участках монотонного износа за период стойкости составило:
Ножи из стали ЧС-93 ........................................0,18 мм
Ножи, упрочненные композицией на основе быстрорежущей стали......0,20 мм
Ножи, упрочненные композицией на основе карбида титана...........0,18 мм
3. Склонность всех испытываемых типов ножей к аварийному износу (образованию выкрошин и вмятин на режущей кромке) примерно одинакова. На режущей кромке ножей из стали ЧС-93 и ножей с наплавкой композиции на основе карбида титана наблюдаются только выкрошины, на режушей кромке ножей с наплавкой композиции на основе быстрорежущей стали - только вмятины.
4. Средняя величина укорочения ножей в результате переточек составила:
Ножи из стали ЧС-9 ....................................0,87 мм
Ножи, упрочненные композицией на основе быстрорежущей стали.............0,87 мм
Ножи, угрочненные композицией на основе карбида титана............0,81 мм
Износостойкость стружечных ножей "Майер", упрочненных композиционными материалами, соответствует износостойкости ножей из стали ЧС-93 производства ГОПМАП "Сталь". Твердость рабочей зоны упрочненных ножей находится в рекомендованных пределах 56 + 60 HRC3. Износостойкость рубильных ножей /1ТС-1000, упрочненных композиционными материалами соответствует износостойкости серийных ножей из стали 7Х15ВМФСН (ЧС-93) производства ГОПМАП "Сталь".
Исходя из результатов производственных испытаний, можно сделать вывод о перспективности решения использования в качестве присадочного материала при электрошлаковой наплавке режущей кромки рубильных ножей специально приготовленных композиционных материалов, т.к. это устраняет главный недостаток рубильных машин -большой расход инструментальной стали.
Литература
1. Гомонай М.В., Рушнов Н.П., Грошев B.C. Новая рубильная машина // Лесная промышленность. - 1985. - № 5. - С. 26.
2. Рушнов Н.П., Лицман Е.П., Пряхин Е.А. Рубительные машины. - М.: Лесная промышленность, 1985. - 208 с.
3. Вальщиков Н.М., Лицман Е.П. Рубительные машины. - М.: Лесная промышленность, 1980. - 96 с.
4. Burkov P.V., Bystritskii V.M., Sinebryukhov A.A., Sinebryukhov V.A., Lisitsyn I. Application of Micro- second Plasma Opening Switch for Melal Surface Hardening I/ Submitted to the Conference on Novel applications of Lasers and Pulsed, part of the SPIE International Symposium on Photonics West. - Columbia, 1995. - P. 232-237.
5. Кулаков C.H., Бурков П.В. Применение безвольфрамового твердого сплава с демпфирующей связкой для черновой обработки материалов. // Новые конструкционные материалы и покрытия. -1988. - С. 57-64.
6. Бур<ов П.В., Синебрюхов A.A., Харламов A.B., Яуф-ман А.И. Исследование модификации бысфорежущей стали под воздействием ионного пучка // Трибология и технология: Сборник трудов международного симпозиума «Славянтрибо-4», июнь 1997. - Санкт-Петербург, 1997. -С. 111-116
7. Бурков П.В., Сараев Ю.Н., Тютев A.B. Структурооб-разование композиционного материала на основе быстрорежущей стали // Порошковая металлургия и композиционные материалы: Сб. трудов. - Ленинград. -1990. - С.42-46.
