Исследование взаимодействия пластически деформирующих засаленных абразивных зерен с заготовками из пластичных материалов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.923 А. Н. УНЯНИН

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПЛАСТИЧЕСКИ ДЕФОРМИРУЮЩИХ ЗАСАЛЕННЫХ АБРАЗИВНЫХ ЗЕРЕН С ЗАГОТОВКАМИ ИЗ ПЛАСТИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Приведены результаты исследования процесса резания^арапания заготовок из пластичных материалов единичными пластически деформирующими абразивными зернами. Выявлено влияние условий и режима процесса на степень засаливания и износ зерен, критическую глубину микрорезания и коэффициент навалов.

Налипание частиц материала (металла) заготовки на абразивное зерно (а.з) шлифовального круга приводит к изменению условий взаимодействия зерна с заготовкой. Однако вопросы, касающиеся интенсивности налипания металла на а.з, влияния степени засаливания зерна на критическую глубину микрорезания и на процесс образования навалов по краям шлифовочных рисок, а также фрикционное взаимодействие засаленного а.з с заготовкой мало изучены. Эта информация необходима, в частности, для расчета сил шлифования и параметров микрогеометрии шлифованной поверхности [1] в условиях, когда а.з интенсивно засаливается.

Резание-царапание заготовок единичным абразивным зерном изучали в процессе экспериментальных исследований на установке, созданной на базе плоскошлифовального станка ЗГ71. А.з закрепляли в держателе (инденторе), установленном в специальном диске. Заготовку устанавливали в приспособлении, содержащем нагревательный элемент для ее подогрева, что позволяет перенести полученные результаты на реальный процесс шлифования, когда а.з диспергирует материал заготовки, подогретый другими зернами [2]. Заготовки изготавливали из сталей ЗХЗМЗФ, 40Х и 30X13, относящихся к 1 - 3 группам обрабатываемости шлифованием соответственно и обладающих высокими пластическими свойствами.

Диспергирование осуществляли единичными зернами из электрокорунда нормального, имеющими форму усеченного конуса с углом при вершине 120° и площадкой размером 0,1 мм [2]. Зерна затачивали с помощью специального приспособления на заточном станке алмазным шлифовальным кругом. Окружная скорость индентора составляла 35 м/с; глубиной внедрения а.з в заготовку варьировали в пределах (0 -10) мкм [2].

При экспериментах контролировали и рассчитывали: коэффициент навалов (выдавливания) 8„, равный отношению площадей навалов по краям риски к площади самой риски; критическую глубину микрорезания а,ф, при превышении которой зерно начинает снимать стружку; силы резания-царапания Р2 и Ру; коэффициент засаливания К3, равный отношению

площадей налипов металла и площадки затупления на зерне.

Предварительно определили критическую глубину микрорезания при различных значениях температуры подогрева заготовки. При резании-царапании заготовок из стали 40Х составила 3,17 и 4,80 мкм для 20 и 200 °С соответственно, т. е. в этом диапазоне температур а.з пластически деформирует материал заготовки при ^ < 3,17 мкм. При царапании заготовок из сталей ЗХЗМЗФ и 30X13 а.з будет осуществлять пластическую деформацию при а^ < 3,26 и 3,10 мкм.

На втором этапе исследовали налипание частиц материала заготовки на контактирующую с ней поверхность зерна. Для зерен, осуществляющих пластическую деформацию, коэффициент засаливания К3 увеличивается с увеличением числа пв взаимодействий а.з с заготовкой и температуры заготовки Т3 (рис. 1). Это объясняется прежде всего интенсификацией физико-химических процессов на контактирующих поверхностях а.з и заготовки с повышением температуры, с увеличением которой сокращается длительность активации, объемного взаимодействия и интенсивность реакций при этом [3]. В то же время контактная температура увеличивается не только с подогревом заготовки, но и с увеличением пв. Наиболее интенсивное налипание материала заготовки на а.з зафиксировано при диспергировании заготовок из штамповой стали повышенной вязкости ЗХЗМЗФ, менее интенсивное- при деформировании заготовок из коррозионностойкой стали 30X13. При этом интенсивность налипания на пластически деформирующие зерна на (10-30) % ниже, чем на зерна, осуществляющие микрорезание [4]. Износ зерен, осуществляющих пластическую деформацию, снижается с увеличением температуры заготовки, а его интенсивность на (15 - 30) % ниже интенсивности износа режущих а.з.

Навалы материала заготовки по боковым сторонам рисок наблюдались во всем исследованном диапазоне глубин внедрения а.з , однако максимальные значения коэффициента в„ зафиксированы при царапании пластически деформирующими зернами

о

500

1000 nB"

1500

2000

2,5

1,5

1

о

500

1000

1500

2000

n

4,5

4

43,5

В

2,5

Ру 2

1,5 1

К3

о

500

1000

1500

2000

п

в

в

Рис. 1. Зависимость коэффициента засаливания К3 от числа взаимодействий пв пластически деформирующего а.з с заготовкой fa = 3 мкм): а, б, в - материал заготовки - сталь 40Х, ЗХЗМЗФ и 30X13 соответственно; 1 - 4 - температура заготовки 20, 100, 150,200 °С соответственно

(табл. 1). Коэффициент е„ увеличивается с увеличением коэффициента К3 и снижается с увеличением температуры заготовки. Максимальные значения б„ отмечены при диспергировании заготовок из стали ЗХЗМЗФ, когда наблюдали наиболее интенсивное засаливание а.з; минимальные значения е„ зафиксированы при царапании заготовок из стали 30X13. Значения коэффициента в„ для пластически деформирующих зерен в 2-3 раза выше, чем для зерен, осуществляющих микрорезание [5].

Засаливание а.з связано с изменением условий фрикционного взаимодействия их поверхностей с

Рис. 2. Влияние коэффициента засаливания К3 и температуры заготовки Т3 на силы Р2 и Ру при пластическом деформировании заготовки: материал заготовки - сталь 40Х; 1, 4 - К3= 0; 2, 5 - К3 = 0,25; 3, 6 - К3 = =0,5; 1 -3-Т3=20 °С; 4 - 6 - Т3 = 200 °С

поверхностями заготовки и стружки, что обусловливает увеличение силы микрорезания. Повышение температуры заготовки привело к снижению сил Р2 и Ру, что объясняется снижением напряжений микрорезания и твердости материала заготовки с увеличением температуры. Увеличение Т3 при пластическом деформировании заготовок из стали 40Х от 20 до 200 °С привело к снижению силы Р2 и Ру на 22 и 26 % соответственно (рис. 2). При увеличении К3 от 0 до 0,5 силы Р2 и Ру увеличились на 20 и 50 %.

При диспергировании материала заготовки засаленными а.з сила трения на участке их контакта складывается из силы трения а.з по металлу заготовки и силы трения налипов на а.з о заготовку. Коэффициент трения металла по металлу гораздо выше коэффициента трения абразивного зерна по металлу, поэтому с увеличением К3 силы возрастают за счет роста второго слагаемого. Максимальные значения сил Р2 и Ру зафиксированы при диспергировании заготовок из стали ЗХЗМЗФ, обладающей наибольшим пределом прочности. При царапании заготовки из этой же стали отмечены наиболее интенсивное засаливание а.з и максимальные величины навалов.

Таблица ]

Коэффициент навалов ен при различных температурах подогрева заготовки Т., и интенсивности засаливания ( а? - 3 мкм)

Б И БЛИОГРАФИЧЕС К И Й СПИСОК

1. Ефимов В. В. Модель процесса шлифования с применением СОЖ / В. В. Ефимов. - Саратов: Сарат. гос. ун-т., 1992. - 132 с.

2. Корчак С. Н. Производительность процесса шлифования стальных деталей / С. Н. Корчак. - М.: Машиностроение, 1974. - 280 с.

3. Худрбин J1. В. Исследование кинетики процесса налипания частиц материала заготовки на абразивные зерна / JI. В. Худобин, А. Н. Унянин // Материалы междунар. науч.-техн. конф. «Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения. Технология - 2002». - Орел: Орловский гос. техн. ун -т, 2002. - С. 53 - 56.

4. Худобин Л. В. Исследование процесса микрорезания заготовок из пластичных материалов единичным абразивным зерном / Л. В. Худобин, А. Н. Унянин // Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы: Сб. ст. конф. - Волжский: Волжский инженерно-строит. ин-т, 2002 - С. 108 -111.

5. Унянин А. Н. Микрорезание заготовок из пластичных материалов засаленными абразивными зернами / А. Н. Унянин, Е. С. Киселев // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Междунар. сб. науч. тр. - Донецк: ДонНТУ, 2003. - Вып. 26. - С 129 - 134.

Матери-ал заготовки (сталь) Температура заготовки т„°с Коэффициент засаливания К, Коэффициент навалов £н

40Х 20 0 1,13

0,25 1,15

0,50 1,20

200 0 1,02

0,25 1,04

0,50 1,05

3X3 МЗФ 20 0 1 V 1 >1 ~

0,25 1,15

0,50 1,18

200 0 1,05

0,25 1,07

0,50 1,08

зох 13 20 0 1,08

0,25 1,12

200 0 ! ,01

0,25 1,03

Полученные результаты можно использовать при расчете составляющих сил шлифования и высотных параметров микрогеометрии заготовок, когда используемые для этого зависимости, приведенные, например, в [1], содержат параметры е„ и а^.

Унянин Александр Николаевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология машиностроения» УдГТУ. Имеет статьи в области технологии абразивной обработки заготовок с применением смазочно-охяаждающих технологических средств.

УДК 621.9.025 А. В. ЦИРКИН

РАЗРАБОТКА МНОГОСЛОЙНОГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ ТОРЦОВЫХ ФРЕЗ

Предложена конструкция многослойного износостойкого покрытия для твердосплавных торцовых фрез. Приведены результаты исследований механических свойств износостойких покрытий. Показана эффективность режущего инструмента с разработанным покрытием при обработке заготовок из конструкционных сталей.

Как известно, нанесение износостойких покрытий (ИП) методом КИБ является эффективным способом повышения стойкости режущего инструмента (РИ), причем на различных технологических операциях обработки резанием эффективность инструмента с покрытиями неодинакова. В частности, при переходе от непрерывного к прерывистому резанию эффективность РИ с покрытиями снижается примерно в 2 раза. Известно, что потеря работоспособности твердосплавного РИ при прерывистом резании обуслов-

лена разрушением ИП в результате образования трещин из-за переменных теплосиловых нагрузок, которое инициируется адгезионно-усталостным процессами при отделении «застойной зоны» - области стружки на участке пластического деформирования [1]. При этом на контактной площадке по передней поверхности РИ наблюдаются два типа трещин: трещины первого типа, образующиеся на границе инструментальной основы с ИП, которые прорастают как в инструментальную основу, так и в покрытие; тре-