Научная статья на тему 'Изнашивание поверхности трения алмазного сверла с твердосплавной матрицей WC-Co-Cu'

Изнашивание поверхности трения алмазного сверла с твердосплавной матрицей WC-Co-Cu Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
336
68
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
АЛМАЗНОЕ СВЕРЛО / МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКАЯ МАТРИЦА / АЛМАЗ / КАРБИД ВОЛЬФРАМА / МЕДНАЯ ПРОПИТКА / САМОЗАТАЧИВАНИЕ / ИЗНАШИВАНИЕ / ПОВЕРХНОСТЬ ТРЕНИЯ / МИКРОТВЕРДОСТЬ / ИЗНОС

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Шарин Петр Петрович, Васильева Мария Ильинична, Суздалов Иннокентий Иннокентьевич, Винокуров Геннадий Георгиевич, Федоров Михаил Владимирович

Сверление материалов алмазным инструментом является сложным многофакторным процессом, зависящим от физико-механических, химических, теплофизических свойств каждого составляющего алмазосодержащего композита и обрабатываемого материала. При этом формирование рельефа рабочей поверхности алмазного сверла является результатом взаимодействия режущих элементов выступающих граней алмазных частиц с обрабатываемым материалом. Поэтому для повышения эффективности эксплуатационных характеристик алмазного сверла актуальным является исследование процессов изнашивания его рабочей поверхности. Целью данной работы является установление динамики изменения поверхности трения алмазного сверла на металлокерамической матрице системы WC-Co-Сu в натурных условиях эксплуатации инструмента. В работе металлографическим анализом проведено исследование процесса изменения рабочей поверхности алмазного сверла во время обработки материалов. Основное внимание уделено выявлению механизма износа алмазных частиц в процессе сверления. Изменение рельефа рабочей поверхности сверла во время эксплуатации фиксировано с интервалом 10 с, установлены начало активного обнажения режущих граней алмазных частиц и последующий эффект самозатачивания. Выявлен процесс формирования и изменения «шлейфа» материала матрицы за алмазной частицей при изнашивании рабочей поверхности. Алмазные частицы не теряют режущей способности в процессе сверления в результате прочного удержания в твердосплавной матрице с медной пропиткой. Показано, что распределение микротвердости матрицы равномерное, это указывает на отсутствие площадок скоплений меди. Выявлено, что при изнашивании стадия приработки занимает незначительный участок, основной износ инструмента происходит в установившемся режиме; катастрофического износа не наблюдается. Отмечена перспективность дальнейших исследований алмазосодержащих композиционных материалов инструментального назначения для выявления основных причин изменения эксплуатационных характеристик. При этом существующие теоретические представления трибологического материаловедения требуют экспериментального уточнения натурными испытаниями.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Шарин Петр Петрович, Васильева Мария Ильинична, Суздалов Иннокентий Иннокентьевич, Винокуров Геннадий Георгиевич, Федоров Михаил Владимирович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Study on the Wear of Friction Surface of Diamond Drills with Tungsten Сarbide Matrix WC-Co-Cu

Drilling of materials with a diamond tool is a complex multifactorial process that depends on the physical-mechanical, chemical, thermal and other properties of each component of the diamond-containing composite material and the processed material. The formation of the relief of the working surface diamond drill results from the interaction of cutting elements protruding faces of the diamond particles with the material being treated. Therefore, to improve the efficiency of operating characteristics of diamond drills relevant is the study of the wear of its working surface. The aim of this work is to establish the dynamics of change of friction surface diamond drill bits for ceramic-metal matrix of the system WC-Co-Si in-situ operation of the tool. The paper studies the metallographic analysis of the process of changing the working surface of the diamond drills during processing of materials. The main attention is paid to identifying the wear mechanism of diamond particles in the process of drilling. The change in topography of the working surface of the drill bit during operation with the fixed interval of 10 sec. is found. The beginning of the active exposure of cutting edges of diamond particles and subsequent self-sharpening effect has been established. Identified the process of formation and change “loop” of the matrix material behind the diamond particle in the wear of the working surface. Diamond particles do not lose their cutting ability in the process of drilling as a result of strong retention of carbide in the matrix with a copper impregnation. It is shown that the distribution of microhardness of the matrix is uniform, this indicates a lack of congestions of the copper clusters. While the wear of the burnishing phase is a minor phase it was found that the major tool wear occurs at steady-state; catastrophic wear is not observed. The further research of diamond-containing composite materials of instrumental purpose to identify the main reasons for changes in performance is perspective. While the existing theoretical understanding of tribological materials experimental clarification at full-case tests is required.

Текст научной работы на тему «Изнашивание поверхности трения алмазного сверла с твердосплавной матрицей WC-Co-Cu»

17. Yang E. L. Effect of crystalline and amorphous phases on the transfer of polytetrafluoroethylene (PTFE) onto metallic substrates // Journal of materials research. - 1992. - Vol. 7. - № 11. - S. 3139-3149.

18. Okhlopkova A. A., Struchkova T. S., Vasil'ev A. P. Issledovanie vliianiia oksida aliuminiia na strukturu i svoistva PTFE. Fundamental'nye issledovaniia. - 2014. - № 12-12. - S. 2557-2562.

19. Mashkov Iu. K., Ovchar Z. N., Baibaratskaia M. Iu., Mamaev O. A. Polimernye kompozitsionnye materialy v tribotekhnike. - M.: OOO «Nedra-Biznestsentr», 2004. - 262 s.

^MSr^Sr

УДК 66.018.2

П. П. Шарин, М. И. Васильева, И. И. Суздалов, Г. Г. Винокуров, М. В. Федоров

ИЗНАШИВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ТРЕНИЯ АЛМАЗНОГО СВЕРЛА С ТВЕРДОСПЛАВНОЙ МАТРИЦЕЙ WC-CO-CU

Сверление материалов алмазным инструментом является сложным многофакторным процессом, зависящим от физико-механических, химических, теплофизических свойств каждого составляющего алмазосодержащего композита и обрабатываемого материала. При этом формирование рельефа рабочей поверхности алмазного сверла является результатом взаимодействия режущих элементов выступающих граней алмазных частиц с обрабатываемым материалом. Поэтому для повышения эффективности эксплуатационных характеристик алмазного сверла актуальным является исследование процессов изнашивания его рабочей поверхности. Целью данной работы является установление динамики изменения поверхности трения алмазного сверла на металлокерамической

ШАРИН Петр Петрович - к. ф.-м. н., в. н. с. Института физико-технических проблем Севера им. В. П. Ларионова СО РАН.

E-mail: psharin1960@mail.ru

SHARIN Petr Petrovich - Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Leading Researcher, V. P. Larionov Institute of Physical and Technical Problems of the North, Siberian Branch of the RAS.

E-mail: psharin1960@mail.ru

ВАСИЛЬЕВА Мария Ильинична - к. т. н., с. н. с. Института физико-технических проблем Севера им. В. П. Ларионова СО РАН.

E-mail: vasileva_mi@mail.ru

VASILYEVA Maria Ilinichna - Candidate of Technical Sciences, Senior Researcher, V. P. Larionov Institute of Physical and Technical Problems of the North, Siberian Branch of the RAS.

E-mail: vasileva_mi@mail.ru

СУЗДАЛОВ Иннокентий Иннокентьевич - к. ф.-м. н., проф. общей и экспериментальной физики ФТИ СВФУ им. М. К. Аммосова.

E-mail: i.suzdalov36@mail.ru

SUZDALOV Innokenty Innokentievich - Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Mentor Professor, Department of General and Experimental Physics, Physico-Technical Institute, M. K. Ammosov North-Eastern Federal University.

E-mail: i.suzdalov36@mail.ru

матрице системы WC-Co-Cu в натурных условиях эксплуатации инструмента. В работе металлографическим анализом проведено исследование процесса изменения рабочей поверхности алмазного сверла во время обработки материалов. Основное внимание уделено выявлению механизма износа алмазных частиц в процессе сверления. Изменение рельефа рабочей поверхности сверла во время эксплуатации фиксировано с интервалом 10 с, установлены начало активного обнажения режущих граней алмазных частиц и последующий эффект самозатачивания. Выявлен процесс формирования и изменения «шлейфа» материала матрицы за алмазной частицей при изнашивании рабочей поверхности. Алмазные частицы не теряют режущей способности в процессе сверления в результате прочного удержания в твердосплавной матрице с медной пропиткой. Показано, что распределение микротвердости матрицы равномерное, это указывает на отсутствие площадок скоплений меди. Выявлено, что при изнашивании стадия приработки занимает незначительный участок, основной износ инструмента происходит в установившемся режиме; катастрофического износа не наблюдается. Отмечена перспективность дальнейших исследований алмазосодержащих композиционных материалов инструментального назначения для выявления основных причин изменения эксплуатационных характеристик. При этом существующие теоретические представления трибологического материаловедения требуют экспериментального уточнения натурными испытаниями.

Ключевые слова: алмазное сверло, металлокерамическая матрица, алмаз, карбид вольфрама, медная пропитка, самозатачивание, изнашивание, поверхность трения, микротвердость, износ.

P. P. Sharin, M. I. Vasil'eva, 1.1. Suzdalov, G. G. Vinokurov, M. V. Fedorov

Study on the Wear of Friction Surface of Diamond Drills with Tungsten Сarbide Matrix WC-Co-Cu

Drilling of materials with a diamond tool is a complex multifactorial process that depends on the physical-mechanical, chemical, thermal and other properties of each component of the diamond-containing composite material and the processed material. The formation of the relief of the working surface diamond drill results from the interaction of cutting elements protruding faces of the diamond particles with the material being treated. Therefore, to improve the efficiency of operating characteristics of diamond drills relevant is the study of the wear of its working surface. The aim of this work is to establish the dynamics of change of friction surface diamond drill bits for ceramic-metal matrix of the system WC-Co-Si in-situ operation of the tool. The paper studies the metallographic analysis of the process of changing the working surface of the diamond drills during processing of materials. The main attention is paid to identifying the wear mechanism of diamond particles in the process of drilling. The change in topography of the working surface of the drill bit during operation with the fixed interval of 10 sec. is found. The beginning of the active exposure of cutting edges of diamond particles and subsequent self-sharpening effect has been established. Identified the process of formation and change "loop" of the matrix material behind the diamond particle in the wear of the working surface. Diamond particles do not lose their cutting ability in the process of drilling as a result of strong retention of carbide in the matrix with a copper impregnation. It is shown that the distribution of

ВИНОКУРОВ Геннадий Георгиевич - к. т. н., в. н. с. Института физико-технических проблем Севера им. В. П. Ларионова СО РАН.

E-mail: g.g.vinokurov@iptpn.ysn.ru

VINOKUROVGennady Georgievich - Candidate of Technical Sciences, Senior Researcher, V. P. Larionov Institute of Physical and Technical Problems of the North, Siberian Branch of the RAS.

E-mail: g.g.vinokurov@iptpn.ysn.ru

ФЕДОРОВ Михаил Владимирович - инженер 1 категории Института физико-технических проблем Севера им. В. П. Ларионова СО РАН.

E-mail: fedorov.83@mail.ru

FEDOROV Mikhail Vladimirovich - 1st Category Engineer, V. P. Larionov Institute of Physical and Technical Problems of the North, Siberian Branch of the RAS.

E-mail: fedorov.83@mail.ru

microhardness of the matrix is uniform, this indicates a lack of congestions of the copper clusters. While the wear of the burnishing phase is a minor phase it was found that the major tool wear occurs at steady-state; catastrophic wear is not observed. The further research of diamond-containing composite materials of instrumental purpose to identify the main reasons for changes in performance is perspective. While the existing theoretical understanding of tribological materials experimental clarification at full-case tests is required.

Keywords: diamond drill, ceramic-metal matrix, diamond, tungsten carbide, copper impregnation, self-sharpening, wear, friction surface, microhardness, wear.

Введение

Широкое применение, а во многих случаях и незаменимость алмазного инструмента в строительной индустрии при бурении геологоразведочных скважин и в других областях промышленности определяют актуальность проблемы повышения их работоспособности. Алмазное сверло является одним из востребованных видов алмазного инструмента, который используется для сверления твердых хрупких материалов. Разработка новых составов материала с целью повышения стойкости алмазных инструментов на металлокерамической матрице продолжает привлекать внимание многих исследователей [1-5]. Актуальность проблемы повышения работоспособности алмазного инструмента определяется также постоянным увеличением объемов его потребления промышленностью. При обработке материалов алмазосодержащим инструментом основную нагрузку принимает алмазное сырье как наиболее твердая режущая составляющая композиционного материала. Поэтому работоспособность и износостойкость алмазосодержащего инструмента в основном определяется содержанием алмазных частиц на его рабочей поверхности.

Расположение алмазных зерен на режущей поверхности алмазного сверла является хаотичным, в процессе сверления происходит множество случайных контактов алмазных зерен с обрабатываемым материалом. В рабочем состоянии алмазного сверла имеет место взаимодействующая система «алмазное зерно - матрица - обрабатываемый материал». При этом на поверхности можно наблюдать вырывы целых алмазных зерен и их транскристаллитное разрушение: когда часть зерна остается в матрице, создавая новые режущие грани [5]. Абразивные частицы шлама при сверлении изнашивают связующий материал, создаются условия истирания материала матрицы и образования новых режущих граней алмазных частиц.

Известно, что изнашивание алмазного инструмента зависит от многих факторов, в том числе от динамических и статических нагрузок, свойств обрабатываемого материала и др. В работе [6] приводятся экспериментальные данные по производительности и стойкости алмазного инструмента в зависимости от геометрии его режущей части и применяемых режимов обработки. Микроскопический анализ режущей поверхности инструмента, работающего при различных режимах, выявил основные причины изменения режущей способности сверла на разных этапах работы. Было выявлено, что при высоких скоростях резания имеет место разрушение запеченных в связке алмазных кристаллов, а также их частичная графитизация. Полученные экспериментальные данные в этой работе подтверждают, что алмазное сверление является сложным многофакторным процессом. Исследованиями процессов изнашивания алмазных инструментов выявлено, что в алмазных инструментах от ~30 до ~95 % алмазов может выпадать из матрицы вследствие ненадежного закрепления в матрице. Поэтому выявление механизма изнашивания поверхности трения позволяет разработать методы совершенствования материалов алмазного инструмента [6-8].

Целью данной работы является изучение особенностей формирования структуры и рельефа поверхности опытного алмазного сверла на металлокерамической матрице системы WC-Co-Сu в натурных условиях эксплуатации инструмента.

Материалы и методика экспериментальных исследований

В работе проведено исследование поверхности трения опытного алмазного сверла с металлокерамической матрицей (порошок матрицы ВК6 и алмазный порошок марки А7К10 зернистостью 400/315 весом 0,42 карата) в зависимости от времени работы при эксплуатации

в натурных условиях. Обоснование для разработки материала, технологические операции получения алмазного сверла описаны в работах [7, 8]. Процесс изготовления алмазного сверла включает следующие этапы: подготовка твердосплавной смеси и её пластификация; послойная засыпка приготовленной смеси и алмазного порошка в металлическую пресс-форму; прессовка алмазосодержащего материала; прессовка брикета алмазосодержащего материала в корпус инструмента; спекание с пропиткой в вакуумной печи [7, 8].

При этом на боковой стенке корпуса инструмента на уровне высоты брикета просверливается отверстие, далее корпус инструмента с прессованным в нем брикетом располагается в вакуумной печи вертикально контактной поверхностью брикета на пропитываемую медь так, чтобы пропитка происходила снизу вверх [7, 8]. Линейные размеры корпуса алмазного сверла составляют: диаметр внутренний - 6,5 мм, наружный диаметр - 10,2 мм, высота - 52,92 мм.

Износостойкость опытного алмазного сверла оценивалась натурными испытаниями при сверлении твердых материалов - гранита и карбида кремния. Для проведения натурных испытаний алмазного сверла был разработан и изготовлен экспериментальный стенд, в котором использован промышленный сверлильный станок [7, 8]. Испытания проведены при следующих режимах: частоты вращения 466,66 об/мин; 593 об/мин; 840 об/мин; осевые нагрузки 0,069 кН, 0,124 кН, 0,27 кН.

В работе для изучения поверхности алмазного сверла использованы методы микро- и макроанализа, проведены наблюдения за процессом изменения поверхности трения с интервалами работы 10 с. Фрагмент поверхности трения опытного алмазного сверла показан на рис. 1.

Проведены измерения микротвердости материала матрицы на приборе ПМТ-3 при нагрузке на индентор 2 Н.

Обсуждение результатов

Как отмечено выше, в структуре алмазосодержащего материала алмазные частицы являются фазой, несущей основную нагрузку. Материал матрицы должен быть достаточно прочным и твердым, чтобы обеспечить сопротивление абразивному износу и удерживать алмазное зерно от преждевременного вырыва. В работе [9] показано, что эксплуатационные характеристики композиционных алмазосодержащих материалов инструментального назначения в значительной степени определяются состоянием алмаза, физико-механическими характеристиками матрицы и условиями взаимодействия на границе алмаз - матрица. Наличие на границе раздела дефектов в виде трещин, отслоений, разрушение алмазов, их графитизация и т. п., являющиеся следствием несовершенства либо несоблюдения техно -логии получения композита, приводят к изменению физико-механических свойств материала и, как правило, ухудшению его эксплуатационных характеристик [10, 11]. Существует много методов повышения работоспособности алмазосодержащих материалов инструментального назначения. Так, авторами работы [12] показано повышение эксплуатационных

Рис. 1. Фрагмент рабочей поверхности опытного алмазного сверла (х10)

характеристик связующего материала из твердого сплава методом термической обработки, который дает возможность уменьшения величины износа режущего инструмента путем варьирования режимов термической обработки.

В процессе сверления идет упругая деформация выступающих алмазных зерен. При этом следует учитывать, что твердость обрабатываемого материала может превысить твердость связующего, будучи ниже твердости алмазной составляющей. Процесс деформирования и разрушения обрабатываемого материала алмазным сверлом начинается со скалывания режущими гранями алмазных частиц. В работе [13] показано изменение формы вершины алмазного зерна от усталостных напряжений вследствие ударного характера взаимодействия и большого количества контактов алмазного зерна с обрабатываемой поверхностью. При этом наблюдается механизм адгезионного износа.

Судя по макроструктуре опытного алмазного сверла, расположение на поверхности алмазных частиц равномерное, выступ из матрицы незначителен (рис. 1). При удалении алмазных частиц с поверхности возможен процесс самозатачивания, что также обеспечивается равномерным распределением алмазных частиц по всему объему [14]. Ранее по микроструктурным исследованиям опытного алмазного сверла показано, что алмазные частицы плотно обволакиваются матрицей, не наблюдается расположение участков скопле -ний медной пропитки. Следовательно, образцы достаточно плотно спрессованы и процесс медной пропитки распределен равномерно [7, 8].

Изменение рельефа поверхности в процессе сверления зафиксировано с интервалами 10 с (рис. 2), начало наблюдения составляет 10 с, конечное - 310 с. На рис. 2 показаны основные моменты изменения рельефа поверхности трения. В начальном состоянии поверхность шероховатая (рис. 2 а), далее в результате износа на всей поверхности сверла появляются борозды по направлению пути трения (рис. 2 б-г). Как видно из рис. 2 б, при 90 с работы происходит активное обнажение режущих граней.

Далее наблюдается процесс самозатачивания рабочей поверхности с обновлением слоя алмазных зерен на поверхности трения (рис. 2 в). Несмотря на хаотическое расположение алмазных зерен на поверхности, при сверлении происходит равномерное изнашивание поверхности трения опытного сверла (рис. 2 г).

В работе [15] проведено исследование поверхности алмазного сверла, где подробно изучена работа отдельного алмазного зерна. Рассмотрены влияние напряжений, возникающих в системе зерно-матрица, геометрических данных зерна, глубины его залегания в матрице, взаимодействия алмаза с соседними зернами алмазного сырья. Увеличение контакта алмазного зерна с обрабатываемой поверхностью приводит к повышению температуры, при которой происходит полное или частичное разрушение, или вырывание его из связки. Полное вырывание алмазной частицы с рабочей поверхности является экстремальным износом. Однако такой износ необходим для образования новых режущих граней алмазных частиц и вскрытия новых абразивных зерен на рабочей поверхности инструмента [16], иными словами, происходит начало процесса самозатачивания. Основные формы алмазных зерен изометрические, промежуточные и осколочные. В результате исследований выявлено, что наиболее нагруженной с точки зрения различных форм зерен оказалась связка с зернами осколочной и изометричной форм [15].

В случае опытного алмазного сверла выявлено, что, несмотря на существование различных форм алмазных зерен на поверхности, подтверждается эффект самозатачивания. При наблюдении изменения рельефа рабочей поверхности сверла выявлено формирование выступающей площадки матрицы непосредственно за алмазной частицей, условно названной «шлейфом». В процессе сверления материалов обычно алмазное сверло имеет одностороннее вращение, это позволяет использовать режущие свойства алмазных частиц только с одной стороны. На рис. 3 представлен процесс формирования и изменения «шлейфа» материала матрицы непосредственно за алмазной частицей в процессе изнашивания поверхности трения.

Рис. 2. Изменение структуры поверхности трения опытного алмазного сверла в зависимости от времени работы (х15): а - 10 с, б - 90 с, в - 190 с, г - 310 с

На рис. 3 а схематично показана область будущего «шлейфа», формирование происходит после 40 с (рис. 3 б), далее происходит сужение, после 90 с виден четко очерченный след (рис. 3 в). В дальнейшем происходит уменьшение области «шлейфа»; при 140 с «шлейф» достигает наименьшего размера (рис. 3 г).

Разрушение, скол алмазной частицы, видимо, также способствуют значительному уменьшению его «шлейфа». Частичное разрушение алмазной частицы наблюдается при 170 с (рис. 3 д), далее при 190 с происходит полное удаление алмазной частицы (рис. 3 е). Когда изнашивание протекает с разрушением алмазных зерен, происходит непрерывное обновление рабочей поверхности, т. е. самозатачивание. Как известно, свойством самозатачивания обладают мягкие и среднемягкие материалы матрицы, работающие при интенсивном изнашивании инструмента.

ъ-ж. . с*. ™

Я юьтт е шт * жй

Т1 Ч ЗЬ Ч1 1 . | 1 ■ . ' веЯ

Г ¡Ы0с> 1д £ШСУ ■ В (1ВОО

Рис. 3. Процесс формирования и изменения «шлейфа» материала матрицы в зависимости от времени сверления (х35): а - макет, б - 40 с, в - 90 с, г - 140 с, д - 170 с, е - 190 с

Таким образом, выявлено, что в процессе изнашивания состав материала матрицы истирается постепенно, в результате обнажаются новые частицы алмаза (рис. 2, 3). Рабочий элемент сверла имеет режущие грани алмазных частиц, прочно закрепленных в твердосплавной матрице с медной пропиткой, и не теряет режущей способности.

На рис. 4 приведен график распределения микротвердости матрицы опытного алмазного сверла; значения микротвердости равны: минимальное - 2807 МПа, максимальное - 3810 МПа, среднее - 3228 МПа.

Из графика видно, что распределение микротвердости практически не имеет больших разбросов. Минимальное значение микротвердости объясняется тем, что отпечаток, скорее всего, попадает на участок с наибольшим содержанием меди. При этом на поверхности скоплений медных участков визуально не наблюдается (рис. 2), что подтверждает равномерный процесс пропитки при получении инструмента [7, 8].

При изнашивании алмазосодержащего материала проявляются следующие механизмы износа: адгезионный, абразивный, диффузионный и их сочетание [10, 16, 17]. Из указанных механизмов износа предпочтителен абразивный износ, так как в результате изнашивания в процессе работы на поверхностном слое алмазной частицы формируется сеть микротрещин, которая приводит к ее скалыванию. Поэтому дальнейшие исследования целесообразно направить на более детальное изучение поверхностного слоя алмазной частицы.

На рис. 5 приведен массовый износ алмазного сверла в зависимости от времени работы. Как видно из графика, до ~40 с происходит процесс приработки алмазосодержащего материала, далее начинается установившийся износ.

Ь ь

Рис. 4. Микротвердость матрицы алмазного сверла с металлокерамической матрицей

Ляп

м

fl.T M fli M

M M 0.1

(>

4 2D * K' И ire Ht

Рис. 5. Зависимость массового износа от времени работы алмазного сверла с металлокерамической матрицей

Незначительный участок приработки указывает на качественные эксплуатационные характеристики инструмента. Дело в том, что на стадии установившегося износа алмазный инструмент имеет меньшую интенсивность изнашивания (рис. 5). Процесс катастрофического износа инструмента не наблюдается, на рабочей поверхности происходит обновление алмазных частиц в результате процесса самозатачивания. Изнашивание материала матрицы приводит к образованию вскрытия новых режущих граней алмазных частиц на рабочей поверхности сверла.

Заключение

1. Проведено исследование процесса формирования рельефа поверхности трения матрицы опытного алмазного сверла. Материал матрицы на основе системы WC-Co-Cu прочно удерживает зерно алмаза, повторяя рельеф его поверхности, благодаря равномерному распределению медной фазы вокруг зёрен карбида вольфрама в технологическом процессе изготовления инструмента. Выявлено, что микротвердость матрицы алмазного сверла имеет незначительный разброс значений вследствие формирования равномерной однородной структуры матрицы при спекании.

2. Отличительной особенностью приработки поверхности трения является формирование удлиненных областей - шлейфа материала матрицы непосредственно за алмазными зернами. Форма данных образований в виде длинных шлейфов соответствует симметрии пути трения, их направление является противоположным направлению вращения алмазного инструмента.

3. Натурными испытаниями на износ выявлен незначительный участок приработки алмазного инструмента, что указывает на его качественные эксплуатационные характеристики.

Л и т е р а т у р а

1. Зелинский В. В., Карпов А. В. Причинно-следственный аспект изнашивания режущих инструментов // Вестник ПГТУ. Машиностроение, материаловедение. - Т. 13, № 3, - Пермь, 2011. - С. 46-50.

2. Иващенко А. П. Анализ и синтез причин, приводящих к снижению стойкости режущего инструмента при резании материалов // Современные проблемы науки и образования. - 2013. № 6. - 145 с.

3. Ракин В. И. Поверхности механического износа на кристаллах алмаза // Доклады Академии наук. - 2012. - Т. 442, № 2. - 228 с.

4. Колосова Т. М., Костромин С. В. Упрочнение алмазосодержащего отрезного инструмента на основе железного порошка // Научные труды SWorld. - 2013. - Т. 10, № 2. - С. 31-33.

5. Ларионов В. П., Яковлева С. П., Махарова С. Н., Винокуров Г. Г., Васильева М. И. Разработка научных основ технологии получения алмазометаллических композитов взрывным прессованием // Химическая технология. - 2002. - № 1. - С. 28-32.

6. Лоладзе Н. Т., Церодзе М. П., Дзидзишвили Ю. Г., Авалашвили З. А. Исследование взаимосвязи производительности и стойкости алмазных сверл от различных факторов // Породоразрушающий и

ГР

металлообрабатывающий инструмент - техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. - К.: IHM iM. В. М. Бакуля НАН Укра1ни, 2011. - Вип. 14. - С. 537-541.

7. Шарин П. П., Гоголев В. Е., Атласов В. П., Федоров М. В., Прядезников Б. Ю., Шапошников Г. И., Винокуров Г. Г. Разработка технологических процессов изготовления алмазного сверла на металло-керамической матрице // Труды VI евразийского симпозиума по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата EURASTRENCOLD-2013: Т. 2. Материалы. - Якутск, 24-29 июня 2013 г. - Якутск: Ахсаан, 2013. - С. 237-241.

8. Шарин П. П., Яковлева С. П., Гоголев В. Е., Васильева М. И. Структурная организация высокоизносостойких алмазосодержащих композитов на основе твердосплавных порошков, полученных методом спекания с пропиткой медью // Перспективные материалы. - 2015. - № 6. - С. 66-78.

9. Иванов С. А., Ветров А. Л., Майстренко А. Л., Кущ В. И. Методика и устройство для измерения теплопроводности композиционных алмазосодержащих материалов на металлической связке // Сверхтвердые материалы. - 2003. - № 2. - С. 44-49.

10. Цыпин Н. В. Износостойкость композиционных алмазосодержащих материалов для бурового инструмента. - Киев: Наук. Думка, 1983. - С. 92-93.

11. Новиков Н. В., Майстренко А. Л., Кулаковский В. Н. Сопротивление разрушению сверхтвердых композиционных материалов. - Киев: Наук. Думка, 1993. - 220 с.

12. Косимов К., Мамаджанов П. С., Хидирова Б. Т., Мирзаахмедов М. М. Механизм износа наплавленных покрытий из твердосплавных композиционных материалов // Вестник БГАУ. - № 1. - 2015.

- С. 90-92.

13. Шагов Д. А., Балова Д. Г. Исследование изнашивания алмазного шлифовального инструмента при затачивании твердосплавного режущего инструмента // Вопросы науки: Современные технологии и технический прогресс. - С. 16-21.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

14. Найдич Ю. В., Бугаев А. А., Адамовский А. А., Евдокимов В. А., Уманский В. П., Зюкин Н. С. Алмазо-твердосплавный макрокомпозитный материал. Разработка. Применение // Порошковая металлургия. № 3-4. - 2008. - С. 46-54.

15. Балыков А. В., Машков Г. А., Корзаков А. А. Моделирование работы единичного алмазного зерна // Вестник МГТУ «Станкин» № 1 (5). - 2009. - С. 30-34.

16. Вержанский А. П., Дубинин П. И. Износ алмазного зерна при упругом шлифовании природного камня // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). - № 11.

- 2009. - С. 74-77.

17. Кузей А. М., Лебедев В. Я., Францкевич А. Я. Влияние микроструктуры на характер износа алмаза в однокристальном правящем инструменте // Процеси мехашчно! обробки в машинобудуванш. Збiрник наукових праць: В. 7. — Житомир, 2009. - С. 93-100.

R e f e r e n c e s

1. Zelinskii V. V., Karpov A. V. Prichinno-sledstvennyi aspekt iznashivaniia rezhushchikh instrumentov // Vestnik PGTU. Mashinostroenie, materialovedenie. - T. 13, № 3, - Perm', 2011. - S. 46-50.

2. Ivashchenko A. P. Analiz i sintez prichin, privodiashchikh k snizheniiu stoikosti rezhushchego instrumenta pri rezanii materialov // Sovremennye problemy nauki i obrazovaniia. - 2013. № 6. - 145 s.

3. Rakin V. I. Poverkhnosti mekhanicheskogo iznosa na kristallakh almaza // Doklady Akademii nauk.

- 2012. - T. 442, № 2. - 228 s.

4. Kolosova T. M., Kostromin S. V. Uprochnenie almazosoderzhashchego otreznogo instrumenta na osnove zheleznogo poroshka // Nauchnye trudy SWorld. - 2013. - T. 10, № 2. - S. 31-33.

5. Larionov V. P., Iakovleva S. P., Makharova S. N., Vinokurov G. G., Vasil'eva M. I. Razrabotka nauchnykh osnov tekhnologii polucheniia almazometallicheskikh kompozitov vzryvnym pressovaniem // Khimicheskaia tekhnologiia. - 2002. - № 1. - S. 28-32.

6. Loladze N. T., Tserodze M. P., Dzidzishvili Iu. G., Avalashvili Z. A. Issledovanie vzaimosviazi proiz-voditel'nosti i stoikosti almaznykh sverl ot razlichnykh faktorov // Porodorazrushaiushchii i metalloobraba-tyvaiushchii instrument - tekhnika i tekhnologiia ego izgotovleniia i primeneniia: Sb. nauch. tr. - K.: INM im. V. M. Bakulia NAN Ukraini, 2011. - Vip. 14. - S. 537-541.

7. Sharin P. P., Gogolev V. E., Atlasov V. P., Fedorov M. V., Priadeznikov B. Iu., Shaposhnikov G. I., Vinokurov G. G. Razrabotka tekhnologicheskikh protsessov izgotovleniia almaznogo sverla na metallokera-micheskoi matritse // Trudy VI evraziiskogo simpoziuma po problemam prochnosti materialov i mashin dlia regionov kholodnogo klimata EURASTRENCOLD-2013: T. 2. Materialy. - Iakutsk, 24-29 iiunia 2013 g. - Iakutsk: Akhsaan, 2013. - S. 237-241.

8. Sharin P. P., Iakovleva S. P., Gogolev V. E., Vasil'eva M. I. Strukturnaia organizatsiia vysokoiznosostoi-kikh almazosoderzhashchikh kompozitov na osnove tverdosplavnykh poroshkov, poluchennykh metodom spekaniia s propitkoi med'iu // Perspektivnye materialy. - 2015. - № 6. - S. 66-78.

9. Ivanov S. A., Vetrov A. L., Maistrenko A. L., Kushch V. I. Metodika i ustroistvo dlia izmereniia teploprovodnosti kompozitsionnykh almazosoderzhashchikh materialov na metallicheskoi sviazke // Sverkhtverdye materialy. - 2003. - № 2. - S. 44-49.

10. Tsypin N. V. Iznosostoikost' kompozitsionnykh almazosoderzhashchikh materialov dlia burovogo instrumenta. - Kiev: Nauk. Dumka, 1983. - S. 92-93.

11. Novikov N. V., Maistrenko A. L., Kulakovskii V. N. Soprotivlenie razrusheniiu sverkhtverdykh kompozitsionnykh materialov. - Kiev: Nauk. Dumka, 1993. - 220 s.

12. Kosimov K., Mamadzhanov P. S., Khidirova B. T., Mirzaakhmedov M. M. Mekhanizm iznosa na-plavlennykh pokrytii iz tverdosplavnykh kompozitsionnykh materialov // Vestnik BGAU. - № 1. - 2015. - S. 90-92.

13. Shagov D. A., Balova D. G. Issledovanie iznashivaniia almaznogo shlifoval'nogo instrumenta pri zatachivanii tverdosplavnogo rezhushchego instrumenta // Voprosy nauki: Sovremennye tekhnologii i tekh-nicheskii progress. - S. 16-21.

14. Naidich Iu. V., Bugaev A. A., Adamovskii A. A., Evdokimov V. A., Umanskii V. P., Ziukin N. S. Almazo-tverdosplavnyi makrokompozitnyi material. Razrabotka. Primenenie // Poroshkovaia metallurgiia. № 3-4. - 2008. - S. 46-54.

15. Balykov A. V., Mashkov G. A., Korzakov A. A. Modelirovanie raboty edinichnogo almaznogo zerna // Vestnik MGTU «Stankin» № 1 (5). - 2009. - S. 30-34.

16. Verzhanskii A. P., Dubinin P. I. Iznos almaznogo zerna pri uprugom shlifovanii prirodnogo kamnia // Gornyi informatsionno-analiticheskii biulleten' (nauchno-tekhnicheskii zhurnal). - № 11. - 2009. - S. 74-77.

17. Kuzei A. M., Lebedev V. Ia., Frantskevich A. Ia. Vliianie mikrostruktury na kharakter iznosa almaza v odnokristal'nom praviashchem instrumente // Protsesi mekhanichnoi obrobki v mashinobuduvanni. Zbirnik naukovikh prats': V. 7. - Zhitomir, 2009. - S. 93-100.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.