CC BY
9износостойкость
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
Износостойкость композиционного материала на осноее
карбида титана
П.В. БУРКОВ, доцент, канд. техн. наук, ТПУ, г. Томск
Между качеством инструмента и некоторыми свойствами инструментальных материалов, как, например, твердость или износостойкость, не существует простой зависимости. Износостойкость не является исключительным свойством инструментального материала, а характеризует сложное взаимодействие инструмента и материала заготовки, зависящее в значи~ельной степени от режимов резания. Вопрос качества инструмента не может быть простым, однако поведение основных групп инструментальных материалов в зависимости от структуры, свойств и состаЕа исследуются с целью дать рекомендации по выбору инструментальных материалов и их дальнейшему совершенствованию [1-3].
В природе не существует, материалов, обладающих одинаково высокой прочностью, твердостью и проявляющих одинаковую степень инертности ко всем обрабатываемым материалам. Поэтому понятие оптимальный (эффективный) инструментальный материал является относительным, т.е. зависит от свойств обрабатываемого материала, условий обработки и определяется конкретными характеристиками обрабатываемого материала и видом заданной операции обработки. Выбор материала инструмента при заданном обрабатываемом материале необходимо проводить с учетом возможного взаимодейс_вия инструментального и обрабатываемого материалов в процессе резания.
Полученный инструментальный материал можно охарактеризовать и оценить его готовность к применению в качеств режущею инырумента после проведения специальных испытаний по адгезии, диффузии, термостойкости, износостойкости при резании металлов [4-6].
Экспериментально установлено что, температура начала схватывания для сплавов КНТ-16 и Т15К6 - 1023 К, для ТН-20 - 1073 К, для TiC - NiTi - 1123 К. При 12?3 К трудно однозначно сказать об адгезии, так как имеют место интенсивные диффузионные процессы.
Из результатов по оценке адгезии сплавов, представленных на рис. 1 видно, что разрушающее напряжение наибольшее у сплава Т15К6, а наименьшее у TiC - NiTi. Сплавы ТН-20 и КНТ-16 занимают промежуточное положение. Результаты показывают, что адгезионные процессы при резании сталей будут проходить с меньшей интенсивностью у сплава TiC - NiTi. Следовательно, наиболее стойкий к адгезии, по результатам теста, сплав TiC -NiTi, так как этот сплав имеет наименьшее разрушающее напряжение.
Для правильного выбора режимов резания необходимо определить зону наростообразования. Использований в качестве связующей фазы никелида титана должно привести за счет снижения адгезионного взаимодействия твердого сплава TiC - NiTi с обрабатываемым материалом к уменьшению скоростных границ зоны наростообразования. Устанозить границы интенсивного взаимодействия стружки с инструментальным материалом можно путем построения зависимостей длины контакта стружки с резцом и усадки стружки от скорости резания и подачи.
Отклонения у сплавов ТН-20, T15К6, КНТ-16 в значени-
20 -
10 -
Разрушающее напряжение растяжения ( МПа ) адгезионного спая: твердый сплав-сталь 35
о -1-
Рис. 1 Результаты адгезионного теста для твердых сплавов
ях длины контакта незначительны, ни длина кош акта стружки с резцом у этих сплавов значительно превышает длину контакта сплава Т!С-Ы¡Т1 в диапазоне скоростей 0,25-1,91 м/с и подач от 0,07 до 0,57 мм/об (рис. 2).
С, мм
1.0
0,5
S|-0,07
I 2 V. м/с
Рис. 2 Зависимость длины контакта стружки с резцом от скорости и подачи при глубине резания 1=3мм
Величина длины контакта у сплава ПС-ЫГП на 30-40 % ниже, чем у сплавов ТН-20, Т15К6, КНТ-16. Зона схватывания у сплавов ТН-20, Т15К6, КНТ-16 составляет 0,25-1,66 м/с, у сплава "ПС-МГП ограничена 1,16 м/с.
Схватывание материала заготовки и инструмента является определяющим условием адгезионного изнашивания и является характерной особенностью процесса резания при использовании в качестве связующей фазы в
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ
а б
Рис. 5. Зона контакта по диффузионному спаю: а) ТН-20-Сталь35; б) ПС-ЮТ - СтальЗб
Существенных отличий при изменении подачи от 0,07 мм/ об до 0,57 мм/об в форме налипшего материала не обнаружено, но размеры имеют существенные отличия.
Диффузионные процессы, происходящие на контактных поверхностях, очень сложны. Оценку склонности к диффузионному износу инструмента из сплава ИС-1МГП при точении стали в сравнении со сплавом ТН-20 проводили по диффузионному тесту, результаты которого показывают что, в переходной зоне сталь - ТН-20 увеличивается содержание никеля, о чем свидетельствует четкий пик характеристического спектра никеля, но на глубине 3,5 мкм он исчезает. Характеристический спектр Т1 пропадает на глубине 2,5 мкм. Характеристический спектр Ре практически реально различим на глубине 8,5 мкм (рис. 4а). Снимок зоны контакта (рис. 5а) показывает, что ярко выраженной переходной зоны нет, но поверхности стали и ТН-20 образуют прочный контакт.
На рис. 46 представлены результаты исследования зоны контакта сталь - "ПС-МИ. Характеристический спектр железа в сплаве практически отсутс~вует. Также нет характеристического спектра никеля в стали, Т1 исчезает на глубине 1,5 мкм. Это свидетельствует о низкой склонности диффузии сплаБа ТЮ-№И к низколегированной стали. Снимок зоны контакта сплава ИС-№И со сталью показывает, что в отличие ст сплава ТН-20 нет плотного контакта по всей поверхности соприкосновения (рис. 56).
Термостойкость твердого сплава показывает возможность его использования при прерывистой обработке, в процессе которой материал подвергается многократном/ нагреванию - охлаждению. В результате такого воздействия в инструментальном материале возникают термические трещины. Результаты испытаний показали, что наибольшее число циклов без разрушения выдержали сплавы ИС-ЫГП и КНТ-16, наихудший результат показал сплав Т15К6 (рис. 6). Не на много более стоек сплав ТН-20. Иначе говоря наибольшей термоустойчивостью обладают сплавы
кнт-16 и тю-ыт.
Интенсивность адгезионного изнашивания у сплава ИС-ЫГП меньше, чем у сплава ТН-20. К тому же связующая фаза в сплаве ИС-МИ - интерметаллическое соединение, которое не стремится, в отличие от никеля в сплаве ТН-2С, образовать соединение с железсм обрабатываемого материала. Этот факт способствует тому, что адгезионное взаимодействие инструментального и обрабатываемого материалов снижается.
а б
Рис. 3. Налипшая на инструмент из "ПС-ЫГП стружка: а) 7=15 м/мин, 5=0,07 мм/об, [=3 мм; б) \/=15 м/мин. з=0,57 мм/об, 1=3 мм
безвольфрамовом твердом сплаве интерметаллического соединения. Однако скоростные пределы и величина длины контакта в данном случае снижаются по сравнению со значениями, которые имеют сплавы ТН-20, Т15К6, КНТ-16. Длина контакта стружки с резцом при использовании в качестве связующей фазы в БВТС никелида титана уменьшается.
На рис.3 представлены снимки металла, нагипшего на инструмент, изготовленного из ИС-МИ, где видно характерное сглаживание з направлении схода стружки.
б)
Рис. 4. Результаты лекального рентгеноспектрального микроанализа зоны контакта: а) ТН-20 - СтальЗб; б) ПС-ЮТ - СтальЗб
«
КОЛЕБАНИЯ СИСТЕМ
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
20
15
10
число циклов (нагревание-охлаждение) до разрушения
_ тю-ыт 0 л-ШЯШШШ- ' -1—--1-
Рис. 6. Результаты оценки термостойкости твердых сплавоз по циклу нагревание-охлаждение до разрушения у четырехгранных пластин типа ЭЫиМ
Результаты диффузионное» теста свидетельствуот о малой склонности сплава ТЮ-1МГП к взаимодействию с обрабатываемым материалом. Если глубина проникновения железа в сплав ТН-20 составляет 8,6 мкм, то в аналогичных условиях рефлексы железа в сплаве ТЮ-1ЧГП не
обнаруживаются.
Из выше сказанного следует, что сплав TiC-NiTi обладает пониженной склонностью ко всем основным видам изнашивания, как при непрерывном, так и при прерывистом точении, что нашло свое отражение в результатах испытаний на склонность к адгезии, диффузии и термостойкости, определяющих механизм изнашивания твердого сплава.
Литература
1. Klocke F. Perspektiven der Zerspantechnik // Perspektiven der Zerspantechrik. - Aachen, 2002. - S. 273-279.
2. Krieg T. Entwicklungstendenzen bei zarspanwerkzeugen // Perspektiven der Zerspantechnik. - Aachen, 2002. - S. 342-346.
3. Лоладзе Т.Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента. - М.: Машиностроение, 1982. -320 с.
4. Cottrell А.Н. Tool wear and tool life //Mater. Sei. Technol. -1995.-V.11. P. 97-101.
5. Туманов В.И., Очкасов В.Ф. Физико-механические свойства БВТС // Твердые сплавы. XXII. - М.: Металлургия, 1981. - 178 с.
6. Sentoku Е., Fujimura Y., Kawabata H. A study on the Greater wear mechanism of cermet tools// Bull. Japan Soc. Of Prec. Eng. - 1986. -V.20. - № 2. - P. 115-118.
Исследование условий возбуждения и гашения регенеративных автоколебании в процессе резания
В.М. СВИНИН, доцент, канд. техн. наук, ЧитГУ, г. Чита
Вторичное возбуждение автоколебаний в технологической системе (ТС) при работе «по следу» уменьшает предельную глубину устойчивого резания в несколько раз по сравнению с обработкой «по чистому»[1, 2 и др.]. Поэтому снижение уровня регенеративных автоколебаний может обеспечить значительное повышение производительности операций механической обработки.
Регенеративные автоколебания при однолезвийной обработке, например, точении, происходят с постоянным самопэоизвольно устанавливающимся фазовым сдвигом ф относительно колебаний следа. При многолезвийной обработке, например, фрезеровании, каждый вступающий в работу зуб встречается со следом в фазе ф, зависящей при данной скорости резания от расстояния между зубьями. Для подавления регенеративных автоколебаний авторы работ [3-6] считают, что между зубьями необходим сдвиг фаз, равный я. В работе [7] определено, что отставание текущих автоколебаний ТС от следа на 1/4 длины волны (ф=7С/2) происходит к их усилению, а на 3/4 длины волны (ф=ЗЛ/2) - к гашению. Автор работы [8] придерживается прямо противоположного работе [7] взгляда о влиянии фазы на раззитие автоколебаний. Противоречивость мнений разных ученых относительно влияния угла ф на процесс регенерации вторичных автоколебаний указывает на недостаточную изученность этого вопроса и необходимость проведения специальных исследований.
Регенеративные автоколебания присущи практически всем видам механической обработки. Для исключения влияния второстепенных факторов изучение основных закономерностей их существования было решено проводить в ходе наиболее простой однолезвийной обработки, в каче-
стве которой выбрали строгание узкой заготовки в условиях свободного прямоугольного резания. Для исследования использовали метод имитационного моделирования на ЭВМ процесса резания. Обратную связь в ТС, вызываемую влиянием вибрационного следа, создали при помощи условно введенного в конструкцию инструмента дополнительного невесомого зуба, расположенного впереди основного зуба и образующего этот след (рис.1). Силовое воздействие на ТС от дополнительного зуба не учитывалось. Расстояние между основным и дополнительным зубьями устанавливали таким образом, чтебы оно было равно длине одной или нескольких волн колебаний на поверхности резания и дробному остатку, соответствующему требуемой разности фаз ф21 колебаний следа и ТС.
Рис. 1. Упрощенная динамическая схема ТС
«
