CC BY
13
УДК 621.007
С.Н ВЛАСОВ, В.П.ТАБАКОВ
ЛАЗЕРНАЯ УПРОЧНЯЮЩАЯ ОБРАБОТКА БЫСТРОРЕЖУЩЕГО ИНС1 Р> МЕНТА С ПОКРЫТИЯМИ
Для повышения стойкости ре,«сущих инструментов ГРЮ на контактные поверхности ревущего клина наносят твердые износостойкие покрытия, получаемые методом конденсации вещества в вакуу vie с ионний бомбардировкой ПШБ). С целью дальнейшего повышения работоспособности РИ с покрытием используют различные способы комбинированной упрочняющей обработки (КУО).
Авторы исследовали эффективность лазерной обработки (JI01 с последующим нанесением покрытия (вариант № 1) и нанесения покрытия с последующей ЛО (вариант № 2).
В качестве инструментального материала использовали щестигпзнные пласгины из быстрорежущей стали Р6М5, в качестве материала покрытия -ни!рид тигана. Покрытия наносили на установке «Булат-бТ», ЛО выполняли на импульсной лазерной установке '(Квант-15». Для определения оптимальных режимов обработки по вариантам КУО толщину покрытия варьировали в интервале (3 - 7) мкм плотность мо'шюсти лазерного излучения - от 2 1С до 6 104 Вт/см2, длительность имггу.гьса излучения оставалась постоянной и составляла 4 мс, диаметр лазерного пятна был равен 1 мм. Коэффициент перекрытия лазерного пятна опредетяли для каждой комбинации режимов обработки по критерию минимального объема неупрочненной золы, образующейся в процессе ЛО. С целью изучения свойств композиции «покрытие инструментальный материал» и контроля параметров обработки изготавливали протравленные поперечные шлифы образцов. Прочность сцепления покрытия с основой инструмента оценивали коэффициентом отслоение покрытия Ко, определяемого методом вдавливания алмазного иццгнтооа па твердомере. ГК-2М при нагрузке 600 Н. Рентгеноструктурный анализ проводили на рентгеновском дифрак-омере ДРОН-3 (исследуемые параметры: показатель теКчЯурированности Ьц/Ьоо, полуширина рентгеновской линии р222, остаточные макронапряжения а, период кристаллической решетки а\ Микротвердость ТТ„ измеряли на м^кротвердомерс Ш.ГГ-3 пирамидой Пиккерса Пластины устанавливали и закрепляли в державках, установочная геометрия пластин: у = 10°, а = 8°, ф = 45°, ф! = 15°, г = 0. Работоспособность РИ оценивали по интенсивности износа I, которую определяли как отношение износа по
Вестник Уш ТУ 3/99 37
задней поверхности к пройденному пути резания Стойкостные испытания проводили на токарно-винторезном станке модели 16К20, ос наш илом бесступенчатым приводом главного движения. В качестве материала заготовок использовали сталь 5ХНМ. Обработку вели со следующими режимами: V = (45 - 6(У> м/мин, Б = 0.3 мм/об, I = 0.75 мм
Исследования структурных параметров, механических свойств покрытий и работоспособности инструмента проводили на основе симплекс-суммируемого рототаоельного плана второго порядка [1]. Статистическая обработка экспериментальных данных осуществлялась с использованием мето да наименьших квадратов, адекватность моделей оценивали по К-критерию Фишера в соответствии с [1, 2].
Результаты структурных исследований (табл. 1) показали, чю КУО оказывает существенное влияние на остаточные напряжения в кристаллической решетке, прочность сцепления покрытия с инстру ментальной основой, а также микрогвердопть покрытия.
1. Влияние вида обработки на хараюсоистики композиции «покрытие - инструментальный матерь ал»
Способ 1ц 1^200 а, мкм Рш, а. Щ. К„ 1 х Ю4
град МПа ГПА мм/м
КИБ 40 0,4254 0,7 2150 21,0 1,3 2210
КУО№ 1 43 0,4250 0,77_ 2210 21,5 1,2 1,433
КУО №2 43 0,4241 0.81 1550 24 0.8 1.284
Установлено, что ЛО инструмента с покрытием (вариант КУО № 2) приводит к повышению прочности сцепления покрытия с инструментальной основой, в то время как КУО, в&почаюшая ЛО и последующие нанесение покрытия (вариант № 1), не изменяет этот показатель. Отмечено увешчение микротверцости нитридотчтанового покрытия после ЛО для варианта № 2 с 21 до 24 171а.
Исследованиями выявлены оптимальные режимы КУО (табл. 2) для указанных вариантов, определенные по критерию минимальной интенсивности изнашивания контакшых площадок инструмента на указанных режимах резания.
Установлено, что КУО повышает работоспособность инструмента в 1,5 и 1,7 раза по сравнению с РИ с покрытием ТШ соответственно для варианта № 1 и Л» 2. характерно некотооое увеличение оптимальной толщины изно-
38 Весгник У тГТУ 3/99
состойкого покрытия, входящего в состав износостойкого комплекса,по сравнению с рекомендуемой толщиной покрытия для точения
2. Оптимальные режимы комбинированной упрочняющей обработки
Способ Плотность мощности ЛО: Ч х 104 Вт/см' Толщина покрытия, мкм
Вариант № 1 4,2 4,8
Вариант № 2 4,3 5,3
Исследованиями контактных площадок РИ на передней поверхности установлено отсутствие трещин и более длите,тьное сохранение покрытия для РИ, прошедшего КУО по варианту № 2 на принятых режимах резания, по сравнению с РИ с покрытием Ти\[. прошедшем КУО по варианту № 1.
При значениях плотности мощности лазерного излучения ц > 5104 Вт/см* наблюдается диссоциация покрытия ТьМ, что свидетельствует о необходимости выбора специа/тьных типов покрытий, наиболее приспособленных к перестройке структупы под воздействием лазерного имттутгмного излучения.
Исследованиями установлено, что максимальная работоспособность РИ с покрытиями имеет место при ЛО всех рабочих поверхностей инструмента В то же время при работе инструмента с большими сечениями среза (толщина среза а > 0,3 мы) достаточна ктлгульскэ-лазерная обработка только передней поверхности.
СПИСОК ^ШШРАТУРЫ
1. Грановский Г Ц. Обработка результатов экспериментальных исследо-
1 * 4 V »
ваний резания металлов. М.: Машиностроение, 1982. 112 с.
2. Вознесенский В.А. Статистические методы планирования эксперимента в технико-экономических исследованиях. М. Статистика, 1974. 192 с.
Власов Станислав Николаевич, аспирант кафедры «Металлорежущие станки и инструменты» УлГТУ, окончил Ульяновский госуоарственньп технический университет. Работает в области улрочнения режущих инструментов.
Гаьаков Владимир Петрович, доктор технических наук, профессор, заведуюхций той же кафедрой, окончил Ульяновский политехнический институт. Имеет монографии и статьи в области технологий упрочнения режущих инструментов.
Вестник УлГТУ 3/99 39
