CC BY
171
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №8/2015 ISSN 2410-6070
5. Кравченко Л.Н. и др. Магнитно-абразивное полирование плоскостей деталей машин и приборов / Л.Н. Кравченко, Ю.М. Барон, Л.М. Кожуро, С.П. Приходько, 1987. - [48 с.]
© Д.А. Птицын, А.А. Дубинин, Т.Ю. Черепнина, 2015
УДК 621.923.9
В.С. Силантьев
Магистрант факультета «Машиноведение и детали машин» Московский автомобильно-дорожный институт
Д.Ю. Кружалин Магистрант факультета «Машиноведение и детали машин» Московский автомобильно-дорожный институт
В.Ю. Басов
Магистрант факультета информационных систем и технологий ФГБОУ ВПО «МАТИ - Российский государственный технологический университет им. К.Э.
Циолковского», г. Москва, РФ
МАГНИТНО-АБРАЗИВНАЯ ОБРАБОТКА ТВЕРДОСПЛАВНОГО РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА.
Аннотация
Рассмотрены возможности метода магнитно-абразивной обработки (МАО) твердосплавного концевого инструмента на примере сверл диаметром 16 мм в условиях больших магнитных щелей в магнитной системе типа «кольцевая ванна». Показано, что применение МАО позволяет с высокой эффективностью получать заданные микрогеометрию рабочих элементов сверл с шероховатостью передней поверхности на уровне Ra=0,25 мкм, задней Ra=0,05-0,08 мкм, калибрирующей части Ra=0,06-0,07 мкм, и требуемый радиус округления режущих кромок.
Ключевые слова
Магнитно-абразивная обработка, эффективность, микрогеометрия кромки.
Введение. Проблема повышения работоспособности конечного инструмента традиционно решается многими путями, которые направлены на:
- Формирование заданной геометрии рабочих элементов, учитывающий технологические параметры и условия процесса обработки, обрабатываемый материал, кинематику процесса резки
- Формирование между обрабатываемой деталью и материалом инструмента промежуточных слоев в виде покрытий с градиентными свойствами, введение в зону резания специальных технологических сред
- Управление физико-механическими свойствами поверхностного слоя и рабочих поверхностей
режущего инструмента и др.
Цель работы.
Определение возможностей управляемой МАО кромок режущих лезвий твердосплавного инструмента типа сверла.
Материал и результаты исследований.
Экспериментальные исследования проводили на сверлах 016мм, длиной рабочей части 50 мм, изготовленные из двух карбидного твердого сплава с PVD-покрытием типа (Ti, Al) N после их переточки по задним поверхностям. Эскиз рабочей части сверл приведены на рис.1.
69
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №8/2015 ISSN 2410-6070
а) б)
Рисунок 1 - Рабочая часть сверла: а) эскиз рабочей части; б) внешний вид
Магнитно-абразивное обработку выполняли порошками двух типов ПР Р6М5 с размером частиц 160/100 мкм и порошком Феромап с размером частиц 200/100 мкм с добавлением 2-3% алмазной пасты АСМ 3/2 [9]. Каждый образец инструмента подвергался многостадийной обработке с анализом после каждой стадии состояния микрогеометрии рабочих элементов сверла. Контролировали шероховатость калибрующей ленты, передней и задней поверхностей сверл, величину радиуса режущей кромки, ее внешний вид. Скорость МАО поддерживали в диапазоне 1,8-2,8 м / с. Варьировали время обработки на каждой стадии от 30 с до 3 мин. при условиях перемещения обрабатываемых образцов как в режиме стекания, так и натекания на обрабатываемые поверхности. Магнитная
индукция в рабочих зонах при МАО сверл составляла 0,3 Тл в свободных магнитных щелях. После каждой стадии МАО выполняли дополнительные измерения поверхностной твердости деталей по Виккерсу (Усилие вдавливания составляло 2 Н).
Для определения радиуса закругления режущей кромки была разработана методика, которую реализовали на базе профилометра модели 296 производства завода Калибр, который присоединен к ЭВМ. Процесс измерений выполняли в режиме соскока щупа профилометра с режущего лезвия как со стороны передней, так и задней поверхностей и последующей обработки полученных результатов.
Методика измерений состояла из следующих этапов:
- Тарировка вертикальных и горизонтальных перемещений щупа профилометра.
Вертикальные перемещения измерялись с помощью плоскопараллельных концевых мер длины, горизонтальные перемещения - с помощью меры шероховатости с регулярным профилем;
- Проверка полученных данных тарирование по помощью набора калиброванных валиков, диаметры которых близки к величинам радиуса закругления режущей кромки. При тарировке радиуса закругления учитывали реальные геометрические параметры
измерительного щупа профилометра;
- Непосредственное измерение радиуса закругления режущей кромки. Радиус закругления измерялся при перемещении щупа профилометра по передней и задней поверхностям в направлении, ортогональном к режущей кромки;
- Непосредственный расчет и определение действительно радиуса закругления режущей кромки с помощью разработанной программы в системе MathCAD, которая обеспечивает определение радиуса закругления с учетом геометрических параметров щупа. При определении реального радиуса закругления учитывали результаты со стороны передней и задней поверхностей.
На первой стадии было исследовано влияние времени МАО при обработке порошком ПР Р6М5, скорости вращения деталей вокруг оси кольцевой ванны 1,8 м / с, в условиях натекания и стекания из рабочих поверхностей. Полученные результаты по шероховатости, изменении величины радиуса закругления режущих кромок и поверхностной твердости приведены на рис. 2. Показано, что шероховатость рабочих поверхностей сверл снижается до уровня Ra = 0,3-0,5 мкм преимущественно за счет удаления с поверхности тонкого дефектного слоя и процессов микропластической деформации. Подтверждением этому факту есть повышение поверхностной твердости (Рис2. в) до 16-22 ГПа при исходной твердости 15 ГПа. Установлено, что при длительности процесса МАО в режиме натекания 120 с имеют место максимальные значения
70
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №8/2015 ISSN 2410-6070
поверхностной твердости, в то время как увеличение времени обработки до 240 с приводит к снижению твердости, но при комбинированном режиме обработки в течение 240 с - 120 с в режиме натекания и 120с режиме стекания позволяет получить максимальные значения поверхностной твердости.
Рисунок 2 - Изменение величины шероховатости рабочих поверхностей (а), радиусов закругления режущих кромок (б) и поверхностной твердости (в) сверл при различной продолжительности МАО
порошком ПР Р6М5 в режимах натекания и стекания.
71
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №8/2015 ISSN 2410-6070
Указанный факт может быть связан с особенностями деформационной перестройки поверхностного слоя и требует дополнительных исследований.
Анализ данных по изменению величины радиусов закругления режущих кромок показал, что процесс МАО в режиме натекания, рекомендованный для формирования кромок лопаток ГТД приводит до закругления режущих кромок, то есть их притупление, а в режиме стекания при применении порошка ПР Р6М5 практически на влияет на величину радиуса. Это объясняется низкой абразивной способностью применяемого порошкового материала при МАО твердосплавных сверл, в следствие того, что интегральная твердость частиц порошка меньше твердость обрабатываемого материала, а форма частиц практически сферическая, в связи с чем процесс обработки происходит преимущественно за счет деформаций микро пластичных [14] и удаление дефектных, более мягких тонких слоев материала с поверхности сверл. Внешний вид режущей кромки до и после МАО порошком ПР Р6М5 с размером частиц 160/100 мкм в режиме натекания и стекания приведены на рис. 3.
а) б)
в)
Рисунок 3 - Внешний вид режущей кромки в исходном состоянии (а) и после МАО порошком ПР Р6М5; обработка в режиме натекания на рабочие поверхности (б) и в режиме стекания (в), увеличение х10
С целью увеличения абразивно-полирующей способности МАИ на второй стадии МАО сверл использовали порошок Феромап с размером частиц 200/100 мкм с добавлением 2-3% алмазной пасты АСМ 3/2. Обработку выполняли при скоростях МАО, которая рекомендована для МАО твердо-сплавных изделий в диапазоне 2,5-2,8 м/с как в режиме стекания, так и в режиме натекания, а время обработки составлял 240 с, что является достаточным для формирования оптимального микрорельефа твердосплавного инструмента. После второй стадии обработки на передней поверхности получена шероховатость с Ra=0,25-0,3 мкм, на задний Ra=0,05-0,08 мкм, а на калибрующей части сверла Ra=0,06-0,07 мкм. При чем приведенные результаты были получены при МАО как в режиме стекания, так и натекания на рабочие поверхности сверл. Анализ изменения величины радиусов закругления показал, что МАО в режиме стекания позволяет получить радиус режущей кромки 5-7 мкм, в то время как в режиме натекания происходит существенное увеличение величины радиуса до 35-38 мкм. После второй стадии МАО сверл при определении их поверхностной твердости установлен ее устойчивый рост до 20-26 ГПа. Внешний вид рабочих элементов сверл после второй стадии МАО приведены на рис.4. Обработка радиусов величиной 5-7 мкм в режиме натекания порошком Ферромап 200/100 мкм с алмазной пастой 3/2 мкм приводит к увеличению величины радиуса. При чем корректировка временем МАО позволяет прогнозируемо формировать необходимый радиус.
72
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №8/2015 ISSN 2410-6070
а) б)
Рисунок 4 - Внешний вид рабочих элементов сверл после второй стадии МАО обработка в режиме натекания на рабочие поверхности (а) и стекания (б) порошком Феромап с добавлением алмазной пасты АСМ 3/2.
Установлено, что МАО практически линейно определяет уменьшение радиусов при условии предварительно сформированной шероховатости передних и задних поверхностей сверл, которая в значительной степени будет определяться типом, приложениями и размерами используемых для МАО магнитно-абразивных порошков. В результате обработки сверл на третьей стадии при МАО в диапазоне времени 30-240 с установлено, что поверхностная твердость практически не меняется и остается на уровне 20-23 ГПа.
Выводы. Проведены исследования по МАО рабочих элементов твердосплавных сверл после их переточки показали целесообразность применения предложенного метода. Показаны возможности метода по эффективному возделыванию сверл с обеспечением шероховатости на передней поверхности инструмента на уровне Ra=0,25 мкм, на задней Ra=0,05-0,08 мкм и на калибрующей части сверла Ra=0,06-
0. 07.мкм, а также формирование заданного радиуса округления режущих кромок. При этом отмечается увеличение поверхностной твердости изделий до уровня 20 ГПа и более.
Список использованной литературы:
1. Верещака А.С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. -
Машиностроение, 1993. - [336 с.]
2. Лошак М.Г. Прочность и долговечность твердых сплавов. - 1984. - [328 с.]
3. Барон Ю.М. Магнитно-абразивная и магнитная обработка изделий и режущего инструмента. -
Машиностроение. - 1986. - [176с.]
4. Ефремов В.Д., Ящерицин П. Технологическое обеспечение качества рабочих кромок инструмента и
деталей. - Мн.: БАТУ, 1997. - [251 с.]
5. Степанов А.В. Исследование процесса формирования магнитно-абразивного порошкового инструмента
для обработки деталей сложной геометрической формы 1997. - [145 с.]
6. Применение магнитно-абразивной обработки для упрочнения режущего инструмента /У.С.Майборода, Н.В.Ульяненко, Л.Г.Дюбнер и др. // Вестник ЖДТУ- 2003.-№3(27). - [С.22-31]
© В.С. Силантьев, Д.Ю. Кружалин, В.Ю. Басов, 2015
УДК 004
Ю,А,Слаутин,
старший преподаватель И.С.Полевщиков,
аспирант, ассистент
ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет», г. Пермь
E-mail: i.s.polevshchikov@gmail.com
МОДЕЛИРОВАНИЕ И АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ПОСТРОЕНИЯ ГРАФИКОВ ПЛАНОВОПРЕДУПРЕДИТЕЛЬНЫХ РЕМОНТОВ
Аннотация
В статье рассмотрены особенности разработанного прототипа автоматизированной системы
73
