CC BY
28ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
УДК 621.7.044.7
ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ПЛАСТИН ИЗ ТВЕРДОГО СПЛАВА*
А.Г. ОВЧАРЕНКО, доктор техн. наук, профессор, А.Ю. КОЗЛЮК, канд. техн. наук, доцент, М.О. КУРЕПИН, аспирант, БТИ Алт ГТУ, г Бийск
Статья получена 13 апреля 2010 г.
659305, Бийск, ул. Трофимова, 27, Бийский технологический институт Алтайского государственного технического университета, e-mail: pbuk@bti.secna.ru
Для повышения износостойкости пластин из твердого сплава предложен метод предварительного нагрева и воздействия импульсного магнитного поля. Приведены экспериментальные результаты для твердых сплавов ВК8 и Т15К6.
Ключевые слова: магнитно-импульсная обработка, износостойкость, твердый сплав.
To increase the wear resistance of the firm alloys plates the preliminary heating and pulse magnetic field method is offered. Experimental results of firm alloys ВК8 and Т15К6 are presented.
Key words: pulsed magnetic field method, wear resistance, hard-facing alloy.
В настоящее время изучается и применяется множество методов, направленных на повышение твердости и износостойкости поверхностного слоя режущих инструментов. Наиболее перспективным направлением в этой области является разработка высокоэффективных и высокопроизводительных методов обработки поверхностей с применением концентрированных потоков энергий. Комбинированная магнитно-импульсная обработка (МИО) является одним из таких методов. Новизна и эффективность предлагаемого способа подтверждается патентом РФ на изобретение № 2339704 «Способ комбинированной магнитно-импульсной обработки поверхностей инструментов и деталей машин», зарегистрированном в Государственном реестре изобретений РФ 27.11.08.
Данный способ обработки основан на последовательном воздействии на обрабатываемую деталь индукционного нагрева до определенной температуры и направленного импульса магнит-
ного поля высокой напряженности. При импульсном воздействии возникают специфические фазовые и структурные превращения в металле. Это соответственно вызывает изменение физических и механических свойств материала. Также данный способ обработки позволяет свести к минимуму остаточную энергию в обрабатываемой детали за счет электродинамических сил, вызванных импульсом магнитного поля. Таким образом, комбинированное воздействие индукционного нагрева и импульса магнитного поля на обрабатываемую деталь дает возможность увеличить износостойкость режущего инструмента.
Метод комбинированной магнитно-импульсной обработки (МИО) характеризуется следующими по сравнению с известными преимуществами:
1. Простота технологической оснастки. В качестве инструмента для обработки используется индуктор, который прост в изготовлении и использовании.
* Материалы 8-й Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы повышения эффективности металлообработки в промышленности на современном этапе», г. Новосибирск, 24 марта 2010 г.
№ 2 (47) 2010 1 3
СМ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
2. Значительно меньшая стоимость оборудования по сравнению с оборудованием, используемым для большинства современных методов поверхностного упрочнения (лазерная обработка, ионная имплантация и т.д.).
3. Возможность создания процесса упрочнения с большой технологической гибкостью. Одним и тем же индуктором можно обрабатывать детали различных размеров и конфигураций, добиваться оптимального изменения требуемых свойств металла, плавно управляя энергетическими параметрами обработки.
4. Процесс легко поддается автоматизации и механизации, что позволит обеспечить высокую производительность.
5. Высокая культура производства и простота обслуживания оборудования МИО. Это обусловлено бесшумностью и экологической чистотой обработки, а также отсутствием агрессивных сред и отходов.
На протяжении ряда лет в Бийском технологическом институте проводились исследования по использованию данного метода обработки [1-3]. Было найдено, что оптимальная напряженность для стали Р6М5 равна 1200 кА/м, а оптимальная температура предварительного нагрева равна 500 °С. Экспериментально определено, что для инструментов из быстрорежущих сталей увеличение износостойкости обработанных инструментов относительно стойкости необработанных инструментов составило соответственно: 158 % для сверл, 202 % для резцов и 161 % для метчиков. Критерием выхода из строя инструмента при этом являлся предельный износ по задней поверхности для сверл и резцов, и образование макродефектов для метчиков.
В настоящее время для производства режущих инструментов все более широко используются твердые сплавы. В их состав входят карбиды вольфрама, титана, тантала, сцементированные небольшим количеством кобальта. Карбиды вольфрама, титана и тантала обладают высокой твердостью, износостойкостью и теплостойкостью. Инструменты, оснащенные твердым сплавом, хорошо сопротивляются истиранию по сравнению с другими инструментальными материалами. Для экономии дефицитного вольфрама и повышения эксплуатационных характеристик стандартных пластин из твердых сплавов и, как следствие, снижения себестоимости деталей разрабатываются
ТЕХНОЛОГИЯ
безвольфрамовые металлокерамические твердые сплавы, а также применяется большое количество методов поверхностного упрочнения, основанных на нанесении покрытий или на изменении состояния (модификации) поверхностного слоя.
С целью повышения износостойкости пластин из твердого сплава нами применен метод комбинированной магнитно-импульсной обработки. В данном случае использовался предварительный нагрев пластин твердого сплава ВК8 и Т15К6 до 350...400 °С и их обработка в концентраторе магнитного поля при напряженности, равной 1200 кА/м. Далее при помощи этих пластин проводилось точение заготовок из стали 30Х.
Известно, что в качестве критерия затупления пластин из твердого сплава может использоваться комбинация размеров фаски и лунки износа. Опытами по обработке коррозионно-стойкой стали твердосплавным инструментом установлено, что для условий резания, характеризуемых низкой скоростью и большой подачей, следует принимать в качестве критерия затупления величину фаски износа по задней поверхности. В нашем случае в качестве критерия затупления был взят износ по задней поверхности для твердого сплава, который при обдирке составляет в пределах 0,75.1,00 мм, при чистовой обработке 0,25.0,40 мм [4].
Экспериментальные результаты исследования пластин из твердого сплава ВК8 представлены на рис. 1, фотографии пластин после испытаний - на рис. 2. Критерием затупления для пластин из твердого сплава ВК8 принята величина, равная 0,75 мм для обдирки заготовок.
&
я
н о о
и &
ш
о
с
«
Время резания, мин
Рис. 1. Зависимости износа задней поверхности пластин из твердого сплава ВК8 от времени обдирки
заготовок из стали 30Х: 1 - обработанные пластины, 2 - необработанные пластины
14 № 2 (47) 2010
ТЕХНОЛОГИЯ
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
Рис. 2. Пластины из твердого сплава ВК8: слева пластина, обработанная комбинированной МИО;
справа пластина, не обработанная МИО
Из графиков (рис. 1) видно, что при одинаковых условиях испытаний пластин из твердого сплава ВК8 у обработанных МИО износостойкость составляет 183 % относительно стойкости необработанных инструментов.
Экспериментальные результаты исследований пластин из твердого сплава Т15К6 представлены на рис. 3, фотографии пластин после испытаний - на рис. 4. Критерием затупления для пластин из твердого сплава Т15К6 принята величина, равная 0,25 мм для чистовой обработки заготовок.
с
«
Время резания, мин
Рис. 3. Зависимости износа задней поверхности пластин из твердого сплава Т15К6 от времени чистовой обработки заготовок из стали 30Х: 1 - обработанные пластины; 2 - необработанные пластины
Из графиков (рис. 3) видно, что при одинаковых условиях испытаний пластин из твердого сплава Т15К6 у обработанных МИО пластин износостойкость составляет больше, чем 200 % относительно стойкости необработанных.
Таким образом, проведенные эксперименты с режущим инструментом из твердого сплава показали перспективность использования комбинированной МИО для повышения износостойкости данного инструмента.
Следующим этапом работ планируется исследовать воздействие комбинированой МИО на пластины из твердого сплава при различных температурах нагрева и напряженостях магнитного поля для более широкой номенклатуры инструмента.
б
Рис. 4. Пластины из твердого сплава Т15К6: а - пластина, обработанная комбинированной МИО; б - пластина, не обработанная МИО
Список литературы
1. Овчаренко А.Г., Козлюк А.Ю. Моделирование комбинированной магнитно-импульсной обработки // Обработка металлов. - 2007. - № 3. - С. 17-19.
2. ОвчаренкоА.Г., КозлюкА.Ю., КурепинМ.О. Индукторы для комбинированной магнитно-импульсной обработки инструментов различной формы // Обработка металлов. - 2008. - № 3. - С. 11-12.
3. Овчаренко А.Г., Козлюк А.Ю. Эффективная магнитно-импульсная обработка режущего инструмента// Обработка металлов. - 2009. - № 1. - С.4-7.
4. Башков В.М., Кацев П.Г. Испытания режущего инструмента на стойкость. - М.: Машиностроение, 1985.-136 с.
а
№ 2 (47) 2010 1 5
