CC BY
38
ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ЛЕЗВИЙНОГО ИНСТРУМЕНТА ИЗ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ ПУТЕМ НАПРАВЛЕННОГО ДЕЙСТВИЯ СОТС И ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ
1 2 3
Скакун В.В. , Джемалядинов Р.М. , Селяметов Р.Ю. Email: [email protected]
1Скакун Владимир Владимирович - преподаватель; 2Джемалядинов Руслан Марленович - преподаватель; 3Селяметов Рустем Юнусович - магистрант, кафедра технологии машиностроения, Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Республики Крым Крымский инженерно-педагогический университет, г. Симферополь
Аннотация: экспериментально установлено влияние экологически чистых смазывающих технологических сред и износостойких покрытий на снижение площади контакта инструмента со стружкой, а также на снижение температуры в зоне резания, что в свою очередь обуславливает рост контактной нагрузки обрабатываемого материала и лезвийного инструмента. Показано комбинированное действие растительных масел и износостойких покрытий на повышение стойкости лезвийного инструмента в период его приработки, когда инструмент только адаптируется к внешним условиям нагружения.
Ключевые слова: экологически чистые смазывающие технологические среды, износостойкие покрытия, температура, приработка, стойкость.
INCREASE IN PRODUCTIVITY OF CUTTING TOOLS MADE OF HIGH-SPEED STEEL WITH A WEAR-RESISTANT
COATING USING LUBRICANTS Skakun V.V.1, Dzhemalyadinov R.M.2, Selyametov R.Yu.3
1Skakun Vladimir Vladimirovich - Teacher; 2Dzhemalyadinov Ruslan Marlenovich - Teacher; 3Selyametov Rustem Yunusovich - Undergraduate, DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING, STATE BUDGETARY EDUCATIONAL INSTITUTION OF HIGHER EDUCATION OF THE REPUBLIC OF CRIMEA CRIMEAN ENGINEERING AND PEDAGOGICAL UNIVERSITY, SIMFEROPOL
Abstract: experimentally established effect of environmentally friendly lubricating process media and wear-resistant coatings to reduce the area of contact of the tool with chips, as well as to reduce the temperature in the cutting zone, which in turn leads to an increase in the contact load of the material being processed and cutting tools. The combined effect of vegetable oils and wear-resistant coatings on increasing the durability of a cutting tool during the period of its run-in is shown, under conditions when the tool only adapts to external loading conditions.
Keywords: environmentally friendly lubricating process media, wear-resistant coatings, temperature, durability.
УДК 621.91.01 DOI: 10.20861/2304-2338-2019-134-008
На сегодняшний день промышленность располагает широким ассортиментом методов обработки материалов. Наиболее часто используемым методом является обработка металлов резанием, которая занимает до 40% от общей трудоемкости изготовления изделий. В связи с этим большое количество научных работ посвящено исследованиям в области теории резания, исследованиям возникновения теплообразования, деформации и трения при резании, износостойкости различных инструментальных материалов, находящихся во взаимодействии с обрабатываемой заготовкой, которые оказывают большое влияние на процесс резания и производительность труда [1].
В инструментальной промышленности для изготовления различных по назначению лезвийных инструментов применяют широкую номенклатуру инструментальных материалов отличающихся между собой физико-механическими характеристиками, стоимостью, а так же способностью к обработке, в месте с тем, промышленость располагает широким спектром методов повышения стойкости лезвийного инструмента.
Наиболее распространенным является применение различных смазывающе-охлаждающих технологических сред (СОТС), которые в свою очередь обладают моющими, смазывающими и охлаждающими свойствами, в составе которых зачастую присутствуют минеральные масла, в результате чего становится все более затратным их регенерация и утилизация, в связи с интенсификацией процесса резания и ужесточением требований к экологической безопасности производства. В этом плане наиболее рациональным заменителем минеральных масел выступают масла на растительной и животной основе, которые по мимо экологически чистого, биоразлагаемого продукта, обладают рядом свойств, благоприятно влияющих на процесс резания, и по некоторым параметрам превосходящих традиционные СОТС [2, 4], так же не менее актуальным является применение износостойких покрытий, которые обладают высокой твердостью в сочетании с низким коэффициентом трения, а так же служат как барьер между инструментальным и обрабатываемым материалом, создавая тем самым защитный слой, препятствующий износу [3]. На основе вышеизложенного можно сделать вывод, что СОТС и износостойкие покрытия снижая коэффициент трения а следовательно и площадь контакта инструмента со стружкой обуславливают рост контактной нагрузки, и в определенных условиях (давлениях более 500 МПа и температурах 200...350°С) правомочно ожидать упрочнение контактных слоев [4]. Для достижения необходимых условий разработана методика, позволяющая качественно оценить температурное состояние лезвийного инструмента в зависимости от режимов резания, применяемых СОТС и покрытий.
Для исследования температурного состояния процесса резания, применялся метод естественной термопары. Выбор данного метода обусловлен возможностью исследовать интенсивность теплообразования непосредственно на площадках контакта инструмента и обрабатываемого материала. Данные температурного состояния процесса резания представлены на Рис. 1.
10 м/мин
Обрабатываемый
материал:
12Х18Н10Т
Режущий инструмент:
Р6М5 (Шв)
У=0°; а= 12°;
^=^1=45°.
Режимы резания:
Упр. = 10 м/мин;
8 = 0,2 мм/об; t = 0,5 мм.
Расход СОТС:
И-20 (ТМС) 4,5мл/час;
УР 231 (ТМС) 1,5
мл/час.
МИББ без РУЭ "Сухое" резание
ИББ + РУЭ "Сухое резание" У ИББ + РУЭ, И-20 - ИББ + РУЭ, Рапсовое масло
Рис. 1. Значения температуры в зоне резания при точении стали 12Х18Н10Т, ¥=10м/мин
Время обработки (приработки) режущего инструмента составляло 5-7 минут, затем процесс резания осуществлялся на стационарных режимах резания. Приработка режущего инструмента с износостойким покрытием (Т1Ы) производилась «всухую», а так же с применением минерального «И-20» и рапсового масла. Подача СОТС осуществлялась при помощи техники минимальной смазки (ТМС). Опыты проводились при постоянной глубине резания 1=0,5 мм, подаче 8=0,2 мм/об и скорости резания Уприраб=10 м/мин и Устац=27,5 м/мин. Обрабатываемый материал -нержавеющая сталь 12Х18Н10Т.
Исследования величины износа пластины производились по задней поверхности при помощи микротвердомера ПМТ - 3М, а показания снимались с микрометрических винтов расположенных на двухкоординатном столе с точностью до 10 мкм. За критерий износа была принята величина 0,3мм.
Режущая пластина снималась с резца каждые 5-10 мин и производились замеры износа режущей кромки.
На Рис. 2 представлена гистограмма стойкостных исследований, которая наглядно отображает влияние предварительной приработки режущего инструмента на его стойкость.
0,35
0,25
J2 0,2
0,15
0,05
10
20 30 40
Время работы, Т мин.
Обрабатываемый материал: 12Х18Н10Е Режущий инструмент: Р6М5 (И55)
г=0°; а=12°; ^=^1=45°
Режимы резания : Упр . = 1 8 м/ми н; Устац. = 2 7, 5 м/ мин; 5 = 0,2 мм/об; Г = 0,5 мм
Расход СОТС : И- 2 0 (ТМС) 4, 5 мл/час;
УР 231 (ТМС) 1,5 мл час
HSS без TiN
50
HSS + TiN
HSS + TiN + И-20 (Приработка)
HSS + TiN + VP 231 (Приработка)
0
Рис. 2. Износ резца Р6М5 при точении стали 12Х18Н10Т после предварительной приработки в
различных средах
В результате проведения экспериментов, были получены следующие данные: стойкость режущей пластины с износостойким покрытием TiN, в 1,5 раза выше, чем у режущей пластины без покрытия (сухая обработка), и в 2 раза, после предварительной приработки в среде минерального масла И-20, ив 3 раза, после предварительной приработки в среде рапсового масла. Выводы
Имеется принципиальная общность в механизме формирования упрочненных структур в поверхностных слоях (матрице) инструмента при наличии покрытия и приработки инструмента в среде СОТС: и те и другие, снижая работу трения и уменьшая площадь контакта, обуславливают рост нормальных нагружающих напряжений, ответственных за трансформацию деформируемых контактных слоев.
Список литературы /References
1. Основы теории резания материалов: учебник [для высш. учебн. заведений] / Мазур Н.П., Внуков Ю.Н., Грабченко А.И. и др.; под общ. ред. Н.П. Мазура и А.И. Грабченко. 2-е изд., перераб. и дополн. Харьков: НТУ «ХПИ», 2013. 534 с.
2. Применение смазочно-охлаждающих технологических средств при резании металлов : учеб. пособие по курсу «Инструментообеспечение машиностроительных предприятий» / Д.В. Виноградов. Ч. 1: Функциональные действия. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013. 90 с.
3. Верещака А.С., Кириллов А.К., Верещака А.А., Хаустова О.Ю., Бубликов Ю.И. Технологическая система экологически безопасного резания для токарной обработки // Известия Кабардино-Балкарского государственного университета, 2014. № 5. С 20-22.
4. Якубов Ч.Ф. Упрочняющее действие СОТС при обработке металлов резанием. Симферополь: ОАО «Симферопольская городская типография» (СГТ), 2008. 156 с.
