CC BY
13ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ УДК 621.793.74
ТЕХНОЛОГИЯ
ШЕРОХОВАТОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПЛАЗМЕННЫХ ПОКРЫТИЙ ПОСЛЕ ФИНИШНОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ1
Ю.С. ЧЁСОВ, канд. техн. наук, доцент, Е.А. ЗВЕРЕВ, ассистент, А.И. ПОПЕЛЮХ, канд. техн. наук, доцент, П.В. ТРЕГУБЧАК, аспирант (НГТУ, г. Новосибирск)
Статья поступила 26 января 2011 г.
Зверев Е.А. - 630092, г. Новосибирск, пр. К.Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет, e-mail: egor_z@ngs.ru
Приведены результаты исследований влияния режимных условий круглого наружного шлифования на шероховатость поверхности износостойкого порошкового покрытия из высокохромистого чугуна.
Ключевые слова: плазменное напыление, износостойкое покрытие, шлифование, шероховатость поверхности.
Как известно, финишная механическая обработка предназначена для формирования требуемой геометрической и размерной точности, а также шероховатости поверхности деталей машин. В то же время окончательная механическая обработка газотермических покрытий вызывает определенные затруднения в силу того, что они, как правило, обладают более высоким уровнем твердости и прочности, чем основной металл детали [1-3]. При обработке покрытий часто возникают дефекты в виде трещин, сколов и отслоений. Причины их появления - резкий рост термических напряжений и упругих деформаций в зоне резания. Поэтому финишную механическую обработку покрытий чаще всего осуществляют на пониженных режимах резания, по сравнению с легированными марками сталей аналогичной твердости, и с интенсивным принудительным охлаждением.
Наибольшее распространение в машиностроении при обработке газотермических покрытий нашли такие процессы, как точение и шлифование. С точки зрения производительности процесса резания очевидный приоритет принадлежит точению. Однако основным методом обработки покрытий является все же шлифование. Несмотря на более низкую производитель-
ность, очень часто шлифование оказывается единственно возможным методом обработки, поскольку процесс является более универсальным как по способу реализации (круглое наружное и внутреннее, плоское и бесцентровое шлифование), так и по уровню твердости и качеству обрабатываемых покрытий.
При выполнении чистовых операций чаще всего используют абразивные круги из карбида кремния зеленого или из электрокорунда на керамической или бакелитовой связке твердостью СМ1 и СМ2 и с зернистостью номер 80 или 100 и открытой структурой. Следует также отметить, что на практике хорошо зарекомендовали себя и алмазные шлифовальные круги, однако они значительно дороже абразивных, поэтому и не нашли широкого применения в промышленности.
В отличие от обработки монолитных (однородных) материалов, по которым уже накоплен большой объем информации по влиянию технологических параметров процесса шлифования применительно к конкретным маркам сталей на требуемый уровень шероховатости поверхности деталей, рекомендации по режимам обработки для покрытий часто противоречивы.
Целью настоящих исследований является установление влияния режимов шлифования на шероховатость
1 Работа выполнена при финансовой поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы, мероприятие 1.3.1 (проект П1189).
ТЕХНОЛОГИЯ
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
поверхности износостойких покрытии из порошкового материала марки ПГ-С27, нанесенных методом плазменного напыления.
В качестве образцов в экспериментах использовались ступенчатые валы из стали 20 с участком напыленной поверхности диаметром 30 мм и длиной 100 мм. Покрытия наносили на установке «Киев-7» послойно за три прохода плазмотрона до толщины 600...630 мм. Ранее [4] было установлено, что в исследуемом диапазоне режимов напыления в покрытиях формируются три характерных типа структуры, отличающихся друг от друга по основным показателям качества (несплошность на границе «основной металл - покрытие», количество не расплавившихся частиц порошка, пористость и размеры пор). Напыление покрытий в данном случае осуществлялось в поддиапазоне режимов, обеспечивающих образование оптимального варианта структуры, т. е. структуры, с наиболее высоким уровнем эксплуатационных свойств. Финишная механическая обработка покрытий производилась на круглошлифовальном станке модели 3Б12. Инструмент - абразивный круг из карбида кремния зеленого марки 64С80ПСМ28Б1 (ГОСТ 21445). При диаметре шлифовального круга, равном 300 мм, обеспечивается рекомендуемая при шлифовании плазменных покрытий скорость резания -35 м/с. Скорость продольного перемещения (подачи) стола составляла 120 мм/мин. В качестве варьируемых режимных параметров приняты глубина резания (осуществляемая за счет поперечной подачи шлифовальной бабки) t (0,05.0,15 мм) и частота вращения заготовки n (125.300 мин х) при толщине припуска в пределах 0,2.0,25 мм. Снятие основного припуска производилось за несколько продольных перемещений стола с заготовкой (в зависимости от глубины резания). Завершалась обработка процессом выхаживания: снятие металла покрытия происходило за счет выборки упругих отжатий детали. Эти режимные условия были установлены нами на основе предварительных экспериментов с учетом рекомендаций [1-3]. Измерение шероховатости производили на базе комплекса изучения топографии модели Zygo New View 7300 с дополнительном изучением характера поверхности на растровом микроскопе модели Carl Zeiss EVO 50 XVP.
Очевидно, что механизм формирования микрорельефа поверхности покрытий при шлифовании заметно отличается от процессов, протекающих при обработке однородных материалов. В работе [1] отмечено, что главенствующая роль в формировании шероховатости в этом случае принадлежит таким дефектам, как поры. При внедрении абразивных зерен в покрытие именно они являются концентраторами напряжений и
оказывают существенное влияние на процесс развития микротрещин.
На снимке, полученном при помощи растрового электронного микроскопа, видно, что типовая поверхность плазменно напыленного покрытия после шлифования обладает открытой пористостью (рис. 1).
Рис. 1. Поверхность покрытия после шлифования
Несомненно, что количество и размер пор отражаются на величине шероховатости поверхности. На типовой профилограмме поверхности, изображенной на рис. 2, отчетливо виден «провал», обусловленный наличием поры.
Рис. 2. Шероховатость поверхности покрытия после шлифования
В целом обработанная поверхность имеет нерегулярный микрорельеф. Следует также отметить, что помимо пор характер шероховатости поверхности зависит от таких показателей качества структуры, как степень расплавленности порошковых частиц и прочность когезионной связи между ними.
С целью установления влияния режимов абразивного шлифования на уровень шероховатости поверхности по критерию Ra был проведен двухфакторный
№ 1 (50) 2011 13
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
эксперимент, позволившим получить эмпирическую зависимость следующего вида (коэффициент корреляции равен 0,95):
Ra = 1,44 - 0,02« + 8,9t + 3,7-10-5 n - 62,6t2 + 0,04nt.
Экспериментальные данные, полученные как среднее арифметическое значение результатов трех опытов в одной точке, обрабатывались с использованием программного продукта Table Curve 3D v 4.0.
Исследования показали, что в принятом диапазоне режимов шлифования напыленных покрытий формируется микрорельеф поверхности с шероховатостью в пределах 0,13.. .1,52 мкм.
Графическая зависимость шероховатости поверхности от глубины резания и частоты вращения детали, построенная на базе вышеприведенного уравнения, показана на рис. 3. Зависимость наглядно отражает сложное и неоднозначное влияние глубины резания и круговой подачи на уровень шероховато-
ТЕХНОЛОГИЯ
сти поверхности. В частности, увеличение глубины резания в диапазоне малых частот вращения образцов не сопровождается заметным ростом шероховатости. В то же время увеличение частоты вращения благоприятно сказывается лишь до определенного предела (200 мин х), ее дальнейший рост приводит к отрицательному эффекту - увеличению высоты микронеровностей. Одновременное же повышение частоты вращения и глубины резания вызывает резкий рост шероховатости. Это объясняется развитием поверхностных дефектов вследствие создания достаточно жестких режимных условий шлифования.
При разработке промышленных технологий упрочнения деталей или их восстановления методом плазменного напыления полученная зависимость позволяет на финишной стадии обработки на основе предъявляемых требований к шероховатости поверхностей деталей назначать соответствующие режимы абразивного шлифования износостойких покрытий.
0,05 125
Рис. 3. Влияние режимов шлифования на шероховатость поверхности
Список литературы
1. Ситников А.А. Технологическое обеспечение точности изготовления деталей с покрытиями. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ им. И.И. Ползунова, 2004. - 198 с.
2. Пузряков А.Ф. Теоретические основы плазменного напыления. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. -360 с.
3. Газотермические покрытия из порошковых материалов: справочник / Ю.С. Борисов, Ю.А. Харламов, С.Л. Сидоренко, Е.Н. Ардатовская. - Киев: Изд-во «Нау-кова думка», 1987. - 544 с.
4. Чёсов Ю.С., Зверев Е.А., Трегубчак П.В. Влияние режимов плазменного напыления на структуру износостойких покрытий // Инновации в машиностроении: материалы 1-й Междунар. науч.-техн. конф. - Бийск: Изд-во АлтГТУ им. И.И. Ползунова, 2010. - № 2(47). -С. 144-147.
ROUGHNESS OF A SURFACE OF WEAR-RESISTANT PLASMA COATINGS AFTER FINISHING MACHINING
Yu.S. Chosov, E.A. Zverev, A.I. Popelyukh, P. V. Tregubchak
Results of researches of influence of regimes of round external grinding on a roughness of a surface of a wear-resistant powder coating from a high-chromium iron were received.
Key words: plasma spraying, wear-resistant coating, grinding, surface roughness.
