CC BY
35
УДК 621.9.02 014
В.П.ТАБАКОВ, А.Ю. РОДИОНОВСКИЙ
ВЛИЯНИЕ ИОННОГО АЗОТИРОВАНИЯ
И КОМБИНИРОВАННОЙ УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ
НА Р\БОТОСПОСОБНОСТБ БЫСТРОРЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
Анализ результатов исследований кинетики и механизмов изнашивания режущих инструментов (РИ) с износостойкими покрытиями а также причин их разрушения, показывает, что несмотря на значительный вклад покрытия в повышение работоспособности РЧ, чх эффективность в ряде случаев недостаточна. . становлено, что основными причинами разрушения покрытии на контактных площадках РИ являются склонность режущего ьшна инструмента к упоугопластическчм деформациям и потеря им формоустойччвости под действием термомеханических нагрузок, возникающих в процессе резания. Как покачали исследования контактных процессов и теплового состояния РИ с покрытиями [1, 2], снижение длины контакта гю пере,тнсй поверхности приводит к повышению нормальных контактных напряжений и смещению изотерм температурного поля к задней поверхности инструмента. Изменение контактных напряжений и теплового состояния инструмента приводит к снижению жесткости и теныпению запаса пластической прочности режущего клина инструмента с покрытием по сравнению с инструментом без покрытия. Потеря формоустойчивости режущего клина инструмента ведет к образованию трещин в покрытии [7]. Процесс образования и развития трещин и, следовательно, разрушения покрытия интенсифицируется дальнейшими пластическими деформациями режущего клика, ползучестью поверхностных слоев инстп\/менга и усталостными ппоиессами на его контактных плошал-
к. у * ж
ках Исходя из вышесказанного, повышение твердости поверхностного слоя инсгрументальной основы перед нанесением покрытля должно способство-
Вестник Ул1 ГУ 3/99 33
вать увеличению запаса пластической прочности режущего клина инструмента и повышению сопротивляемости этого клина потере формоус гойчивости Кроме того, такая предварительная обработка будет способствовать повышению поверхностной теплостойкости инструментального матери;» на, снижая вероятность его разупрочнения как при конденсации покрытия, гак и при эксплуатации инструмента. Для повышения твердости поверхностного слоя РИ можно использовать различные способы химико-термическои обраиотки
Авторы исследовали ионное азотирование (ИА) как самостоятельный способ повышения работоспособности РИ из быстрорежущей стали, так и в качестве способа подготовки поверхности РИ для нанесения износостойкого покрытия. Совокупность этих двух операций далее именуется комбинированной упрочняющей обработкой. Объектами исследовании служили шестигранные пластины из быстрорежущих сталей Р6М5, Р6М5К5 и Р9К5; спиральные сверла диаметром 6,9 мм из быстрорежущей стали Р6М5; трехзубые концевые фрезы диаметром 18 мм с длиной рабочей части 70 мм, радиусом скругления цилиндрической и торцовой частей 4 мм и следующими углами, угол наклона винтовой канавки & = 40°; главный ^а^ний угол а на цилиндрической и торцовой частях соответственно 15° и 10°. В качестве материала заготовок использовали стали ЗОХГСА и 12Х18К10Т и титановый сплав ВТ22.
окарную обработку вели на станке мод. 16К2Р, оскашенном бесступенчатым приводом главного движения. Установочная геометрия пластин s державке:
—____ -_______ . . л
передай yî ол у - j-, ГЯйшёып задним угол а = главный угол в плане ф = 45°, вспомогательный угол в плане ф1 = 45°, радиус при вершине г - 1,0 мм Заготовки сверлити и фрезеровали па вертикально-фрезерном станке мод. оА12П. Б качестве СОЖ использовали 5 %-ную эмульсию Укринол-1М Покрытия наносили на вакуумно-плазменной установке Булат-ЗТ. ионное азотирование кышж11яли на установке НТВ 6.5/И1 и установке Ьулат-ЗТ, снабжея-но испарителем для ионного азотирования. Работоспособность РИ оценивали по периоду его стойкости пои ве.шчине фаски износа по задней поверхности (0,6 - 0,8) мм при токарной обработке и 0,4 мм при свержении и фрезеровании.
Результаты исследований режущих свойств быстрорежущих пластин, подвергнутых ионному азотированию, при токарной обработке заготовок из стали ЗОХГСА показали, что, независимо от типа установки, толщина актированного слоя, при котором обеспечивается максимальный иериод стойкости
РИ, составлгст (25 - 30) мкм. Taie, максимальный коэффициент покушения
г.тпйкпг. к" и.тягтш Pf>k*S I К ПЛГТГиЫТТТОО ЛГТЛ 1/OL- РЛПти/ШШиио ПАГМ1Л ллп
----- - - » -----. -..... - - * «г| •• V f, ^ лЛ» Ш. шимм л Л Л ivuii WUU 1 i «- ч_/ М-« V 111IV I <»- | / I I ч ' д V» 4 •
стойкости пластин с ИА и без упрочнения) бьш равен 3,0 и 2,7 при толщинах азотированного слоя соответственно 25 и 30 мкм При снижении толщины
34 Вестник Ул1 ТУ 3/99
азотированного слоя до 15 мкм и увеличении ее до 40 мкм износ пластин возрастал Аналогичные данные получены и при точении ппастинами Р6М5К5 Температура процесса ионного азотирования на установке Булат-ЗТ не должна превышать (300 - 350) °С, а давление в камере установки - 1-Ю"3 Па.
При сверлении отверстий в заготовках из стали 12Х18НЮТ и сплава ВТ22 толщина азотированного слоя, обеспечивающая максиматьное повышение peжvщиx свойств сверл, находится в пределах (5-10) мкм. При этом Кх пои сверлении отвеостий в заготовках из стали 12X18H1GT был равен 1,6 - 1,7, из сплава ВТ22 - 1,5 - 1,6. При фрезеровании заготовок из стати 30ХГСА оптимальная толщина азотированного слоя составляег (12-20) мкм. Изменение толщины слоя в ту или иную сторону ведет к увеличению относительного износа фрез.
В шяние комбинированной упрочняющей обработки на работоспособность быстрорежущего инструмента исследовати при токарной обработке заготовок из сталей 30ХГСА и 12Х18Н10Т и титанового сплава ВТ22 и сверлении в них отверстии. Предварительно определяли оптимальное соотношение тодтцин износостойкого покрытия и азотированного слоя при комбинированной упрочняющей обработке. Толщиной азотированного слоя варьировали б
f С W « Л Г О Т 7
пределах - ¿j) мкм, то тщинои покрыта - or до й мкм. установлено, что при токарной обработке пластинами с покрытием TiN изменение толщины азотированного слоя с 5 до 25 мкм не приводит к существенному повышению периода сгойкоети РИ. Огсюда следует, что дая пластин, иодвергае1лых комбинированной упрочняющей обработке, толщин- азотированного слоя можно снизить до (5 - 15) мкм по сравнению с традиционной технологией. Толщину износостойкого покрытия при комбинированной упрочняющей обработке следует увеличить до 8 м*м по сравнению с (5 - 6) мкм при традици-
ТЛ.^.Л *» ■ 1.1 МГ»Т1ЛЛЛ» ■ Г ■ г Г~ Ч^МнтХ
опг.уп к \nn uii и« Рапч.- urn nuiv ч>11 «аИ.
При сверлении и фрезеровании оптимальные толщины азотированного слоя и износостойкого покрытия оказглись на уровне, характерном для традиционной технологии ионного азотирования и нанесения погерыгай.
Для опенки эффективности комбинированной упрочняюшей обработки исследова-ш работоспособность быстрорежущего инстр^ента при токарной обработке, сверлении отверстий и фрезеровании заготовок из сталей ЗОХГСА и 12Xl8H10T в широком диапазоне изменения режимов резания.
Установлено, что применение комбинилованной упрочняюшей обработки приводи! к новь-тению периода стойкости быстрорежущего инстру-
■ ГЙ1 ITlrt rrrt nrinnilAI n IT f I <-. r I ■■ «Ж Г» Я ПТ!"*.« ■ Ш .. ттптмчт ^TTCI m Я П . Ч.Т ТТ»"» ."1 - Г .
UA 11U IK J' U1 Ши ЛМ О UUlV^lllllUVlM J > ijj . Ч 'IUUUU>1 v U(ja
богке коэффициент Кт был равен 1.6 - 2,2 в зависимости от режима резания и материала заготовки: при сверлснии и фрезеровании он оказался несколько
Вестник Ул1 ТУ 3/99 35
ниже - 1,2-1,6. Таким образом, подтверждено высказанное положение о повышении сопротивляемости режущего клина инструмента упругим и пластическим деформациям под действием термомеханических нагрузок при наличии под покрытием азотированного слоя.
Исследовано также влияние переточки на период стойкости РИ, подвергнутого ионному азотированию и комбинированной упрочняющей обработке Установлено, что переточка по какой-либо из поверхностей приводит к снижению периода стойкости инструмента. При этом в большей степени снижается период стойкости РИ при переточке по его задней поверхности При переточке по пере,дней поверхности наличие защитного слоя на задней .рани сдерживает развитие (Ьаски износа в направлении от режущей кромки Кроме того, отсутствие покрытия или азотированного слоя на передней поверхности РИ ведет к образованию лунки и увеличению переднего угла, что способствует облегчению процесса резания.
Проведенные лабораторные и производственные испытания показали, что применение комбинированной упрочняющей обработки обеспечивает повышение периода стойкости РИ в 1,2 - 2,5 раза по сравнению с инструментом, имеющим покрытие Т1ТМ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Табаков В.П Повышение эффективности режущего инструмента путем направленного изменения параметров структуры и свойств материала износостойкою покрытая: Дис... д-ра техн. наук. Ульудовск, 1992 605 с
2. Т абаков Б.П. Применение покрытий на основе капбоничрида титана дня повышения стойкости режущего инструмента // Станки и инетрумен 1991 № 11 С 18-1^
Таоаков Владимир Петрович, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой «Металворатсуирке станки и инструменты» Уя1 ТУ окончил Ульяновский политехническии институт. Имеет моногоафии и ститьи в об-гасти упрочняющих технологий, обеспечивающих повышение работоспособности режущих инструментов.
Годионивскии Агексйндр Юрьевич, аспирант той же кафедры, окончил Ульяновский госупарствечньш технический )>ниверс"тет. Занимается вопросами повышения работоспособности режущих инструментов.
36 Вестни* У тГТУ 3/99
