Влияние химико-термической обработки и поверхностных покрытий на работоспособность быстрорежущих осевых инструментов

Язык труда и переводы:
УДК:
621.9.02
Дата публикации:
17 мая 2022, 17:31
Категория:
Материаловедение и новые материалы в машиностроении
Авторы
Аннотация:
Представлены результаты исследований влияния химико-термической обработки и поверхностных покрытий на изнашивание быстрорежущих осевых инструментов. Выполнены испытания партий инструментов объемом 25…30 шт. в производственных условиях. Статистический анализ экспериментальных данных позволяет обосновать основные виды износа, установить влияние указанных методов на скорость изнашивания, динамические показатели и термоЭДС.
Ключевые слова:
осевой инструмент, упрочнение, износ, момент, силы резания, термоЭДС
Основной текст труда

Осевые режущие инструменты, к которым относятся сверла, зенкеры, развертки, метчики и ряд других инструментов, широко используются во всех видах машиностроительного производства, в том числе в заготовительном. Повышение работоспособности этих инструментов является актуальной задачей, которая решается различными способами. С целью разработки общеинженерных рекомендаций и с учетом специфики осевых инструментов представлены результаты исследований влияния химико-термической обработки и поверхностных покрытий на эксплуатационные показатели быстрорежущих осевых инструментов. В связи с большой номенклатурой указанных методов применен обобщающий термин — «упрочненный инструмент», под которым понимаются любые улучшения эксплуатационных свойств поверхностей режущих частей инструментов.

На основе анализа отечественного и зарубежного опыта изучено влияние на эксплуатационные показатели инструментов из быстрорежущих сталей ряда широко распространенных и положительно зарекомендовавших себя при обработке конструкционных сталей упрочняющие технологии: карбонитрация, цианирование, ионное азотирование [1], лазерное упрочнение [2, 3], ионное плакирование TiN электроискровое легирование твердым сплавом, обработка паром. Регламенты технологических процессов нанесения покрытий соответствовали техническим условиям производителей и представленных в ряде литературных источников.

Для быстрорежущих инструментов осевого типа, упрочненного по различным технологиям, характерными видами износа являются адгезионный и абразивный износ и их сочетания. Проведенные испытания показали, что различные упрочняющие технологии не оказывают влияния на превалирующий вид износа.

Сравнительный анализ микрофотографий изношенных задних поверхностей сверл d=15,5 мм из Р6М5 при сверлении стали 45 HB195 с микрофотографиями, представленных в работе [4] показывает, что при одинаковых условиях эксплуатации для сверл, обработанных паром и методом лазерной закалки, преобладает абразивный износ. Для инструментов с ионным азотированием и прошедших карбонитрацию превалирующим является адгезионный износ.

Сравнительный анализ микрофотографий изношенных участков режущего инструмента, подвергнутого различным видам покрытий и упрочнений, показывает, что вид преобладающего износа при одинаковых условиях эксплуатации зависит от метода упрочнения. Для инструментов с одним упрочнением вид превалирующего износа зависит от параметров режима резания. Упрочняющие технологии влияют на скорость изнашивания и на величины приработочного износа hо и времени приработочного периода tо. Происходит некоторая стабилизация протекания процесса изнашивания инструмента, что находит отражение в снижении коэффициента вариации величин приработочного износа hо и времени приработки tо задних поверхностей сверл. Так, например, при сверлении стали 40Р сверлом d=27,5мм. коэффициент вариации приработочного износа hо изменяется от 0,38 для необработанного сверла до 0,26 после цианирования.

Статистическая проверка показывает, что в большинстве случаев упрочняющие технологии не изменяют статистически значимо среднеквадратического отклонения износа приработочного периода. Это свидетельствует о том, что качественно процессы приработки не изменяются. Значимое расхождение средних значений приработочного износа свидетельствует о количественных изменениях процесса приработки. В большинстве случаев коэффициент вариации приработочного износа varhо не превышает 0,3, что дает возможность сделать заключение о распределении величины приработочного износа по закону Гаусса.

Испытания партий инструментов показывают, что скорость изнашивания в пределах участка нормального изнашивания для одного типа упрочнения имеет рассеивание и согласуется с законом Гаусса. Результаты испытаний показывают, что при различных упрочняющих технологиях происходит статистически значимое уменьшение скорости изнашивания рабочих элементов инструмента.

Это относится к скоростям изнашивания задних поверхностей сверл, подвергнутых ионному азотированию, покрытию TiN, ленточек сверл, подвергнутых ионному азотированию и электроискровому легированию Т15К6, ленточек зенкеров при использовании всех испытанных технологий. Например, при обработке заготовок из стали 40Х зенкерами d=10,52 мм из Р6М5 скорость изнашивания ленточек изменилась в сравнении с исходным состоянием при ионном азотировании в 1,6, при ионном плакировании в 2, при карбонитрации в 3,5 раза.

Момент и силы резания, термоЭДС используются в качестве диагностического показателя при диагностике состояния инструментов во время резания [5]. Статистические исследования изменений моментов, осевых сил и термоЭДС резания при различных видах поверхностных упрочнений, выполненные на партиях сверл, зенкеров и разверток, показывают существенное влияние этих упрочнений на указанные показатели. Распределение сил, моментов и термоЭДС резания до и после упрочнения удовлетворительно согласуется с законом Гаусса. При этом средние значения и среднеквадратические отклонения этих показателей в результате проведения упрочнений могут оставаться без изменений или статистически значимо увеличиваться или уменьшаться.

Например, при сверлении ионное азотирование статистически значимо снижает средние значения Мкр и термоЭДС, не изменяя их среднеквадратических отклонений; ионное плакирование TiN статистически значимо снижает среднее значение термоЭДС, одновременно статистически значимо увеличивая среднее квадратическое отклонение Ро и Мкр. В случае зенкерования карбонитрация и ионное азотирование статистически значимо снижают средние значения физических параметров, а ионное плакирование статистически значимо увеличивает Мкр, изменений среднеквадратических отклонений физических показателей не наблюдается.

Среднеквадратическое отклонение как мера рассеивания значений термоЭДС позволяет судить о стабильности процесса, и несущественное расхождение дисперсий термоЭДС свидетельствует об отсутствии сильного влияния химического состава покрытия во многих случаях.

Заключение

  1. Сравнительный анализ микрофотографий изношенных участков показал, что для быстрорежущих инструментов с различными видами покрытий и упрочнений характерен абразивно-адгезионный износ. Вид преобладающего износа при одинаковых условиях эксплуатации зависит от метода упрочнения, в пределах одного упрочнения вид превалирующего износа зависит от параметров режима резания.
  2. К статистически значимому снижению скорости изнашивания при обработке углеродистых конструкционных сталей на режимах резания автоматизированного производства приводит ионное азотирование, лазерная закалка, цианирование, обработка паром, электроискровое легирование Т15К6, в некоторых случаях карбонитрация. Покрытие TiN не оказывает существенного влияния на скорость изнашивания. Указанные упрочнения снижают коэффициент вариации наработки и износа в сравнении с неупрочненным инструментом за исключением покрытия TiN и электроискрового легирования Т15К6.
  3. Упрочнения оказывают существенное и неоднозначное влияние на изменения моментов, сил и термоЭДС резания. Несущественное в большинстве случаев расхождение дисперсий физических параметров до и после упрочнения свидетельствует о качественном постоянстве контактных процессов в зоне резания. Существенное изменение средних значений физических показателей отражает количественные изменения на контактных поверхностях и, в частности, изменения скорости изнашивания без изменения механизма изнашивания.
Литература
  1. Лахтин Ю.М. Структура и прочность азотированных сплавов. Москва, Металлургия, 1982, 174 с.
  2. Леонтьев П.А., Хан М.Г., Чеканова И.Г. Лазерная поверхностная обработка металлов и сплавов. Москва, Металлургия, 1986, 43 с.
  3. Григорьянц А.Г., Сафонов А.Н. Методы поверхностной лазерной обработки. Москва, Высшая школа, 1987, 191 с.
  4. Лоладзе Т.Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента. Москва, Машиностроение,1982, 320 с.
  5. Синопальников В.А., Еременко И.В. Диагностика процесса резания и инструмента. Москва, Мосстанкин, 1991, 130 с.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.