|
E. V. Egorycheva
ON THE INFLUENCE OF PRE-HARDENING ON TOOL OPERABILITY ON
THE PERFORMANCE OF THE TOOL
Keywords:
cutting tool, wear process, tool hardening, dislocation structure.
Abstract:
Тhe article considers the mechanism of influence of pre-hardening methods on the
performance of cutting tools. The questions of transformation of the dislocation structure occurring
in the contact layers of the tool during cutting are considered.
В современных условиях необходимым условием успешной деятельности ма-
шиностроительных предприятий является интенсификация механической обработки,
одним из факторов которой является работоспособностью режущего инструмента.
Поэтому повышение ресурса работы инструмента – важное условие функционирова-
ния машиностроительного производства.
Одним из основных и наиболее распространенных путей повышения работо-
способности режущего инструмента является модифицирование его рабочих поверх-
ностей или нанесение на них защитных покрытий разными методами предваритель-
ного упрочнения [1]. В современном машиностроении существует много методов
предварительного упрочнения инструмента с целью повышения его износостойкости.
©
97
Егорычева Е. В., 2020
Проблемы износа в машинах и механизмах
________________________________________________________________________________
353
Однако многие из них не являются универсальными и раскрывают свои потенциаль-
ные возможности лишь в конкретных, иногда очень узких, условиях резания. Сфор-
мулировать научный подход к назначению метода упрочнения инструмента, работа-
ющего в определенных условиях резания, возможно путем разработки научно обос-
нованного механизма влияния методов предварительного упрочнения на работоспо-
собность режущего инструмента.
Установлено, что защитный или упрочненный слой присутствует на рабочих
поверхностях лишь в начальный период резания. Время существования защитного
слоя до его разрушения при резании составляет всего 3…7% от периода стойкости
упрочненного инструмента из быстрорежущей стали [1]. Однако проведение предва-
рительного упрочнения позволяет значительно повысить период стойкости инстру-
мента.
В данной работе рассматривается механизм влияния методов предварительного
упрочнения на работоспособность режущего инструмента. Исследования проводи-
лись при точении стали 45 пластинами из быстрорежущих сталей в диапазоне скоро-
стей 10…60 м/мин. В процессе резания применялся инструмент с предварительным
упрочнением методами магнито-импульсной обработки, имплантацией ионов Тi, Аl, а
также с предварительным нанесением нитридотитанового покрытия. Упрочненный
режущий инструмент представляет собой комплекс, на работоспособность которого
влияют многие факторы. Инструментальная основа является важной составляющей
этого комплекса и играет большую роль в обеспечении износоустойчивости упроч-
ненного инструмента. Проведенные исследования свидетельствуют о значительном
влиянии инструментальной основы на работоспособность упрочненного режущего
инструмента и эффективность методов предварительного упрочнения [2].
Все многообразие технологических приемов упрочнения с энергетической точ-
ки зрения можно свести к процессу формирования на рабочих поверхностях контакт-
ных слоев с повышенным значением химического потенциала, который, как и уро-
вень внутренней энергии, связан с ростом плотности дислокаций. Влияние предвари-
тельного упрочнения на изменение плотности дислокаций в контактных слоях ин-
струмента как после упрочнения, так и в течение периода стойкости при резании,
изучалось с помощью рентгеноструктурного анализа. Рабочие поверхности инстру-
мента после изготовления обладают определенной плотностью дислокаций. После
упрочнения, независимо от применяемого метода, плотность дислокаций на рабочих
поверхностях инструмента повышается. При нанесении нитридотитанового покрытия
плотность дислокаций уменьшается на поверхности самого покрытия, но в подпо-
верхностных слоях инструментальной основы, непосредственно прилегающих к по-
крытию, наблюдается повышенное ее значение по сравнению, как с самим покрыти-
ем, так и с инструментом-эталоном.
Анализ зависимости изменения плотности дислокаций в контактных слоях ин-
струментальной основы упрочненного инструмента от степени изнашивания показал,
что в начальный момент резания происходит монотонное повышение плотности ли-
нейных дефектов. Затем при достижении определенной величины ее рост прекраща-
ется и в дальнейшем она остается практически неизмененной (рис.1).
С увеличением скорости резания, как и при резании неупрочненным инстру-
ментом, плотность дислокаций в приконтактных слоях основы упрочненного инстру-
мента уменьшается и ее минимальное значение наблюдается при максимальной ско-
рости резания. Электронно-микроскопические исследования показали, что в процессе
НАДЕЖНОСТЬ И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ МАШИН И МЕХАНИЗМОВ
________________________________________________________________________________
354
упрочнения на рабочих поверхностях происходит группирование дислокаций в скоп-
лениях и формирование малоугловых границ.
Рис.1.
Зависимость плотности дислокаций ρ в поверхностном слое инструмента
с упрочнением от фаски износа по задней поверхности h
3
при обработке стали 40Х:
1 – Р6М5 + коронный заряд; 2 – Р6М5 + имп. Ti; 3 – Р6М5 + приработка+ импл. Ti
В процессе резания за период приработки, как и в случае использования не-
упрочненного инструмента, на контактных поверхностях образуется фрагментиро-
ванная структура с высокоугловыми границами, которая наблюдается в момент до-
стижения максимальной плотности дислокаций и затем присутствует в течение всего
периода изнашивания.
В период образования данной дислокационной структуры на контактных по-
верхностях инструмента наблюдается минимальная интенсивность его изнашивания,
как и в случае резания неупрочненным инструментом из быстрорежущей стали. С
увеличением скорости резания в инструментальной основе наблюдается лишь ча-
стичное образование высокоугловой фрагментированной структуры. На высоких ско-
ростях резания данная структура не образуется. В этом случае отказ инструмента
наступает вследствие пластического разрушения режущего клина.
На основании полученных экспериментальных данных был разработан меха-
низм влияния методов предварительного упрочнения на работоспособность инстру-
мента из быстрорежущей стали, зависящей от скорости резания. Износостойкость
упрочненного инструмента определяется способностью приконтактных слоев ин-
струментальной основы сопротивляться процессам изнашивания и разрушения при
резании. Энергетическое воздействие, производимое при упрочнении или нанесении
покрытий, приводит к формированию в поверхностных слоях инструментальной ос-
новы дислокационных структур более высокого типа по сравнению с хаотически рас-
пределенными скоплениями.
Поэтому при резании на низких и средних скоростях, процесс образования из-
носостойкой дислокационной структуры – фрагментированной структуры с высоко-
угловыми границами межзеренного типа – в период приработки, ускоряется. Это
происходит вследствие того что эволюция происходит не от хаотически распределен-
ных дислокационных скоплений, а от определенных дислокационных структур,
сформировавшихся в поверхностных слоях инструментальной основы в процессе
упрочнения, до резания [3].
Следовательно, методы предварительного упрочнения позволяют «перешаг-
нуть» некоторые этапы в формировании высокоугловой фрагментированной структу-
Do'stlaringiz bilan baham: |
