книги из ГПНТБ / Гоголев, А. Я. Влияние антифрикционных покрытий на износ металлообрабатывающего инструмента

НОВОЧЕРКАССКИИ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИ СЕРГО ОРДЖОНИКИДЗЕ

А. Я. ГОГОЛЕВ

НА ИЗНОС МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ИНСТРУМЕНТА

Издательство Ростовского университета

1973

92 стр.

Приведенные в данной работе теоретические и экспериментальные ис­ следования основаны на механизме действия твердых слоистых смазок, способных противостоять высоким удельным нагрузкам, значительно сни­ зить коэффициент трения, а следовательно, и действие температурного фак­ тора. Основными эксплуатационными характеристиками твердых смазочных покрытий являются стойкость их к истиранию и антифрикционные свойст­ ва. Результатом является значительное повышение износостойкости ре­ жущих инструментов различных видов из быстрорежущей стали и твер­ дых сплавов.

Монография может быть полезна инженерам-технологам машино­ строительных предприятий и научным работникам, занимающимся вопро­ сами повышения стойкости металлообрабатывающего инструмента.

3—1—4

19—73М

(Б) Издательство Ростовского университета, 1973 г.

В В Е Д Е Н И Е

Основным рабочим процессом размерной обработки материалов до сегодняшнего дня является удаление слоя материала методом резания.

Повышение рабочих параметров машинного и другого оборудования, аппаратуры различного назначения требует применения высокопрочных, обладающих особыми физическими свойствами, жаростойких нержавею­ щих, немагнитных и других труднообрабатываемых материалов. Обработ­ ка таких материалов в обычных условиях приводит к снижению произво­ дительности труда.

Основной причиной снижения производительности является ограни­ чение увеличения режимов обработки вследствие недостаточной износо­ устойчивости инструмента.

С другой стороны, современная обработка характеризуется повышен­ ными скоростями, нагрузками и высокими температурами, вследствие чего увеличение производительности при резании многих материалов непосред­ ственно связано с проблемой повышения прочности и износостойкости ре­ жущего инструмента. Кроме того, актуальность этой проблемы обуслов­ ливается ростом автоматизации металлорежущих станков, требованиями резкого повышения точности и качества изготовляемых деталей машин, механизмов, что также требует введения усовершенствований в процесс обработки и создания износостойкого инструмента.

Применяемые для изготовления режущего инструмента материалы, такие, как быстрорежущие стали, твердые сплавы, дефицитны н дороги, а объем металлообработки в настоящее время велик и будет непрерывно

Эффективным способом повышения износостойкости деталей машин являются довольно широко распространенные в машиностроении различ­ ные методы поверхностного упрочнения и различные виды химико-терми­ ческой обработки. В последнее время значительное распространение полу­ чили износостойкие и антифрикционные покрытия, несколько меньшее при­ менение имеют процессы диффузионного насыщения и покрытий рабочих поверхностен деталей другими элементами — хромом, бором, крем­ нием и др.

Антифрикционные свойства различных материалов исследовались оте­ чественными II зарубежными учеными, Так, например, имеются данные исследовании по износу графита и дисульфида молибдена [1, 2, 3], хро­ мированных [4, 5], борированных образцов [6], деталей с химико-терми­ ческими покрытиями [4, 7], с покрытиями диселеиидами [8], имеются ука-

3

I. С П О С О Б Ы П О В Ы Ш Е Н И Я И З Н О С О С Т О Й К О С Т И М Е Т А Л Л О О Б Р А Б А Т Ы В А Ю Щ Е Г О И Н С Т Р У М Е Н Т А

Современные методы повышения износостойкости инструмента

Инструментальная промышленность выпускает большое коли­ чество различных режущих инструментов, поэтому повышение стойкостных характеристик их безусловно является одной из пер­ востепенных задач обработки металлов.

Проводимые в этой области исследования направлены в основ­ ном на увеличение износостойкости за счет создания новых инстру­ ментальных материалов [16, 46, 47, 48], усовершенствования мето­ дов их изготовления, улучшения качества рабочих поверхностей инструментов [37, 49, 50, 51, 52], усовершенствования конструкции и оптимизации геометрических параметров режущей части [37, 53], технологии напайки пластин, применения смазочно-охлаждающих жидкостей, применения ряда технологических мер, улучшающих условия резания [54, 55, 56, 57, 66], например, прерывистого реза­ ния, резания с подогревом, тонкораспыленного охлаждения и др.

В результате создания новых инструментальных материалов номенклатура их, количество форм и типоразмеров инструментов в течение последних лет значительно возросли. Продолжает увели­ чиваться количество марок быстрорежущих сталей, легированных кобальтом, молибденом, ванадием, например: Р9К.5, Р9К5Ф5, РКЮ,

ТТ7К12, ТТ8К20А,ТТ81\9Б,ТТ20К9 и др. У этих сплавов выше из­ носостойкость, повышенная прочность, и применяются они при ре­ зании труднообрабатываемых сталей, при прерывистом резании.

Твердые сплавы группы ВК, легированные танталом и ниобием, применяются при обработке жаропрочных материалов.

Испытания сплавов ВК8 и ВК.12 с содержанием 2—10% танта­ ла или ниобия показали, что скорость резания может быть повы­ шена в 1,5—3,5 раза [47]. При этом установлено, что карбиды тантала и ниобия в сплавах группы ВК повышают температуру разупрочнения твердого сплава, снижают коэффициент трения, за

G

счет чего и наблюдается повышение стойкости на 30—90%. Повы­ шенная стойкость твердых сплавов группы ТК, легированных кар­ бидами тантала и ниобия, объясняется их большей прочностью п износостойкостью, а по сравнению со сплавами группы ВК — боль­ шей износостойкостью при практически равной прочности.

Помимо мпиералокерамикн, в последние годы стали использо­ вать керметы, которые, кроме окиси алюминия, включают присадки металлов (вольфрама, молибдена, бора, титана и др.) в количест­ вах до 10%. Эти присадки уменьшают хрупкость, ио одновременно несколько понижают и износостойкость.

Вследствие того, что алмазы имеют небольшой коэффициент трения, слабую способность к адгезии с металлом, высокую тепло­ стойкость (до 1500°С), высокую износостойкость и обеспечивают получение у инструмента острой режущей кромки, применение их в металлообработке расширяется, особенно при изготовлении ин­ струментов для абразивной обработки.

Так как стойкость инструментов определяется сопротивлением износу его ра.бочих 'поверхностей, то повышение износоустойчивости рабочих поверхностей идет по трем направлениям: уменьшение ше­ роховатости поверхностей путем доводки, химико-термической об­ работки и покрытий другими металлами.

Износ инструментов в большой мере зависит от его геометри­ ческих параметров. Повышение стойкости за счет оптимизации гео­

более благоприятного изменения тепловых и механических нагру­ зок во времени, улучшения теплоотвода от режущих кромок, под­ вода смазочно-охлаждающей жидкости, обеспечения необходимой

7

рабочих поверхностях инструмента, тепловыделения и снижению силы резания [56].

В результате изучения действия водных растворов неорганиче­ ских веществ при резании установлено, что значительное повыше­ ние стойкости возможно в результате химического взаимодействия жидкости с обрабатываемым материалом и материалом инструмен­ та. Этим можно объяснить высокую стойкость при резании с 5%-ным раствором Ва(ОН)г и 5%-ным раствором нитрита натрия. Высокая эффективность образующихся химических пленок состоит в том, что решающая роль в химическом взаимодействии принад­ лежит обрабатываемому материалу, а не материалу инструмента. При резании с низкими скоростями защитное действие пленок фи­ зического и химического происхождения более заметно, чем при резании с высокими скоростями.

Применение нагрева при резании снижает сопротивление ме­ талла скалыванию и снижает работу пластической деформации, материал становится более пластичным, условия работы инстру­ мента улучшаются, стойкость увеличивается. Этот метод наиболее эффективен при обработке нержавеющих, жаропрочных, магнит­ ных и др. сплавов, закаленных до HRC 45—64. Для подогрева де­ талей применяют различные способы, в том числе электроконтакт­ ные, с использованием токов высокой частоты и др. Кроме повы­ шения стойкости терморезание улучшает качество поверхности, уменьшает шероховатость ее на 1—2 класса [46].

В процессе обработки металлическим инструментом в зоне кон­ такта между режущим инструментом и изделием вследствие высо­ кой контактной температуры возникают термотоки. Различные со­ четания материалов обрабатываемого изделия и режущего инстру­ мента, режимов обработки, а также трущиеся пары станка явля­ ются возбудителями т.э.д.с. в замкнутой цепи системы СПИД. Т.э.д.с. определенного направления способствует образованию налипов на режущей кромке и переносу частиц материала инстру­ мента на стружку и изделие, чем отрицательно влияет на .стой­ кость инструмента.

Исследования, проведенные В. А. Бобровским {46] при сверле­ нии, показали, что стойкость сверл может быть повышена в 1,5— 2 раза за счет разрыва цепи результирующего термотока, приме­ нения сверл с пластмассовым хвостовиком, электроизолирующего покрытия малой толщины и др.

Устранение вредного влияния вибраций при резании вследст­ вие появления низкочастотных колебаний от 20 до 500 гц, приво­ дящих к катастрофическому износу, возможно за счет применения установок, специально' вызывающих низкочастотные колебания на инструменте и изделии. Однако при резании возникают цикличе­ ские и модулированные колебания частотой 0,5—100 кгц, вызывае­ мые физическими свойствами обрабатываемого материала и ха-

8