WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Тихонов Денис Александрович

ПОВЫШЕНИЕ СТОЙКОСТИ РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ

С ИЗНОСОСТОЙКИМ ПОКРЫТИЕМ ПУТЕМ ОТДЕЛОЧНО-УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ ИХ РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ АЛМАЗНЫМ ВЫГЛАЖИВАНИЕМ

Специальность 05.03.01 – Технологии и оборудование механической

и физико-технической обработки

АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Саратов 2009

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении

высшего профессионального образования

«Саратовский государственный технический университет»

Научный руководитель

- доктор технических наук, профессор

Барац Яков Ильич

Официальные оппоненты

- доктор технических наук, профессор Мартынов Владимир Васильевич

- кандидат технических наук

Тародей Владимир Александрович

Ведущая организация

- ОАО ЭОКБ «СИГНАЛ» им. А.И. Глухарева

Защита состоится 1 июля 2009 г. в 12.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.02 при Саратовском государственном техническом университете по адресу: 410054, Саратов, ул. Политехническая, 77, корп.1, ауд. 414.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Саратовского государственного технического университета.

Автореферат разослан « 29 » мая 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета А.А. Игнатьев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Повышение стойкости и прочности режущих инструментов, которые в значительной степени определяются физико-механическими свойствами рабочих поверхностей, всегда является актуальной задачей, поскольку они определяют производительность механической обработки, точность размеров и геометрической формы обрабатываемых изделий.

Для повышения стойкости режущих инструментов из инструментальных сталей широкое распространение получил метод нанесения ионно-плазменных покрытий нитридов переходных металлов, в частности тонкие пленочные титано-нитридные (TiN) покрытия, обладающие своеобразными механическими и физическими свойствами (высокая твердость, абразивная стойкость, тугоплавкость и т.д.), нанесенные на рабочую поверхность режущего инструмента, значительно увеличивают его стойкость. Вместе с тем при нанесении покрытия существенным изменениям подвергается исходная шероховатость поверхности. Прочность напыленных покрытий на порядок ниже прочности соответствующих металлов, что объясняется пониженной плотностью и высокой пористостью нанесенного слоя. Вследствие больших растягивающих напряжений покрытия склонны к самопроизвольному отслаиванию, что в комплексе отрицательно сказывается на эффективности работы износостойкого слоя и на стойкости режущего инструмента.

Одним из наиболее эффективных методов снижения шероховатости и повышения плотности поверхностного слоя является обработка поверхностно- пластическим деформированием (ППД) и, в частности, процесс алмазного выглаживания (АВ). Применение АВ в качестве финишной обработки рабочих поверхностей режущих инструментов позволит снизить шероховатость исходной поверхности, повысить прочность поверхностного слоя за счет повышения плотности и снижения пористости износостойкого покрытия, а также создать сжимающие остаточные напряжения, что приводит к повышению стойкости круглых резцов в 2,5 раза.

Исследования алмазного выглаживания металлопокрытий проводились Л.А. Хворостухиным и Я.К. Яценко, но в данных работах не рассмотрен вопрос обработки рабочих поверхностей режущих инструментов с ионно-плазменным титано-нитридным покрытием и, в частности, тепловой напряженности процесса, определяющей производительность.

Поэтому разработка и исследование процесса алмазного выглаживания, обеспечивающего повышение стойкости и качества, является актуальной задачей, как для теории, так и для практики этого процесса.

Методы и средства исследований. Теоретические исследования процесса выполнены с использованием научных основ технологии машиностроения, теплофизики, теории пластической деформации, теории вероятности, методов планирования экспериментов, методов моделирования на ЭВМ. Экспериментальные исследования выполнялись с использованием аппаратуры: профилографа-профилометра «Калибр», дифрактометра Дрон-3, микротвердомера ПМТ-3, аналого-цифрового преобразователя LA2-14USB2.0.

Цель работы повышение стойкости металлорежущих инструментов из инструментальных сталей с титано-нитридным покрытием путем отделочно-упрочняющей обработки их рабочих поверхностей алмазным выглаживанием.

Научная новизна работы:

  • на основании анализа закономерностей формирования поверхности и упрочнения износостойкого слоя разработан технологический процесс алмазного выглаживания инструментов с износостойким покрытием, обеспечивающий повышение стойкости круглых резцов за счет высокой степени отделки и упрочнения их рабочих поверхностей;
  • получена математическая модель тепловой напряженности процесса от параметров алмазного выглаживания, адекватно отражающая реальные условия обработки;
  • разработана методика экспериментального исследования теплового поля при алмазном выглаживании, которая позволила измерить температуру непосредственно в зоне контактирования алмазного инструмента с изделием;
  • разработана математическая модель многопараметрической оптимизации режимов упрочнения по комплексному критерию качества, учитывающая основные технические ограничения при обработке инструментальных сталей с TiN покрытием алмазным выглаживанием.

Практическая ценность и реализация результатов работы:

  • разработан станок-полуавтомат для заточки и доводки алмазного выглаживающего инструмента, который позволяет придавать алмазному инструменту сферическую, цилиндрическую и тороидальную форму рабочей поверхности;
  • в результате теоретических и экспериментальных исследований процесса АВ металлорежущих инструментов с TiN покрытием выявлено снижение интенсивности износа круглых резцов на 25-35%;
  • разработана программа многопараметрической оптимизации технологических параметров процесса на ЭВМ с использованием программного продукта Excel на языке программирования VBA;
  • предложен технологический процесс обработки АВ инструментов с износостойким покрытием, который внедрен на ООО «Ремонт и модернизация станков» (г. Энгельс), при нарезании ходовых винтов металлорежущего оборудования круглыми резцами с титано-нитридным покрытием, упрочненных алмазным выглаживанием, что подтверждается актом внедрения.

Апробация работы. Основные научные положения диссертации опубликованы в материалах Международной научно-технической конференции «Теплофизические и технологические аспекты управления качеством в машиностроении» (Тольятти, 2005); на конференциях молодых ученых СГТУ «Молодые ученые – науке и производству» (Саратов, 2007-2008); на II Международной научно-технической конференции «Теплофизические и техно-логические аспекты управления качеством в машиностроении» (Тольятти, 2008).

Основные научные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на ежегодных научно-технических конференциях в Технологическом институте СГТУ в 2005-2008 г. и на кафедре «Конструирование и компьютерное моделирование технологического оборудования в машино- и приборостроении» СГТУ в 2009 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 4 работы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 149 страницах машинописного текста, содержит 72 рисунка и 17 таблиц. Она состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы из 103 наименований и приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и научная новизна, решаемые задачи, представлены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ современного состояния технологии финишной обработки АВ изделий с покрытием и отмечена перспективность его применения. Рассмотрены перспективные методы комбинированного упрочнения поверхностного слоя с износостойким покрытием, а также методы нанесения и основные характеристики износостойких покрытий. Указаны преимущества и недостатки.

Приведенный обзор исследований в области процессов отделочно-упрочняющей обработки алмазным выглаживанием Папшева Д.Д., Кудрявцева И.В., Шнейдера Ю.Г., Бараца Я.И., Торбило В.М., Смелянского В.М., Хворостухин Л. А., Яценко В.К. и других авторов показал, что исключительные эксплуатационные свойства изделий при обработке алмазным выглаживанием, достигаются высоким качеством обработанной поверхности, повышенной опорной способностью за счет округлой формы микронеровностей, упрочнением поверхностного слоя и образованием в нем сжимающих остаточных напряжений. Также ими отмечается, что алмазное выглаживание является эффективным высокопроизводительным методом обработки деталей и режущего инструмента. В рассмотренных работах не приводятся сведения об обработке рабочих поверхностей режущих инструментов с износостойким покрытием данным способом.

Для более широкого использования процесса алмазного выглаживания инструментов с покрытием необходимы теоретические и экспериментальные исследования влияния режимов и параметров данного процесса на качество и стойкость режущего инструмента с износостойким покрытием. С учетом вышеизложенных положений сформулированы основные задачи исследования:

  1. Исследовать возможность ведения поверхностно-пластического деформирования инструментов с титано-нитридным покрытием и влияние режимов и параметров алмазного выглаживания на качество обработки.
  2. Исследовать влияние тепловой напряженности алмазного выглаживания на процесс поверхностно-пластического деформирования.
  3. Разработать методику экспериментального исследования процесса ППД инструментов с покрытием.
  4. Исследовать эксплуатационные свойства режущих инструментов с TiN покрытием после отделочно-упрочняющей обработки их рабочих поверхностей.
  5. Разработать математическую модель оптимальных режимов обработки поверхностно-пластическим деформированием.

Во второй главе приводятся методика и экспериментальные исследования качества отделочно-упрочняющей обработки инструментальных сталей c TiN покрытием алмазным выглаживанием.

В методике проводимых экспериментальных исследований описаны объекты и средства исследования, методика измерений и обработки экспериментальных данных.

Для исследования применялись круглые резцы диаметром 50 мм из быстрорежущей стали марок Р18, Р9М5 (НRС 64….66) c износостойким TiN покрытием с исходной шероховатостью 0,38 мкм по шкале Ra.

Обработка образцов проводилась на токарном станке модели 16К20М алмазным выглаживающим инструментом (АВИ) с радиусом рабочей поверхности 1,0; 1,5 и 2,0 мм. В качестве смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) использовалось масло «Индустриальное 20». Шероховатость исходной и упрочненной поверхности измерялась на профилографе-профилометре завода «Калибр». Обработка рабочих поверхностей образцов производилась с помощью специального приспособления, позволяющего вести АВ цилиндрических и фасонных поверхностей с постоянным значением радиальной силы. Исследование поверхности после выглаживания алмазными инструментами показало, что быстрорежущие стали, закаленные до высокой твердости с TiN покрытием, хорошо поддаются поверхностному пластическому деформированию, снижается пористость покрытия, шероховатость поверхности, упрочняется поверхностный слой, возникают сжимающие остаточные напряжения.

На рис.1 приведена профилограмма шероховатости обработанной и исходной поверхностей образцов с TiN покрытием. На профилограмме отчетливо видны, исходные шероховатости (участок 1), участок поверхности после алмазного выглаживания (участок 2) и переходная зона от исходной поверхности до поверхности после выглаживания (участок 3).

Рис 1. Профилограммы поверхностей образцов с TiN покрытием, обработанных алмазным выглаживанием:

1 – исходная поверхность до алмазного выглаживания; 2 – поверхность после алмазного выглаживания; 3 – переходный участок

Зависимость высоты микронеровностей от радиальной силы приведены на рис. 2. Как видно из графика, значительное снижение исходной шероховатости (0,4 мкм) достигается при радиальной силе 160-200 Н.

Большое влияние на снижение шероховатости обрабатываемой поверхности оказывает величина подачи (рис. 3.). При значении подачи 0,2 мм/об достигается наибольшее снижение шероховатости. Дальнейшее снижение величины подачи не оказывает влияния на шероховатость.

Исследования микротвердости показывают, что наибольшее упрочнение достигается на поверхности образцов. По мере удаления от поверхности значение микротвердости снижается.

Рис. 2. Зависимость высоты микронеровностей Ra от радиальной силы Рy (R=1 мм; S= 0,05 мм/об): 1 – для стали Р18 с покрытием TiN; 2 – для стали Р6М5 с покрытием TiN

Рис. 3. Зависимость высоты микронеровностей Ra от подачи S (сталь Р18 с TiN покрытием: R=1 мм; Рy=180 Н; V=20 м/мин исходная шероховатость Ra=0,38 мкм)



Рис. 4 Влияние радиальной силы Рy на микротвердость Н на расстоянии от поверхности z при алмазном выглаживании стали Р18 с покрытием TiN (V= 20 м/мин; Ѕ= 0,05 мм/об; R =1 мм): 1 – исходный не упрочненный образец; 2 – упрочненный с Рy=50 Н; 3 – упрочненный с Рy=100 Н; 4–упрочненный с Рy=175 Н; 5 – упрочненный с Рy=225 Н; 6 – упрочненный с Рy=275 Н.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»