WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |


Измерение микротвердости производилось на приборе ПМТ-3. Как видно из рис. 4, после достижения наибольшей микротвердости способность поверхностных слоев к упрочнению исчерпывается. Дальнейшее упрочнение с увеличением радиального усилия происходит за счет повышения твердости нижележащих слоев металла.

В результате алмазного выглажи-вания инструментальной стали с TiN покрытием в поверхностном слое возникают остаточные напряжения. Как известно, знак и величина остаточных напряжений оказывают существенное влияние на эксплуатационные свойства изделий. Измерение уровня остаточных напряжений на поверхности проводи-лись на дифрактометре Дрон-3. Для определения остаточных напряжений и характера изменения их в поверхностном слое изделия использован метод, описанный Миркиным Л. И.

В результате исследования остаточных напряжений получен график изменения остаточных напряжений от радиальной силы P для разных фаз, представленный на рис. 5, приведены изменения уровня остаточных напряжений на поверхности покрытия и поверхности подложки. Характер и динамика изменения остаточных напряжений дают возможность говорить о росте сжимающих остаточных напряжений на поверхности подложки и снижении уровня растягивающих напряжений на поверхности износостойкого TiN покрытия.

Пористость покрытий – один из самых серьезных недостатков, ухудшающих свойства износостойких покрытий, поэтому очень важно исследовать пористость покрытия до и после финишной обработки алмазным выглаживанием.

Рис 5. График зависимости остаточных напряжений на поверхности от радиальной силы Р: 1) для фазы TiN; 2) для фазы -Fe; 3) для фазы Ti2N

Применяемые в настоящее время методы выявления пор заключается в использовании реагентов, дающих окрашенные соединения с ионами основного металла или металла подслоя., мПа

Пористость покрытия до и после выглаживания измерялись по специальной методике, в соответствии с которой образцы, смоченные раствором, выдерживали 5 мин при температуре 18-30 С, после чего на исследуемой поверхности с помощью микроскопа подсчитывали число окрашенных точек, которое соответствовало числу пор в покрытии на данном участке. По результатам подсчета пор рассчитывалось среднее число пор на единицу поверхности.

Рис. 6. Зависимость пористости TiN покрытия N от радиального усилия Р

Зависимость пористости в едини-цах Nмм-2 от радиальной силы показана на рис. 6. Как видно из рисунка, наибольшее снижение пористости соответствует таким значениям ради-альной силы, при которых достигается наименьшая шероховатость. На рис. 7 приведены фотографии характерных участков поверхности образца х300.

Алмазное выглаживание зака-ленной до высокой твердости быстрорежущей стали с износостойким покрытием TiN позволяет существенно повысить качество обрабатываемой поверхности: снизить шероховатость с 1,48 до 0,24 мкм по шкале Rz и придать округлую форму поперечного профиля микронеровностей; упрочнить поверхностный слой, покрытие до 2000, основа Р18 до 1450 и в нем возникают сжимающие остаточные напряжения; снизить пористость покрытия и повысить его плотность.

1

2

3

Рис 7. Фотографии поверхности с различной пористостью на покрытии при АВ

с радиальной силой:

1 – исходное покрытие до обработки алмазным выглаживанием;

2 – пористость покрытия при Р=175Н;3 – пористость покрытия при Р=275Н

Третья глава посвящена аналитическому исследованию тепловой напряженности процесса АВ детали с TiN покрытием, которое рассматривается как одно из технологических ограничений при расчете оптимальных режимов алмазного выглаживания.

Использование процессов ППД, особенно алмазными инструментами, показывает, что основные технологические характеристики качества, а также износостойкость инструментов зависят от тепловой напряженности в очаге деформации и контактных температур. Тепловой фактор является основной причиной снижения прочности и износоустойчивости АВИ и износостойкого покрытия, так как алмаз теряет свои свойства как инструментальный материал уже при температуре 700–800°С, а тонкое пленочное покрытие нитрида титана при температуре 550-600С. Поэтому тепловая напряженность процесса, с которой непосредственно связано формирование физико-механических свойств упрочненной поверхности, определяет и производительность обработки.

При аналитическом исследовании теплофизическая задача решалась методами источников тепла. Для этого определялось температурное поле в обрабатываемой детали, и температурное поле в инструменте. Температуры в общих точках контактирования изделия с инструментом сравнивались.

В результате аналитического исследования получены соотношения в виде равенства контактных температур в одноименной точке, но рассчитанные отдельно со стороны изделия и инструмента. Другое уравнение определялось в форме баланса между общим количеством теплоты, выделившимся в очаге деформации и количеством теплоты, расходуемой на нагрев детали и инструмента.

Для расчета температуры в центре контакта АВИ с изделием Я.И. Барац получена формула:

, (1)

где qи– мощность точечного источника, Дж/с; lи–коэффициент теплопроводности материала АВИ, Вт/м°°С; - коэффициент; kl, kb–коэффициенты характеризующие интенсивность тепловыделения.

Температурный режим в обрабатываемой детали для центральной части контакта в случае неустановившегося процесса:

, (2)

где q0 – максимальная интенсивность тепловыделения, Вт/м3; w – коэффициент температуропроводности, м2/с; t, tи – время обработки, с; сr – объемная теплоемкость, Дж/м3°°С; V – скорость быстродвижущегося точечного источника, м/с.

Поскольку для изделия теплоисточник является нормально-сферическим, то его общая тепловая мощность может быть представлена как

. (3)

Для инструмента источник является нормально-круговым и его тепловая мощность определится как

. (4)

Общая тепловая мощность процесса:

. (5)

Получено, соотношение для определения тангенциальной составляющей радиальной силы:

,

где - предел прочности материала на сдвиг; - отношение коэффициентов трения покрытия и основы; - коэффициент твердости обрабатываемого материала находится в диапазоне 0,45...0,55.

Известно, что радиус отпечатка при силовом взаимодействии двух сферических тел определяется по формуле:

,

где P – радиальная сила при обработке, Н; ru – радиус индентора, м; E1, E2 – модули упругости соответственно материала инструмента и материала обрабатываемой детали; 1,2 – коэффициенты Пуассона соответственно материалов инструмента и детали.

Система уравнений в балансовой задаче представлена соотношениями:

(6)

где ;.

В результате решения системы (6) было получено, что

;,

где:.

Результаты расчета выполнены численным методом Чебышева на языке программирования Турбо Бейсик. Анализ полученных зависимостей показывает, что при используемых на практике параметрах обработки ППД определяющее влияние на контактные температуры оказывают скорость обработки и коэффициент сосредоточенности источника теплоты: при увеличении скорости или коэффициента сосредоточенности температура резко возрастает (рис. 8). Увеличение радиальной силы при алмазном выглаживании также приводит к увеличению контактных температур (рис.9).

Несколько иная картина наблюдается при исследовании влияния различных условий на отток тепла в деталь: при увеличении коэффициента сосредоточенности отток тепла в деталь уменьшается, а при увеличении скорости – увеличивается (рис. 8). Рассмотрение процесса обработки во времени позволило установить, что на время стабилизации теплообмена влияет только скорость движения теплоисточника, а коэффициент сосредоточенности определяет лишь величину контактных температур. При этом время установившегося процесса не превышает 0,0008 с для скорости обработки 20 м/мин.

Рис. 8. Зависимость температуры в центре контакта Q от скорости источника

(сталь Р18 с покрытием TiN; R=1мм; P=175Н; S=0,05мм/об; k=8)

Рис 9. Зависимость максимальной температуры в контакте Q от радиальной силы Р (сталь Р18 с покрытием TiN R=1мм; V=100м/мин; S=0,05мм/об)

В ходе исследования была построена математическая модель процесса ППД, описывающая развитие тепловых явлений во времени, что позволило определить основные параметры теплосиловой обстановки контактной зоны в условиях нестационарного и стационарного теплообмена. Результаты исследования тепловой напряженности и баланса теплоты процесса позволили создать программу расчета на ЭВМ для основных теплофизических параметров обработки, что позволит упростить оптимизацию режимов технологического процесса ППД.

В четвертой главе приводится экспериментальное исследование тепловой напряженности процесса алмазного выглаживания круглых резцов с износостойким нитридным покрытием.

Реальные условия протекания процессов теплопроводности при обработке методами ППД протекают значительно сложнее. Поэтому необходимо провести экспериментальную проверку результатов теоретического исследования с целью проведения анализа адекватности математической модели реальным теплофизическим параметрам зоны обработки. При этом методика проведения эксперимента должна быть построена таким образом, чтобы учесть как можно больше различных факторов, влияющих на уровень контактных температур. Также необходимо принять во внимание, что наиболее важным параметром является максимальная температура в зоне контакта, следовательно проверку математической модели на соответствие реальному процессу следует выполнять именно по максимальной величине контактных температур.

Для нахождения максимальной температуры в контакте при обработке (АВ) круглого резца с износостойким покрытием был использован метод полуискусственной термопары.

Для реализации этой цели в условиях ППД был разработан новый способ градуировки полуискусственной микротермопары, при котором зависимость термо-ЭДС от температуры ее горячего спая определялась непосредственно в процессе упрочняющей обработки путем сопоставления термо-ЭДС зарегистрированной микротермопарой изделие-электрод и средней термо-ЭДС в контакте, измеренной термопарой изделие-АВИ (рис.10). Приведена методика динамической градуировки полуискусственной микротермопары.

Рис 10. Схема к расчету данных для градуировки полуискусственной термопары

а

б

Рис 11. Зависимость максимальной температуры в контакте при отделочно-упрочняющей обработке быстрорежущей стали с TiN покрытием алмазным выглаживанием: а – от радиального усилия Р (R=1 мм; V=100 м/мин; S=0,05 мм/об); б – от скорости главного движения (Р=175 Н; S=0,05 мм/об; R=1 мм)

Зависимость максимальной температуры на поверхности соприкосновения инструмента с изделием для различных условий отделочно-упрочняющей обработки показана графиками на рис. 11. На графике приведены контактные температуры, полученные в результате обработки экспериментальных данных при соответствующих режимах ППД. Проведенные исследования позволили определить величину максимальных контактных температур и характер их изменения в зависимости от скорости обработки и радиальной силы Р. При этом доверительный интервал экспериментального определения температур составил ±20°С с надежностью p=0,95.

Сравнительный анализ теоретических и экспериментальных данных показал, что их максимальное отличие составляет не более 10%. Следует отметить хорошее качественное совпадение результатов, поскольку графики на (рис. 11,б) эквидистантны друг другу во всем диапазоне изменения радиальной силы. Кроме того, новая математическая модель процесса ППД хорошо согласуется с экспериментальными исследованиями температуры в зоне контакта инструмента и детали, проведенными другими авторами.

В пятой главе содержит методику и расчет оптимальных режимов обработки алмазным выглаживанием круглых резцов с износостойким покрытием. Приведены исследования стойкости упрочненных круглых резцов с титано-нитридным покрытием по критерию износостойкости, а также даны рекомендации по расширению практического использования данного способа обработки.

На основе данных, полученных при аналитическом и экспериментальном исследовании тепловой напряженности процесса и экспериментального исследования качества обработки, предложена модель многокритериальной оптимизации режимов упрочнения по комплексному критерию качества алмазного выглаживания рабочих поверхностей круглых резцов с износостойким TiN покрытием. Многокритериальная оптимизация дает возможность оптимизации одновременно по нескольким показателям (шероховатости, степени упрочнения, остаточным напряжениям, производительности, технологической себестоимости и др.), что повышает эффективность обработки ППД алмазным выглаживанием.

Комплексный критерий запишется в виде:

(7)

где - параметры весомости, причем

Числовое значение параметров весомости определялись по следующим формулам:

, (8)

Относительные единичные показатели качества определялись из условия, что их изменение по i-свойству при изменении абсолютного значения показателя pi пропорционально его отклонению от эталонно­го (базового) значения piб и рассчитывались по формуле:

(9)

На управляющие параметры накладываются параметрические огра­ничения типа

. (11)

Кроме того, на единичные показатели качества дополнительно на­кладываются функциональные ограничения:

, (12)

где - допускаемые значения единичных показателей качества поверхностного слоя.

Pages:     | 1 || 3 |






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