WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |

Период монотонного износа контактных поверхностей резца характеризуется слабым увеличением радиуса округления режущей кромки до некоторого оптимального для данных условий резания и обрабатываемого древесного композита значений и постепенным (монотонным) ростом величины фаски износа на задней поверхности. Продолжительность этого периода зависит от интенсивности изнашивания инструментального материала и определяет показатель периода стойкости инструмента.

Выявлены механизмы изнашивания контактных поверхностей режущего клина, они различны, но действуют одновременно, взаимосвязаны и инициируют друг друга.

В основе механизмов изнашивания твердых сплавов на протяжении всего периода монотонного износа лежит механическое диспергирование связки, заключающееся в многократной пластической деформации тонких нагретых слоев кобальта, их дислокационном упрочнении, охрупчивании, разрушении и удалении из зоны резания продуктов разрушения (износа) в виде субмикроскопических частиц кобальта. Интенсивность диспергирования зависит от температуры поверхностности трения и, по мере износа цементирующей фазы, снижается, так как в работу вступают зерна карбида вольфрама, истирание которых ограничено вследствие их высокой твердости и износостойкости. На этом этапе изнашивания проявляется механизм изнашивания, связанный с «вымыванием» связки из межкарбидного пространства тонкодисперсными абразивными частицами и частицами древесной составляющей, который наиболее интенсивно происходит в твердых сплавах с высоким содержанием кобальта (10…15% Co), которые имеют большую толщину межкарбидной прослойки. При этом кобальт, либо удаляется из межзеренного пространства в виде тонкодисперсных частиц, либо под действием напряжений, создаваемых соседними частицами карбида вольфрама, предварительно "экструдирует" из области сжатия и, испытывая значительные многократные пластические деформации, подвергается истиранию и частично "наволакивается" на поверхность карбидных зерен. Зерна карбида вольфрама, которые ранее надежно удерживались связкой, по мере удаления кобальта приобретают большую подвижность и вследствие этого возрастает степень пластических деформаций цементирующей фазы. В условиях высокочастотного механического нагружения и термоциклирования (кобальт по сравнению с карбидом вольфрама имеет больший коэффициент линейного термического расширения) происходит развитие усталостных явлений в микрообласти межфазных границ, которое создает условия для «расшатывания» карбидных зерен и удаления их из связки.

Утверждается, что на развитие деформационных процессов огромное влияние оказывает теплота, локализованная в тонком поверхностном слое, которая размягчает связку и повышает её пластичность. Работу разрушения связки, находящейся в пластическом состоянии, наиболее активно могут выполнять дисперсные частицы матрицы (например, цементного геля, негидратированные зерна цементного клинкера) при резании древесно-минеральных материалов, а при резании древесно-полимерных материалов – частицы отверждённых синтетических смол.

В случае действия больших касательных напряжений в плоскости скольжения и достаточной толщины кобальтовой прослойки может происходить сдвиг монослоя карбидных зерен, отрыв их и удаление из зоны контакта (рис. 6). Траектория перемещения зерен представляет собой неглубокие риски и царапины шириной 8…15 мкм.

При высокой жесткости карбидного каркаса, характерного для низкокобальтовых твердых сплавов, когда соседние зерна создают «подпор» за счет малой толщины кобальтовой прослойки, процесс вырывания зерен носит локальный характер. В этом случае с поверхности трения удаляются как единичные зерна, так и целые микрообласти, затрагивающие более глубоколежащие слои, чему способствуют несовершенства структуры в виде пор, которые выполняют роль концентраторов напряжений и создают условия для разрушения. Поверхность износа при этом имеет равномерную шероховатость.

Исследованиями выявлены механизмы разрушения карбидной фазы, которые характерны для крупнозернистых сплавов. Разрушения могут носить объемный характер, охватывающий область целого зерна или его части, или поверхностный, происходящий в тонком поверхностном слое. Разрушению или растрескиванию зерна могут предшествовать пластические деформации, вызванные тепловыми явлениями, которые представляются в виде полос скольжения на его поверхности.

Чаще всего поверхностные разрушения носят избирательный характер и вызваны термомеханическими напряжениями, возникающими на части поверхности зерна вследствие действия "температурных вспышек".

В процессе резания механизмы изнашивания инструментального материала постоянно трансформируются, что связано с гетерогенностью их и влиянием уровня напряженного и теплофизического состояния микроконтактных поверхностей трения.

Исследованы механизмы изнашивания передней поверхности резца, которая испытывает ударное воздействие как отдельных абразивных частиц, так и входящих в состав стружки. На поверхности формируется своеобразный макрорельеф, присущий ударно-абразивному механизму изнашивания.

Рис. 6. Сдвиг монослоя зерен карбида вольфрама.

Твердый сплав H10F. х 4000

Рассмотрены особенности изнашивания поликристаллических алмазов, у которых интенсивность изнашивания по задней и передней поверхностям резца на начальном этапе пути резания практически одинакова. В основе механизмов изнашивания этих материалов на всех этапах пути резания лежат явления, связанные с микроразрушениями режущей кромки, которые вызваны недостаточной хрупкой прочностью острозаточенного лезвия и влиянием факторов, связанных с циклическим характером нагружения режущих элементов. Высокая формоустойчивость режущей кромки у алмазного инструмента достигается не только за счет исключительно высокой твердости алмазных зерен, хорошо противостоящих механическому истиранию в условиях абразивного износа, но и не менее важным – высокой теплопроводности ( = 134 Вт/(мК)), которая обеспечивает интенсивный отвод теплоты в тело резца и снижает теплонапряженность в области режущей кромки. В этом случае более низкий уровень термических напряжений (по сравнению с другими инструментальными материалами) снижает термоциклическую усталость в микрообласти режущего лезвия и, как результат, вероятность микроразрушений и сохраняет стабильность его геометрических параметров.

Отмечено, что снижению интенсивности тепловых потоков на контактных поверхностях резца из ПКА способствует более низкий коэффициент трения, влияние которого связано с уменьшением тепловыделения на поверхностях трения.

Микроструктура алмазных зерен по мере износа претерпевает ряд закономерных изменений. Решающее значение для снижения прочности ПКА имеет состояние, когда на поверхности образуются субмикротрещины, создающие ячеистую структуру, и микротрещины, приводящие к растрескиванию и появлению микросколов. Образование трещин на межфазных границах может быть действием одного или сразу нескольких механизмов терморазрушения: различием коэффициентов термического расширения алмазных кристаллитов и металлофазы, окислением меж- и внутрикристаллитных включений, окислением самих алмазных зерен, отчасти их пластической деформацией, а также микропор, образовавшихся на стадии спекания.

В шестой главе приводятся результаты экспериментальных исследований износостойкости режущих инструментов при обработке древесных композитов. В качестве оценочных показателей износа и затупления режущей части инструмента приняты: радиус округления режущей кромки , мкм; износ по передней поверхности Ап, мкм; износ по задней поверхности Аз, мкм.

Анализ результатов исследования показал, что основное влияние на износостойкость режущего инструмента оказывают физико-механические свойства составляющих древесных композитов и, главным образом, абразивосодержащая составляющая (клинкерные зерна цементного камня, отвержденные частицы полимерных матриц, а также минеральные частицы, попавшие в материал в виде загрязнения на стадии изготовления).

При обработке композиционных материалов на древесной основе износ режущей части резца происходит преимущественно по задней поверхности с образованием фаски износа, геометрические параметры которой определяют энергетические показатели процесса резания и качество обработанной поверхности.

Исследования показали, что зависимость параметров износа по задней поверхности резца Аз и радиуса округления режущей кромки от режимов резания имеют схожий характер для всех исследованных инструментальных материалов.

На начальном этапе пути резания микроразрушения на поверхности лезвия происходят при небольшом числе циклов нагружения режущей части и характеризуются отрывом наиболее крупных зерен карбидов вольфрама или их конгломератов. Поэтому интенсивность изнашивания в этот период очень высока и существенно зависит от среднего размера зерна карбидной фазы и состояния поверхностного слоя.

Установлено, что интенсивность изнашивания путем микроразрушений снижается по мере увеличения радиуса округления режущей кромки и фаски износа на задней поверхности резца. Это связано с разрушенем дефектного слоя и снижением уровня механических напряжений, вызванных концентраторами напряжений. При этом размеры отделяемых частиц инструментального материала на режущей кромке неуклонно уменьшаются и наступает период окончательное формирования параметров режущего лезвия, характеризуемое величиной радиуса округления.

Экспериментальным путем определялась продолжительность периода приработочного износа, которая для разных марок твердых сплавов неодинакова и зависела от физико-механических свойств, структурных особенностей твердого сплава и качества подготовки инструмента к работе. Фактический путь резания режущего лезвия резца при обработке кромки плиты составлял 800…1500 м и зависел от вида и плотности обрабатываемого композиционного материала. Завершающей стадией этого периода работы инструмента является снижение интенсивности изнашивания за счет микровыкрашиваний режущей кромки и стабилизация ее параметров на некотором уровне.

Период установившегося (монотонного) изнашивания характеризуется низкой интенсивностью, которая аппроксимируется линейной зависимостью, и зависит от множества факторов, главными из которых являются физико-механические свойства инструментального материала, геометрические параметры инструмента и режимы резания.

Отмечено, что в этот период параметр износа Аз превышает износ по передней поверхности в 1,5…1,7 раза. Интенсивность изнашивания резца по задней поверхности зависит от содержания кобальта, с уменьшением которого снижается и составляет для сплавов ВК8 и ВК6 2,56 ·10-2 мкм/м и 2,12·10-2 мкм/м соответственно.

Зависимость интенсивности износа твердых сплавов по передней поверхности от содержания кобальта носит более сложный характер. При увеличении содержания Со от 6 до 10% интенсивность изнашивания несколько снижается. В основе механизма изнашивания передней поверхности резца лежит ударно-абразивное изнашивание, механизм которого рассмотрен в главе 3.

Анализ результатов экспериментальных исследований влияния среднего размера зерна карбида вольфрама на износостойкость твердого сплава показал, что для обработки абразивосодержащих материалов (ЦСП, МДФ) наиболее эффективными являются сплавы с особомелкой и ультрадисперсной структурами карбидной фазы.

Наибольшую износостойкость при обработке древесных композитов показали мелкозернистые ПКА, превышающую стойкость твердых сплавов в 6...12 раз.

По результатам экспериментальных исследований износостойкости инструментальных материалов сделаны следующие выводы.

1. Характер износа резцов из различных марок твердого сплава одинаков. Период приработочного износа характеризуется явлениями хрупкого микровыкрашивания режущей кромки, а его продолжительность зависит от прочностных свойств инструментального материала и качества подготовки инструмента к работе. Период монотонного изнашивания, который аппроксимируется линейной зависимостью, определяет период стойкости инструмента. Продолжительность его зависит от физико-механических свойств инструментального и обрабатываемого материалов, геометрических параметров резца и режимов резания. Период интенсивного износа наступает вследствие действия усталостных процессов, завершающихся образованием микротрещин в поверхностном слое и сколов на рабочих поверхностях режущей части резца.

2. Износ резца при обработке композиционных материалов на древесной основе происходит преимущественно по задней поверхности с образованием фаски износа. Радиус округления режущей кромки растет наиболее интенсивно в период приработочного износа и затем стабилизируется на некотором уровне, имея слабую тенденцию к увеличению, т. е. имеет место явление “самозатачивания”, характерное для условий резания абразивосодержащих материалов.

3. Интенсивность изнашивания инструментальных материалов зависит от физико-механических свойств инструментальных материалов, их структуры, свойств отдельных структурных составляющих, а также свойств обрабатываемого материала и режимов резания.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. В работе выполнены исследования износостойкости режущих инструментов, применяемых для обработки древесных композитов, основанные на глубокой теоретической проработке сущности явлений, происходящих в зоне резания и на активных поверхностях режущего клина, для выявления механизмов изнашивания инструментальных материалов и выработки научно обоснованных требований к ним с целью поиска эффективных путей повышения стойкости и надежности режущего инструмента.

2. Представлены структурные модели древесных композиционных материалов с целью разработки теоретических основ процесса резания, включающих в себя обоснование характера взаимодействия элементов режущего клина со структурными составляющими гетерофазных транстропных и трансверсально изотропных материалов на минеральной и полимерной связующей и влияния их на силовые и качественные характеристики, а также для математического моделирования тепловых явлений в зоне резания. Рассмотрены механизмы разрушения компонентов обрабатываемого материала режущей кромкой резца и выявлены общие закономерности стружкообразования во взаимосвязи с качеством обработки.

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |






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