А.М. КОТОВ, И.В. ХОДЫРЕВ ПОВЫШЕНИЕ СТОЙКОСТИ ИНСТРУМЕНТОВ НЕМОНОЭНЕРГЕТИЧЕСКИМ
ПОТОКОМ УСКОРЕННЫХ ИОНОВ
Существующие способы упрочнения металлорежущего инструмента в об- щем случае основаны на изменении структуры поверхностного слоя режущей части инструментов либо на создании износостойких покрытий на их поверх
ности, что в конечном счете позволяет снижать интенсивность в большинстве случаев только определенного вида изнашивания. На эффективность упрочне
ния оказывают влияние инструментальный материал и геометрические пара
метры инструмента. Поэтому не вызывает сомнения актуальность исследова
ний, направленных на разработку более универсальных способов упрочнения, которые позволят повысить износостойкость широкого ряда инструменталь
ных материалов при различных видах их изнашивания.
Один из таких способов заключается в модификации поверхностного слоя инструмента немоноэнергетическим потоком ускоренных ионов, в результате чего происходит изменение энергетического запаса и структуры поверхностно
го слоя инструмента, обусловливающее повышение его износостойкости.
Д ля испытаний использовались вставки к токарным резцам с режущей частью из эльбора-Р, бел бора, гексанита-Р, АСП К со следующей геометрией:
а = 1 2 ° , 7 = - 1 6 , = 45°,«/> = 2 5 ° , X = 5 °; машинные метчикиМ8х Ш З со шлифованным профилем из стали Р6М5,
Сравнительные испытания режущих свойств вставок, облученных и необ- лученных потоком ускоренных ионов, проводили при точении колец
D
= - 70 мм, с/ = 50 мм, L = 18 мм из особо твердого силицированного графита марки СГ-П (75 HRC^) со снятой коркой на станке мод. 1К62 при скорости резанияv
= 18,7 м/мин, подачеS
= 0,037 мм/об, глубине резанияt
= 0,1 мм, без применения СОЖ. Машинные метчики испытывали при нарезании резьбы в отливках 350x300x20 м м из серого чугуна СЧ 18 (187 НВ) на станке мод.2Р135Ф2-1 при скорости резания
v
= 6,3 м/мин с охлаждением сульфофрезо- лом.Материалы для сравнительных стойкостных испытаний как облученных, UIK и необлученных инструментов подбирались такие, чтобы имелась возмож-
» łuK. 5313 33
Табл. 1. Результаты испытания инструмента
Параметры качества инструмента
Эльбор-Р Белбор Гексанит-Р АСПК
облу- необ- чен- лучен
ный ный
об лу чен
ный
необлу- чен- ный
об лу чен
ный
необлу- чен- ный
облу- необлу- чен- ченный ный
Стойкость, мин
7,8 1,8 5,4 2,8 0,68 0,54 4,2 3,4
Коэффи
циент вариации
0,22 0,36 0,18 0,24 0,52 0,46 0,45 0,32
ность реализовать при их обработке различные механизмы изнашивания (д ля токарных вставок - абразивный, для машинных метчиков - адгезионный) и одновременно исследовать влияние воздействия немоноэнергетического пото
ка ускоренных ионов на изменение интенсивности того или другого вида из
нашивания.
Стойкость вставок и метчиков оценивали по их износу. Режущая часть вставок изнашивается только по задней поверхности, поэтому за критерий оценки бьша принята ширина площадки износа по задней поверхности
=
= 0,5 мм, для метчиков — ширина фаски = 0,5 мм.
При испытаниях вставок, оснащенных сверхтвердыми материалами, фик
сировали время достижения указанного износа, при испытаниях метчиков — количество нарезанных отверстий. Число инструментов в сравниваемых вы
борках — 12 вставок и 24 машинных метчика.
Результаты сравнительных стойкостных испытаний машинных метчиков и вставок представлены в табл. 1. Анализ экспериментальных данных пока
зал, что в результате облучения стойкость вставок и метчиков повысилась со
ответственно в 1,6...4,3 и 2,3...3 раза. Следует отметить, что наибольший коэф
фициент повышения стойкости
К
= 4,3 среди исследованных сверхтвердых материалов имеет эльбор-Р, а изменение износостойкости вставок, оснащенных гексанитом-Р, оцененное с помощью критерия Стьюдента, несущественное при уровне доверительной вероятности
Р
= 0,99. Сравнение выборочных дисперсий с помощью критерия Фишера показало, что изменение качества вставок после облучения статистически незначимо с уровнем
а
= 0,05. Облучение метчиков не меняет характера их изнашивания и вида гистограммы распределения стойкости. При этом облученные метчики имеют стойкость в
2^,.3
раза выше. Однако сравнение выборочных дисперсий = 567 и = 9 8 соответст
венно для упрочненных и неупрочненных метчиков показало некоторое ух уд шение качества инструмента с уровнем значимости а = 0,01 при практически неизменном коэффициенте вариации стойкости var = 0,042 для облученных и var = 0,046 ~ для необлученных метчиков.
Облучение немоноэнергетическим потоком ускоренных ионов позволяет повышать стойкость инструментов из сверхтвердых материалов и сложнопро
фильных инструментов из быстрорежущей стали соответственно в 1,5 ...4,3 и 2,3...3 раза. Данный способ упрочнения позволяет снизить интенсивность как абразивного, так и адгезионного изнашивания инструмента.
УДК 621.9:669,14
Г.И. БЕЛЯЕВА, А.И. КОЧЕРГИН ВЛИЯНИЕ НЕКОТОРЫХ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ С ТАЛ И
Н А ЕЕ ОБРАБАТЫ ВАЕМ ОСТЬ РЕЗАНИЕМ
В результате проведенных испытаний установлены зависимости между по
казателями обрабатываемости сталей 38ХМЮА и ШХ15 и их физико-механи
ческими свойствами, изменяющимися в результате термической обработки.
Образцы из стали ШХ15 с наружным диаметром 50 мм, внутренним 10 мм и длиной 150 мм нагревались для закалки до 840 °С, выдерживались при этой температуре в течение 70 мин и охлаждались в масле, нагретом до 50 "^С.
Отпуск образцов производился в масляной ванне при температуре 150, 200 или 250 *^С в терние 2, 2,5 или 3 ч. В результате была получена структура мартенсита с мелкими выделениями карбидов, твердость образцов в зависи
мости от режима термической обработки составила от 395 до 648 HV* Образ
цы из стали 38ХМЮА прошли нормализацию с нагревом до 900, 950 или 1000 °С. При этой температуре они выдерживались в течение 40, 50 или 60 мин. После нормализации образцы имели структуру с содержанием ферри
та от 2,13 до 80,2 % и различным содержанием перлита. Их твердость состав
ляла от 143 до 198 НВ.
Сила и температура резания определены при продольном точении образ
цов на станке мод. 1К62 резцами с пластинками Т15К6. Образцы из стали ШХ15 обрабатывались при глубине резания
t
= 0,3 мм, подачеS
= 0,07 и 0,14 мм/об, скорости резания п = 20 м/мин, а из стали 38МЮА — приt
== 1 мм,
S
= 0,07 и 0,47 мм/об,v
= 100 м/мин.После обработки образцов была определена плотность материала их по
верхностного слоя. При этом использовался метод рентгеновской рефлекто- метрии, основанный на измерении отражательной способности материала в рентгеновском диапазоне волн и учете полного внешнего отражения рентге
новских лучей. Кроме того, для всех образцов определен градиент остаточного магнитного поля.
Зависимость между температурой резания
в
стали ШХ15 и температуройТ
нагрева для закалки, временем выдержки г, твердостью материала HV, градиентом остаточного магнитного поля У Я , плотностью р поверхностного слоя материала выражена уравнением множественной регрессии, которое в стандартизованном масштабе имеет вид= -0,927 Г у, + о,03 0,322 Г -0 ,8 8 5 -0 ,5 6 3 г ^ ,
Теснота связи характеризуется коэффициентом множественной корреляции 0,656.
Из полученной зависимости следует, что наибольшее влияние на темпера
туру резания оказывают свойства обрабатываемого материала, зависящие от температуры его нагрева под закалку и характеризуемые вектором остаточ
ного магнитного поля и плотностью поверхностного слоя.
На силу резания при точении стали 38ХМЮА наибольшее влияние оказы
вает содержание феррита (Ф ) в ее структуре, при этом с его увеличением до 50 % сила резания возрастает.
35
Найдена тесная зависимость (коэффициент множественной корреляции 0,785) между параметром шероховатости поверхности
Ra
обработанных образцов из стали 38ХМЮА, параметрами режима термической обработки и ее физико-механическими свойствами:
= -0,07^у, + 0,13^^ + 0,1Гдз + 0 ,0 9 7 Г ^^ +0,94^^ + 0,2^ф .
Из этой зависимости следует, что наибольшее влияние на изменение ше
роховатости обработанной поверхности оказывает плотность материала по
верхностного слоя детали. Таким образом, по плотности поверхностного слоя можно судить о некоторых показателях обрабатываемости сталей. С осталь
ными изученными факторами параметр шероховатости поверхности связан слабо.
yjIK62L96L0L00L24
Г.П. КУЗЬМИЧЕВ, А.М. ГРИГОРЬЕВ, Е.Л. КЛЕЦКОВ, И.П. ЯНОВИЧ, В.И. ТУРОМША ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ ИНСТРУМЕНТА МЕТОДОМ
ГОЛОГРАФИЧЕСКОЙ ИНТЕРФЕРОМЕТРИИ
В основу метода определения допускаемого давления на режущую кром- к у инструмента положена регистрация с помощью голографической интер
ферометрии в реальном масштабе времени [1] остаточного деформирован
ного состояния материала инструмента, соответствующего его переходу из упругой области деформаций в пластическую.
Исследования проводили на кольцевых образцах из стали У8А с размера
ми: наружный диаметр — 60 мм; диаметр отверстия — 25 мкм; высота — 20 мм. Образцы предварительно подвергали объемной закалке при 810 ^С в воде с отпуском при 160 °С в течение 1 ч и контурной закалке при 860 °С в воде с отпуском при 160 °С в течение 1 ч. Нагрев под контурную закалку проводили ленточным индуктором, размещенным в воде и подключенным к источнику тока частотой 66 кГц. Глубина закаленного слоя при контурной за
калке составляла 3...3,5 мм.
Образец крепили на плите установки УИГ-2М. Оптическая схема (рис. 1) позволяла регистрировать смещения поверхности образца в плоскости, пер
пендикулярной к его отверстию. В отверстии образца размещали рычажный механизм нагружения, обеспечивающий передачу усилия в двух диаметрально противоположных точках кромки отверстия. На фотопластинке регистрирова
ли голограмму с установленного образца, фотопластинку проявляли на месте экспонирования без смещения. Полученная голограмма, освещенная опорным лучом, восстанавливала сигнальный волновой фронт, соответствующий выход
ному состоянию образца и интерферирующий с волновым фронтом, идущим от него. Это позволяло наблюдать и фиксировать интерферограммы разви
тия и протекания процессов деформирования исследуемых образцов.
^!Ioдeлиpoвaниe работы режущей кромки инструмента проводили путем циклического нагружения кромки отверстия образца с возрастанием усилия
Р
в каждом цикле до появления зон остаточных напряжений, которые проявляются в виде аномалий интерференционных полос после снятия нагрузки (рис. 2, 3 ). Одновременно регистрировали усилие
Р,
соответствующее моменту появления этих аномалий, и определяли силу Р , действующую в радиаль
ном направлении кромки отверстия образца.
Установлено, что у образцов, прошедших объемную закалку, аномалии интерференционных полос в виде кольцевых зон (рис. 2, а) появляются при давлении ок оло 2200 МПа, а прошедших контурную закалку - при 1600 МПа.
Наличие кольцевых зон соответствует резкому изменению напряжений, вслед
ствие чего может происходить разрушение режущей кромки инструмента. При нагружении образцов, прошедших объемную закалку, возникают напряжения одного знака, так как кольцевые полосы располагаются непосредственно на режущей кромке инструмента. Напротив, кольцевые полосы у образцов, прошедших контурную закалку, располагаются примерно на границе закален
ного и незакаленного слоев (рис. 3, а) . Практика показывает, что в этой зоне происходит разрушение инструмента. Кроме того, увеличение числа интер
ференционных полос свидетельствует о более высоком уровне напряженного состояния в объеме деформируемого материала, а различное расстояние меж
ду полосами и большая степень их искажения — о неравномерной деформации образца по всему сечению.
После снятия нагрузки в образцах, прошедших объемную закалку, оста
точных напряжений практически не наблюдается (рис. 2, б ) , а в прошедших
Рис. 1. Оптическая схема голографической интерферометрии и схема нагружения образца:
1 — источник излучения; 2 — светоделитель; 3—5 — зеркала; 6,7 — расширители; 8,9 - собирающие линзы; 10 — образец; 11 - голограмма; 12 — механизм нагружения кромки образца; Р - усилие нагружения образца; Р^, кромке образца сооі^
ветственно осевое, радиальное, результирующее 37
Рис. 2. Голографические интерферограммы кольцевого образца (сталь У 8 А ) после объем
ной закалки:
а - под нагрузкой, соответствующей моменту появления аномалий остаточных интерфе
ренционных полос; б - после снятия нагрузки
контурную закалку наблюдаются знакопеременные остаточные напряжения (рис. 3,
б ),
которые снижают прочность инструмента и могут быть причиной искажения его геометрии.Рис. 3. Голографические интерферограммы кольцевого образца (сталь У 8 А ) после кон
турной закалки кромки отверстия:
а - под нагрузкой, соответствующей моменту появления аномалий остаточных интерфе
ренционных полос; б - после снятия нагрузки
Таким образом, голографическая интерферометрия позволяет определить допускаемые давления на режущие кромки инструмента и фиксировать ос
таточные напряжения и деформации.
39
в настоящее время в производственной практике при изготовлении мат-!
риц разделительных штампов для холодной листовой штамповки применяется объемная и контурная закалка. Достоинством последней является существен
ное уменьшение деформации режущих кром ок вырубного штампа после тер
мической обработки. Область применения контурной закалки определяется допускаемым давлением на режущую кром ку, которая подвергается закалке.
С помощью голографической интерферометрии установлено, что допускаемое давление на режущей кромке после контурной закалки составляет 70 % дав
ления после объемной закалки.
ЛИ ТЕ РА ТУРА
1 , О с т р о в с к и й Ю.И., Б у т у с о в М.М., О с т р о в с к а я Т.В. Голографичес
кая интерферометрия. - М., 1977. - 336 с.
ТЕ Х Н О Л О ГИ Я МАШИНОСТРОЕНИЯ