Введение к работе
Актуальность темы
Повышение производительности труда в машиностроении в значительной степени зависит от стойкости режущего инструмента,поскольку она тесно связана с затратой электроэнергии, а также времени и труда на переточку и с расходом самого инструмента.
По этой причине проблеме повышения стойкости инструмента всегда уделялось большое внимание, особенно - повышению износостойкости, хотя, как показывают наши исследования, в ряде случаев большая часть инструментов выходит из строя вследствие поломок.
Для повышения стойкости особенно важна высокая твердость инструментального материала, но при этом необходимо и сохранение некоторого запаса пластичности.В противном случае может происходить хрупкое-разрушение как лезвия, так и всего инструмента.
Необходимое сочетание указанных,во многом противоречивых, требований традиционно достигается созданием максимально однородной структуры за счет измельчения структурных составляющих,всемерного ужесточения требований к карбидной ликвации, исключения всякого рода дефектов и т.п.
В последнее время в целях повышения стойкости инструментов широко применяются твердые сплавы в производстве деревообрабатывающих инструментов.Однако наряду с дороговизной и дефицитностью их использование сопряжено с трудностью качественной и производительной переточки .
Лучшие современные инструментальные материалы обладают высоким комплексом свойств, но даже и с использованием новейшей упрочняющей технологии возможности их дальнейшего совершенствования почти исчерпаны.Поэтому возникла идея исследовать возможность применения в качество инструментального материала недорогих и яедефицигных ста-
лей, обладающих, в отличие от традиционных материалов, резко гетерогенной макроструктурой. Последнее обеспечивает сочетание таких качеств, как высокие твердость, предел прочности и пластичность, а в некоторых случаях открывает возможность самозатачивания в процессе эксплуатации.
Цель работы
Исследование возможности создания высокоэффективного инструментального материала с гетерогенной макроструктурой, испытание его свойств и разработка способов увеличения стойкости режущих инструментов на его основе.
Поставленная цель достигалась решением следующих задач:
разработка способа создания гетерогенной макроструктуры с регулярным узором для низкоуглеродистых сталей (сталь 20);
установление влияния параметров узора на механические свойства макрогетерогегшх стачей;
разработка упрочняющей технологии для дереворежущих пил из стали 20 ;
" - разработка упрочняющей технологии для слесарных ножовок из стали У12 и Х6ВФ.
Научная новизна
-
Разработаны теоретические основы создания материала с гетерогенной макроструктурой и показана возможность получения ранее недостижимого сочетания таких механических свойств, как высокие твердость, предел прочности и пластичность.
-
Доказана возможность прогнозирования механических свойств сталей с гетерогенной макроструктурой и установлена их зависимость от регулярнеоти расположения структурных составляющих. Определены оптимальные параметры макроструктуры.
-
Разработана,методика определения рациональной толщины упрочненного слоя, рассчитаны напряжения, возникающие в режущем зубе и исследовано распределение напряжений в цементованных слоях.
Практическая ценность
Предложены способы упрочнения инструментов на основе создания гетерогенной макроструктуры, позволяющие значительно увеличить их стойкость (имеется положительное решение). Стойкость макрогетероген-кых дереворежущих пил, подвергнутых узорчатой цементации с последующей закалкой и низким отпуском, увеличивается в 2,5 - 3 раза по сравнению с гомогенными,, стойкость слесарных ножовок из стали У12' 2
после узорчатой закалки - в 2,6 раза, а долговечность ножовок из стали Х6ВФ после локального отпуска - в 2 - 2,5 раза. В результате изменения механических свойств материалов, обладающих регулярной гетерогенной макроструктурой, приведенный модуль упругости снижается на 15 - 20 %, что уменьшает рабочие-напряжения к повышает долговечность на порядок. Неоднородность макроструктуры одновременно увеличивает в 3 - 4 раза внутреннее тренде, что уменьшает напряжения, вызывающие усталость металла. Возрастают также угол загиба в 3 - 3,5 раза и статическая вязкость разрушения в 2,5 раза.
Б условиях Владимирского тракторного завода ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения локальной упрочняющей технологии составит 13 тис. руб. для ножовок из стали Х6В5 и свыше 2 тыс. руб. для ножовок из стали У12. Внедрение технологии-локального упрочнения в производство ножеі; кугтеров, работающих в условиях химического износа, позволило повысить их стойкость в 5 - 6 раз и получить на одном предприятии годоеой экономический эффект
Основные результаты диссертации, выносимые на зашиту:
-
Теоретические разработки создания материала с гетерогенной макроструктурой, обеспечивавшие одновременное достижение высоких твердости, предела прочности и пластичности, а также эффекта само-, затачивания.
-
Выводы о влиянии регулярности макроструктуры на механические свойства, возможности прогнозирования и получения требуемых свойств в зависимости от параметров макроструктуры.
-
Графики распределения напряжений в цементованных слоях и решение задачи о выборе рациональной толщины упрочненного слоя в зависимости от условий работы инструмента.
-
Технологические решения создания макрогетерогенных пил по дереву и по металлу, обладающих повышенной стойкостью.
Апробация работы
Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на всесоюзной конференции "Комплексные методы исследований археологических источников" (Москва, 1989) , республиканской научной конферен-' ции "Прочность и пластичность материалов и новые процессы их получения" (Минск, 1990 ) .межреспубликанской научной конференции "Конст-_рукционная прочность, долговечность, упрочнение материалов и деталей машин" ( Волгоград,1990) , областных семинарах "Улучшение качества отливок, повышение производительности труда, экономика литейного производства на предприятиях Владимирской области", "Экологически
чистые технологические процессы и утилизация в литейном производстве", "Способы повышения надежности конструкционных материалов" (Владимир, 1989, 1990, 199l) .
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 13' Р а б о т, в том ч и с -ле 4 статьи и 9 тезисов докладов и получены два положительных решения.
Объем работы
Диссертация изложена на 144 страницах машинописного текста, содержит 52 рисунка, 13 таблиц, 8 приложений, состоит из введения, чотирех глав, заключения, выводов и списка литературы из 143 наименований .
