Введение к работе
Актуальность работа; Работоспособность и надежность сельскохозяйственных машин, тракторов и автомобилей в значительной степе-ш зависят от качества.изготовления й восстановления их деталей. В іастоящее время обработка резанием является одним из основных способов достижения заданных размеров, качества поверхности и требуемой точности, которые могут обеспечиваться лишь при высокой износостойкости металлорежущего инструмента. Несмотря на большое количество работ, направленных на решение указанной проблемы, вопрос далек от окончательного решения.
Одним из методов повышения износостойкости твердосплавного инструмента может служить применение твердых иктенсификаторов охлаждения (ТИО). Вместе с тем для их практического использования необходимо решение целого ряда теоретических и методических вопросов.
Цель работы.Повышение износостойкости твердосплавных режущих инструментов за счет насыщения их поверхностей ТИО с антифрикционными свойствами.
Для достижения поставленной цели предусматривалось решение следующих задач:
I.Разработать технологию получения ТИО на рабочих поверхностях твердосплавного инструмента, а также исследовать структурно-фазовый и химический состав насыщенных слоев.
2.Выполнить теоретическое исследование влияния ТИО на распределение температурных полей в зоне резания.
3.Провести экспериментальные исследования влияния ТИО на температуру и силы резания, процессы стружкообразования, микрогеометрию обработанной поверхности и износостойкость инструмента.
4.Оптимизировать режимы резания при точении конструкционных сталей и наплавлошшх слоев восстанавливаемых доталей инструментом с ТИО.
5. Провести производственные испытания и внедрение режущих твердосплавных инструментов с ТИО, дав им экономическую оценку.
Автор выносит на защиту:
1.Результаты исследований структурно-фпзогаго и химического состава насыщенного ТИО слоя твердосплавного инструмента.
2.Методика и результаты расчета теплегчх mvrft в г.-чпе t-о:--іп;ін для инструмента, имеющего високий градиент т'Чт.ч.іі'.^чнє'Чг.іх хар-ч:
тористик в насыщенном ТИО слое.
3.Результаты эксперименталы—л. исследования влияния ТИО на основные характеристики процесса резания, а также производственные испытания инструментов с ТИО и их внедрение.
Методика исследований.Экспериментальные исследования по влиянию ТИО на температуру и силы резания,процессы струзккооОразования, микрогеоштрию обработанной поверхности и износостойкость проводились с применением известных методик и стандартного оборудован:"-!. Для получения ТИО на рабочих поверхностях твердосплавного инструмента использована водородная печь ICTH-I,25.IQ/25A. Влияние химического и структурно-фазового состава ТИО на структурные изменения в твердых сплавах определялось с помощью исследовательского комплекса, содержащего сканирующий микроскоп JSM-840A (Япония) и анализатор LINK SYSTEM 860 (Англия), а также рентгеновской установки ДРОН-2 (СиКа - излучение со щелями 'Соллера, имеющих расходимость 1,Ь). Измерение коэффициента теплопроводности образцов проводилось на приборе ИТЭМ-IM. Температурное поле в режущем клине изучали методом, разработанным Московским химико-технологическим институтом и Мосстанкином, с помощью многопозиционного цветного . термоиндикаторного вещества (ЦТИВ) марки ТХИ-46М. В качестве обрабатываемых материалов были приняты наиболее применяемые в. сельхозмашиностроении стали 45 и 40Х и слой, наплавленный проволокой Св08Г2С, резцами оснащешшми .пластинами: ТН20, TI5K6, ТБКІ0, KHTI6, ВК8 с насыщением и без ТИО. Режимы резания: скорость-V=1 *4 м/с; подача S=0,07+0,26 мм/об, глубина г=0,25+1мм; без применения смазочно-охлаздающих технологических средств (СОТС). Геометрия режущих пластин: ч=-7; а=7; tp=60; ф1=.12;г=0,8 мм; 1=11,5 мм; Д.=0. Ис-.следования проводились на основе методов многофакторного планирования эксперимента и обработкой данных с помощью ПЭВМ.
Научная новизна.
1.Установлено, что при насыщении ТИО режущих пластин повышение их износостойкости обеспечивается " вследствие изменения химического и структурно-фазового состава поверхностных слоев твердого сплава, снижения контактных температур и значений их градиентов, а также возникновения антифрикционного контакта между инструментом и обрабатываемым материалом.
2.Разработана математическая модель расчета тепловых полей в зоне резания для инструмента, имеющего высокий градиент теплофизи-
ческих характеристик в насыщенном ТМО слое.
З.На основе установленных закономерностей влияния злементог рожима резания'на температуру и силы резания, коэффициент усадки стружки, микрогеометрию обработанной поверхности и интенсивность изнашивания доказана применимость "Положения (закона) постоянства оптимальной температуры резания" для инструментов с ТИО. Установлено, что при насыщении твердого сплава ТИО формируется новое физико-химическое состояние1 поверхности инструментального материала, для которого характерна своя оптимальная.температура резания.
4.Установлено, что при температурах резания 1100ИЗООК, со-провсжданщхся интенсивными диффузионными явлениями, медь, мигрируя вглубь поверхности твердого сплава, образует новий насыщенный слой, обеспечивая тем самым эффект ТИО во всем периоде эксплуатации инструмента.
Практическая ценность.
1 .Установлено, что повышение износостойкости твердосплавіїнх режущих пластин можно осуществить путем термодиффузиоиного насыщения нетугоплавким высркотеплопроводным антифрикционным металлом -медью.
2.Разработана технология получения ТИО на рабочих поверхностях ТВерДОСПЛаВНЫХ режуЩИХ ПЛ8СТИН.
3.Разработаны модели для расчета оптимальных режимов резания твердосплавным инструментом с ТИО при точении сталей 45, 40Х и наплавленных деталей.
4.Установлено, что при получистовом и чистовом точении конструкционных сталей и наплавленных деталей наибольшей износостойкостью обладает сплав ТН20 с ТИО.
Внедрение.Результаты исследований внедрены на заводах "Бпш-сельмош" и автосамосвалов г.Нефтекамск, ремонтно-техническнх предприятиях (РТП) Буздякского и Кармаскалинского районов Республики Башкортостан, а также совместно с Чирчикским филиалом научно-исследовательского института (ЧФ ВНИИТС) на заводах кузнсчно-прессового оборудоваїшя и карданных валов г.Чимкент (Республика Узбекистан), специального технологического оборудования (г.Попово-лынск), ПО "Гидроапппрат" (г.Ульяновск) и ряде предприятий оборонного комплекса..
Апробация. Результаты исследований докладнпалпсь на Редеете пой НТК "Теплофизика процессов лезвийной обработки" (г. Тольятти, И1'-:'т.), Всесоюзном семинаре "ШітенпіФикяціО мохгш'.гіргк'іі о "сі
сотки за счет внедрения высокоэффективного инструмента из твердых сплавов, сверхтвердых материалов режущей керамики"(г.Ташкент, НПО "Технолог", 1987г.), Всесоюзной НТК "Новые материалы и ресурсосберегающие технологии термической и химико-термической обработок деталей машин и инструмента" (г.Махачкала,1989г.),зональных и внутривузовских НТК и семинарах в городах: Челябинск, Ульяновск, Свердловск, Уфа. Режущие инструменты с ТИО экспонировались на Всероссийской выставке "Машиностроительная технология 87"(Уфа, ' УМ.І987).
Структура и объем диссертации.диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы, приложений и изложена на 128 страницах машинописного текста, содержит 15 таблиц, 52 рисунка, 130 наименоваїшя литературы и 58 страниц приложений