Повышение работоспособности режущих инструментов управлением вакансионным механизмом дефектной структуры инструментальных материалов Солоненко, Владимир Григорьевич

Введение к работе

Актуальность проблеми. Производительность металлорежущего оборудования и в целом эффективность обработки металлов резанием зависят прежде всего от надежности станков и инструментов. При использовании станков с ручным управлением продуктивность механической обработки зависит в значительной мере от вспомогательно-подготовительного Бремени. G применением станков с числовым программным управлением, а вместе с айад робототехнологических комплексов, когда используют устройства для предварительной настройки рехущюс инструментов (Рй) те станка, вспомогательно-подготовительное время сведено к минимуму» Надежность самих станков достаточна, и эффективность обрабдтнй на них непосредственно зависит от качества и регущюс слдсобйойЯЙ ?\\; оцениваемых юс работоспособностью.

Работоспособности Ш в условиях деврейЗннЭ?Ь ав*латиэироваа-ног'о производства необходим уделять пішйшнде ввіійавйз» поскольку до настоящего времени РИ как элемент системы "стэйбй-прислособ-леняе-шструмент-де'таль" Ьс'таетея сашйл ненадёжным. В Частности, известно, что отказы по пзнбеуі поломкам РИ и другим проблемам обработки резанием составля:й 52 % всех отказов ГПС. Причем оценивать работоспособность РИ необходимо в связи с дефицитом важнейших компонентов традиционных инструментальных материалов, з частности вольфрама и кобальта, и вопросами экологии.

Работоспособность Рй, определяемая прежде всего их стойкостьв, должна сочетаться с кх изнашиванием. В существующих теориях тренкя при резании рассмотрены отдельные аспекты, связанные с абразивный, адгезионным, окислительным я дийуз ионным механизмами изнашивания, однако з реальных условиях все эти механизмы действуют, как правило, одновременно, поэтому остается актуальной задача та описания на основе единого физико-химического подхода. Кроме того, большое внимание должно уделяться повызенкю работоспособности РИ з условиях современного производства как резерву безотказной работы автоматизированного оборудования.

Все эти моменти: изнашивание Рй, позьшение их работоспособности, дефицит вольфрама и кобальта, вопросы экологии - оказываются тесно связанными при рассмотрении проблемы работоспособности Рй в

\

условиях автшаприраваика.г-о, дроизводсгва, Во-первьсс, построение ма~ темавической лкшад рноса на основе изучения первопричины разрушения м&їєриалов. с. учет-ом процессов, сопутствующих трениэ в условиях резания, позводк? управлять изнашквааием и прогнозировать работоспособность Щ, Первопричиной разрушения мнструмеаіадьншс материалов при резапви в условиях прчдомеавд вцсокяг температур и нагрузок являются дефекту кристаллического строения. Поэтому управление эва-г люцкзй дефекїкоГі с.$рук?уры еегь, рщвлецщ г^наоивансзм, Воив?орь{х» научно обоснованное применение досїоДннх заііеіи*лоя,бй зольфрамоссь деркаацк иаотрушнт-ал&шх материалов, а такне экодрричзевд. чисїьрс-методов повшенля работоспособности Ей покожєї пэлучигь. ыакоилад^-г кую прибыль в условиях современного производства.

Назначение предлагаемой работы -, решение вахной научко-г'кзхкйа теской проблемы, которая :-а;ееї большое народнохозайстаэнноа зя.ада-г низ, сосгоякее з создании т-еорег-етескюс основ управленій кзиадкаа* нйзи инструментальных: материалов прикенаЕкзм экологически чкс^шс методов» обеспечивающих пезшеаиэ работорпособаосяа Eg я производи ^sjsjjQcss Ьбрабо.исїї м-з-таллой реваншем,

Незкачеапе определяв в актуальдост-ь работы^ вупэлдяазайдя в сбєїз раїз&ния научао-гяехнкчссЕой программы ГК Щ QQB, ^о^плана CQQB к 4», СССР за ii| 110/150/150 os 20.05.80, гюзіщий 0,16,OS "Ооз-= да,5% к одаокі-ь, 2. прдкшодсївз крогрзосрнце 31 pea.yiapq_t абразкв-г адг-о, щ а4азноа*а щ&щмєеї из возых інструментальних t абразивных 5 огзрїї-зердш; материалов". 1р5зящ%_ настоящей работа включалась в росударсзвзайце. планы HEP (poq.pep. й 7-900,855 ц їй 01350076251),

ї-1 %- В {{ ^й о *?. ы. ПсшіЯєнш раба50опос-рбяосїи РИ и проиа-вр5?5ельврр^й обработай металлов резанец управлением дефектной р^рукїурой цзотру^євзадвзьн: материалов на сокове лреадуцескзенаог.о доздєЕєївея аакансЕонаото механизма вів процесс изнашивания лєзвеїь Htg Ей,

К егод!| « о е . е q а а а.и ft. Работа выполнена ка основе; оцсз?8мн,оро. сод;щз к процессу ванааиваакя РИ при краник в усе. ловиях ре.зані$я с- уфяздьзо&азїїзд. Фундаментальных положений физики ввардоро тела и металлов из йк-я, с пр^еценкек современных методов реа'ЕГ-евос'ї.руБїураоРО адаякзд₅ злаченной микроскоп-го? и атошсо-аб-ео^бцїйккой. CEaKspoioftcsies-pKii.

Прк обрабо,згс; к анализе эао^ар^де.ктальнщ: данных широко щ-подьзовал|рь, ащ.

, 5

Теоретические полоненая работы подтверждены экспериментальными денными. Достоверность теоретических положений я лабораторных исследований подтверждена производственными испытаниями PHj

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Установлено, что процесс изнашивания РИ можно оценивать как проявление действия преимущественно вакансионного механизма дефектной структури инструментальных материалов, з связи с чем рассмотрена эволюция плотности вакансий в глубь материала как ответственная за разрушение рабочих поверхностей РИ из-за приложенных нагрузок на фрикционном "онтакта, а также за ди14узгао-химических элементов.

2. Предложена теоретическая модель износа при трений в условиях резания, основанная на представлении о механическом разрушении контактіфуемих пар и РИ и связанная с закансионным механизмом дефектной структуры инструментальных материалов. В модели учтены тепловые и механические характеристики инструментальных материалов, а такхе термоЭДС, которая сопутствует вакансионному механизму.

3. Предложена научно обоснованная методика оценки характеристик вакансионного механизма - коэффициента дяздузш и валентности увлечения вакансий.

4. В связи с превалируй и їм влиянием на разрушение инструментальных материалов при трении в условиях резания закансионного механизма предложены следующие способы управления изнашиванием, осно-ванние на блокировании источников генерирования вакансий и на создании элективных барьеров их эволюции:

ликвидация іштенсирицирунщего воздействия на износ термоэлектрических процессов, происходящих'при резании металлов. Теоретически обоснована и подтверждена практически правомерность применения электроизоляции как метода повышения работоспособности РИ, результатам которой является локализация термоэлектрически процессов в зоне резания, когда из-за отсутствия термотока вакансии не'мигрируют в тело РИ, удерживаясь электрически полей;

криогенная обработка РИ из инструментальных сталеіі и твердых сплавов. На основе теоретико-зкспершентзльних исследование; показана целесообразность применения криогенной обработки в жидком азоте

в целях снижения изнашивания РИ, когда деиствиз вакансионного механизма как превалирующего в изнашивании умезьпаатся из-за снже-ния термической актизации к ухода закансип з стоки;

' є

- применение реауцшс материалов с повышенной дисперсностью, т.е. таких, при резании которыми а меньпей степеня проявляются діффузи-онво-адгезконные процессы, действие которых связано с вакансконным механизмом. К этш материалам относятся режуцие-керамики (РК), в частности нигридно-кр&мниваая РК силинмт-Р.. Исследованы его эксплуатационные возгдоаности. Показано, что сюїиякт-Р может заменить традиционные инструментальные материалы в условиях высоких їемператур и небольших усилий резания, что' характерно для чистовых и'получк-стовых операций механической обработки, где необходимость'повышения работоспособности Рй особенно важна.

Рассматриваемые способы являются экологически чистыми и вносят определенный вклад в проблзиу экономии вольфрама и кобальта. Кроме того, злектроизодяцкя к криогенная обработка, являясь технологичными способами, позволят повысить работоспособность РК до уровня широко прЕкеяяемых в промышленности,,

Практическая знач им ос. т ь а использование р є з у л ы а ї о в. Предложена математическая зависимость для оценки радиального износа Рй, использование которой вместе с уравнением, дкнийнага -износа позволяет прогнозировать работоспособность Рй.

Научно обоснована и эксперш&атадько подтварадааа методы управления ганаш квакші,: Рй з условии современного прогіззодства, основанные на превалирующем дейсгака вакансиоиного механизма дефектной структуры інструментальних материалов. Эти глатодн - электроизоляция РН к криогенная обработка (в частности, по A.cv'i? 123+44-3), а такие применение з качестве рзкуцего катэриада нитридно-кремни-евой РК сндкаита-Р» - позволяют повысить стойкость РИ до 2-3,5 раз. Они внедрены на заводах Щшісїанкопрйш и других Ёкнкстарстз с аю-накичэской к&ектшюетъз около 00 тисач рублей.

апробация раб Q5S. Основные паложанЕЯ диссертации долоаецц и обеуэдэан на Всесоюзном саминарэ "Избирательный пареное и его экономическая зі^активаость", йоскга, 972 .г.; Всесо-эааом семинаре 'Методы позыа&явя стойкости инструмента путем ко-пользования электрические явлений, возникающие при резании", Киев, 1975 г.; Всесоюзной научной' как&ерешите "Теория трения, износа к сказки", Тэзкент, IS75 г.; всесоюзної:'научно-техническом семінаре "Надежность режущего инструмента", Краматорск, 1975 г.; Всероссийской коа^ерекигді "Созданке адиной системы рациональной экоплуата-

цки режущего инструмента", Пенза, 1978 г.; девятой республиканской научно-технической конференции "Методы прогнозкрованш и повызения надежности машин и сооружений", Нальчик, 1978 г.; второй зональной конференции "Прогрессивные технологические процессы образования резьбовых соединений", Пенза, 1979 г.; секции металлообработки научно-технической конференции Белорусского политехнического института, Минск, 1973 г.; Всесоюзной научно-технической конференции "Прогрессивные методы обработки труднообрабатываемых материалов на металлорежущих станках", Еданоз, 1980 г.; научной сессии, посвя-иенной 50-летш Краснодаг-кого ордена Трудового Красного Знамени политехнического шститута, Краснодар, I9S0 г.; научно-техническом семинаре "Применение синтетических сверхтвердых материалов и твердых сплавов", Краснодар, 1981 г.; третьей зональной научно-технической конференции "Прогрессивная технология изготовления it сборки резьбовых соединений", Пенза, IS82 г.; третьем Всесоюзном семинаре . "Надежность режущего инструмента", Краматорск, 1982 г.; производственно-техническом семинаре "Оптимизация режимов обработки на металлорежущих станках", Челябинск, 188* г, ; научно-технической кон-' ференции " Проблемные вопросы технического перевооружения и реконструкции пропиленных предприятий кран", Краснодар,.1935 г.; седьмой Краснодарской краевой конференции "Современные проблемы естествознания. Прикладные вопросы тепломассообмена", Краснодар, I9S5 г.; первой, второй и третьей межотраслевых научно-технических конференциях "Применение прогрессивных инструментальных материалов и методов повыиения стойкости режущих инструментов", Краснодар, IS83, 1935, 1988 гг.; зональной конференции "Рациональная эксплуатация и инструментообслухивание станков с ЧПУ и ГПС", Пенза, IS89 г,,* республиканской конференции "Прогрессивные процессы механической обработки труднообрабатываемых материалов", Мариуполь, IS89 г.: научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Ростовского-на-Дону института сельскохозяйственного машиностроения, 1939, 1990, 1921 гг. Полностью работа доложена и обсуждена на заседании кафедра "Металлорезуцие станки и инструмент" Ростовского-на-Дону института сельскохозяйственного машиностроения з 1920 г.

Публикации, По результатам выполненных исследований опубликовано Є0 работ, в тощ числе три брошюры, одна монография,

' ' 8 "

получены авторское свидетельство СССР и положительное решение по заявке на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит кз введения, семи глав, обцей характеристики внедрения результатов работы, заключения и общих: выводов, списка использованной литературы из 331 наименования, семи приложений и в целом изложена на 435 страницах. В диссертации содержатся 32 таблицы и 87 рисунков.