Введение к работе
Актуальность темы. Повышение стойкости и прочности режущих инструментов, которые в значительной степени определяются физико-механическими свойствами рабочих поверхностей, всегда является актуальной задачей, поскольку они определяют производительность механической обработки, точность размеров и геометрической формы обрабатываемых изделий.
Для повышения стойкости режущих инструментов из инструментальных сталей широкое распространение получил метод нанесения ионно-плазменных покрытий нитридов переходных металлов, в частности тонкие пленочные титано-нитридные (TiN) покрытия, обладающие своеобразными механическими и физическими свойствами (высокая твердость, абразивная стойкость, тугоплавкость и т.д.), нанесенные на рабочую поверхность режущего инструмента, значительно увеличивают его стойкость. Вместе с тем при нанесении покрытия существенным изменениям подвергается исходная шероховатость поверхности. Прочность напыленных покрытий на порядок ниже прочности соответствующих металлов, что объясняется пониженной плотностью и высокой пористостью нанесенного слоя. Вследствие больших растягивающих напряжений покрытия склонны к самопроизвольному отслаиванию, что в комплексе отрицательно сказывается на эффективности работы износостойкого слоя и на стойкости режущего инструмента.
Одним из наиболее эффективных методов снижения шероховатости и повышения плотности поверхностного слоя является обработка поверхностно- пластическим деформированием (ППД) и, в частности, процесс алмазного выглаживания (АВ). Применение АВ в качестве финишной обработки рабочих поверхностей режущих инструментов позволит снизить шероховатость исходной поверхности, повысить прочность поверхностного слоя за счет повышения плотности и снижения пористости износостойкого покрытия, а также создать сжимающие остаточные напряжения, что приводит к повышению стойкости круглых резцов в 2,5 раза.
Исследования алмазного выглаживания металлопокрытий проводились Л.А. Хворостухиным и Я.К. Яценко, но в данных работах не рассмотрен вопрос обработки рабочих поверхностей режущих инструментов с ионно-плазменным титано-нитридным покрытием и, в частности, тепловой напряженности процесса, определяющей производительность.
Поэтому разработка и исследование процесса алмазного выглаживания, обеспечивающего повышение стойкости и качества, является актуальной задачей, как для теории, так и для практики этого процесса.
Методы и средства исследований. Теоретические исследования процесса выполнены с использованием научных основ технологии машиностроения, теплофизики, теории пластической деформации, теории вероятности, методов планирования экспериментов, методов моделирования на ЭВМ. Экспериментальные исследования выполнялись с использованием аппаратуры: профилографа-профилометра «Калибр», дифрактометра Дрон-3, микротвердомера ПМТ-3, аналого-цифрового преобразователя LA2-14USB2.0.
Цель работы – повышение стойкости металлорежущих инструментов из инструментальных сталей с титано-нитридным покрытием путем отделочно-упрочняющей обработки их рабочих поверхностей алмазным выглаживанием.
Научная новизна работы:
на основании анализа закономерностей формирования поверхности и упрочнения износостойкого слоя разработан технологический процесс алмазного выглаживания инструментов с износостойким покрытием, обеспечивающий повышение стойкости круглых резцов за счет высокой степени отделки и упрочнения их рабочих поверхностей;
получена математическая модель тепловой напряженности процесса от параметров алмазного выглаживания, адекватно отражающая реальные условия обработки;
разработана методика экспериментального исследования теплового поля при алмазном выглаживании, которая позволила измерить температуру непосредственно в зоне контактирования алмазного инструмента с изделием;
разработана математическая модель многопараметрической оптимизации режимов упрочнения по комплексному критерию качества, учитывающая основные технические ограничения при обработке инструментальных сталей с TiN покрытием алмазным выглаживанием.
Практическая ценность и реализация результатов работы:
разработан станок-полуавтомат для заточки и доводки алмазного выглаживающего инструмента, который позволяет придавать алмазному инструменту сферическую, цилиндрическую и тороидальную форму рабочей поверхности;
в результате теоретических и экспериментальных исследований процесса АВ металлорежущих инструментов с TiN покрытием выявлено снижение интенсивности износа круглых резцов на 25-35%;
разработана программа многопараметрической оптимизации технологических параметров процесса на ЭВМ с использованием программного продукта Excel на языке программирования VBA;
предложен технологический процесс обработки АВ инструментов с износостойким покрытием, который внедрен на ООО «Ремонт и модернизация станков» (г. Энгельс), при нарезании ходовых винтов металлорежущего оборудования круглыми резцами с титано-нитридным покрытием, упрочненных алмазным выглаживанием, что подтверждается актом внедрения.
Апробация работы. Основные научные положения диссертации опубликованы в материалах Международной научно-технической конференции «Теплофизические и технологические аспекты управления качеством в машиностроении» (Тольятти, 2005); на конференциях молодых ученых СГТУ «Молодые ученые – науке и производству» (Саратов, 2007-2008); на II Международной научно-технической конференции «Теплофизические и техно-логические аспекты управления качеством в машиностроении» (Тольятти, 2008).
Основные научные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на ежегодных научно-технических конференциях в Технологическом институте СГТУ в 2005-2008 г. и на кафедре «Конструирование и компьютерное моделирование технологического оборудования в машино- и приборостроении» СГТУ в 2009 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 4 работы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 149 страницах машинописного текста, содержит 72 рисунка и 17 таблиц. Она состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы из 103 наименований и приложений.
