Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы по вопросам исследований износостойкости инструментов для обработки неметаллических материалов и задачи работы 9
1.1. Причины отказов инструментов 9
1.2. Конструкции, инструментальные материалы и подготовка инструментов к работе 11
1.3. Анализ условий эксплуатации , 23
1.4. Влияние химического состава и структуры материалов режущих элементов на особенности их износа 34
1.5. Оценка износостойкости инструментальных материалов и инструментов 39
1.6. Методы повышения износостойкости инструментальных материалов 48
1.7. Моделирование свойств материалов, процессов трения и изнашивания 52
1.8. Выводы по результатам исследований и задачи работы 57
2. Разработка методов расчета и моделирования износа инструментов для обработки неметаллических материалов 60
2.1. Расчет износа инструментов 60
2.2. Моделирование параметров, влияющих на износ инструментов 81
2.3. Пути повышения износостойкости инструментальных материалов и инструментов 91
3. Совершенствование методов обеспечения износостойкости инструментов 94
3.1. Совершенствование конструкции инструментов 94
3.2. Разработка метода электродеформационного упрочнения 101
3.3. Совершенствование способа лазерного упрочнения 107
3.4. Совершенствование алмазного выглаживания 108
3.5. Совершенствование финишных методов обработки 112
4. Методика экспериментальных исследований 115
4.1. Планирование экспериментальных исследований 115
4.2. Образцы материалов и оборудование для исследования износостойкости инструментов 124
4.3. Определение величины износа образцов 132
4.4. Определение силового и температурного режимов работы инструментов 138
4.5. Образцы и оборудование для исследований влияния методов упрочнения на износостойкость инструментов 139
5. Исследование процессов фрикционного взаимодействия режущих элементов инструментов с обрабатываемым материалом 145
6. Влияние методов обработки и упрочнения на физико-механические свойства материалов и износ инструментов 161
6.1. Влияние режимов электродеформационного упрочнения 161
6.2. Влияние режимов лазерного упрочнения 164
6.3. Влияние режимов алмазного выглаживания 169
6.4. Исследование химического состава и структуры материалов после упрочняющей обработки 190
6.5. Влияние режимов доводки 195
7. Исследование износостойкости инструментальных материалов и инструментов 205
8. Разработка технологических процессов подготовки инструментов для обработки неметаллических материалов 224
9. Производственные испытания инструментов, внедрение результатов и технико-экономическая эффективность работы 231
9.1 .Производственные испытания и внедрение результатов работы в промышленность 231
9.2. Расчет показателей технико-экономической эффективности работы 234
Основные выводы и рекомендации 244
Список использованных источников 247
- Влияние химического состава и структуры материалов режущих элементов на особенности их износа
- Моделирование параметров, влияющих на износ инструментов
- Образцы и оборудование для исследований влияния методов упрочнения на износостойкость инструментов
- Исследование химического состава и структуры материалов после упрочняющей обработки
Введение к работе
В настоящее время отмечается существенный рост потребительского спроса на радиоэлектронную аппаратуру, мебель и столярно-строительные изделия из ценных пород древесины. Для изготовления указанных изделий широко применяются слоистые пластики - гетинакс, стеклотекстолит и твердолист-венные породы древесины, такие как дуб, ясень и др. Эти материалы отличаются трудной обрабатываемостью, поэтому для достижения требуемого качества изготовленных из них деталей необходимо использовать высокостойкие инструменты, в частности разделительные штампы, дереворежущие пилы, фрезы, ножи, резцы. Однако износостойкость указанных инструментов, выпускаемых отечественной промышленностью, не всегда соответствует требованиям производства. Учитывая большое разнообразие конструкций инструментов на любом предприятии, наиболее рациональным является обеспечение их экономически целесообразной износостойкости.
В последнее время по причине высокой стоимости и дефицита вольфра-мосодержащих твердых сплавов и быстрорежущих сталей все большие перспективы использования приобретают безвольфрамовые твердые сплавы (БВТС) и сверхтвердые материалы. Однако данных по рациональному использованию этих материалов применительно к условиям обработки слоистых пластиков и твердолиственных пород древесины в литературе недостаточно.
Другим эффективным путем повышения износостойкости инструментов является применение методов упрочняющей обработки. В то же время некоторые методы упрочнения дороги и технологически сложны для обработки режущих кромок рассматриваемых инструментов. Все это вызывает необходимость проведения исследований износостойкости различных материалов и совершенствования как известных, так и разработки новых методов упрочнения. Учитывая то, что применение методов упрочнения зачастую приходится увязывать с процессами заточки и доводки режущих элементов из различных материалов, встает вопрос о разработке комплексных упрочняющих технологий.
В связи с большим разнообразием экономических возможностей предприятий назрела необходимость создания банков данных по срокам службы инструментов с учетом дифференцированной оценки затрат на инструментальные материалы и методы упрочняющей обработки.
Следует также учитывать реальность использования на многих предприятиях устаревшего оборудования и инструмента, имеющего отклонения от стандартов, что на фоне интенсивного изнашивания, приводит к резкому увеличению динамических нагрузок на режущие элементы. Для таких условий эксплуатации применение материалов повышенной износостойкости и упрочняющих технологий, как показывает практика, не дает ожидаемых положительных результатов.
Поэтому возникает необходимость разработки целостной научной концепции повышения износостойкости исследуемых инструментов на основе системного подхода к принципам выбора их конструкции, инструментальных материалов и упрочняющих технологий.
В последнее время для подобных исследований применяют моделирова
ние на ЭВМ параметров износа режущих элементов в зависимости от различ
ных факторов, что позволяет оценить эффективность применения износостой
ких материалов и методов упрочнения уже на стадии проектирования. Вместе с
тем, для использования методов моделирования прежде всего следует устано
вить аналитические зависимости параметров износа режущих элементов от ха
рактеристик качества их рабочих поверхностей, а также методов и режимов уп
рочняющей обработки, что позволяет разработать программное и методическое
обеспечение таких исследований.
і/ В связи с вышеизложенным^ исследования, направленные на разработку
концепции повышения износостойкости инструментов для обработки неметаллических материалов на основе применения новых конструкций и комплексных упрочняющих технологий, являются актуальными как для науки, так и для промышленности.
В процессе исследований теоретически обоснованы и разработаны аналитические зависимости для оценки величины износа и выкрашивания режущих элементов с учетом влияния конструктивных особенностей инструментов и динамических факторов. Также получены модели износа режущих элементов и характеристик качества поверхностей - микротвердости, шероховатости, остаточных напряжений.
На основе теоретических предпосылок и моделей разработаны новые методы электродеформационного упрочнения, усовершенствованы лазерное упрочнение и алмазное выглаживание, обеспечивающие существенное повышение износостойкости исследуемых инструментов.
Проведенные рентгеноспектральный и ренгеноструктурный анализы показали возможность с помощью разработанных методов в широких пределах управлять химическим составом и структурой упрочненных поверхностных слоев, что позволяет улучшать физико-механические свойства материалов, в частности пределы прочности при изгибе и растяжении, предел выносливости, а значит, повышать износостойкость деталей,изготовленных из этих материалов.
Моделирование условий эксплуатации инструмента позволило установить наличие значительных динамических нагрузок, во многом зависящих от его конструктивных особенностей. С целью снижения динамических нагрузок разработаны новые конструкции дереворежущих инструментов и деревообрабатывающего оборудования.
В работе разработаны принципы и методология рационального выбора , конструкций инструментов, методов упрочнения "н износостойких материалов для изготовления режущих элементов.
В результате исследований установлена сравнительная износостойкость инструментальных сталей У10А, 9ХФ, Р6М5, Х12М, опытных и серийных вольфрамокобальтовых твердых сплавов с содержанием кобальта от 6 до 25% различной зернистости; безвольфрамовых твердых сплавов ТН-20, КНТ-16,
8 КНТ-20, КНТ-30, а также сверхтвердых материалов гексанита и эльбора-Р с
учетом применения упрочняющей обработки.
Предложенные схемы технологических процессов комплексного упрочнения исследуемых инструментов обеспечивают повышение их износостойкости на 30-40 % по сравнению с неупрочненными инструментами.
Результаты работы внедрены на ряде предприятий, а разработанные модели и программы для ЭВМ используются в учебном процессе вузов.
В результате выполненных исследований осуществлено решение научной проблемы, имеющей важное народохозяиственное значение,- разработки новых конструктивно-технологических методов повышения износостойкости инструментов для обработки неметаллических материалов.
Выполненные исследования поддержаны грантами «Разработка электрофизических методов повышения стойкости дереворежущих инструментов» (1994 г.) и «Разработка научных основ повышения стойкости дереворежущих инструментов» (2001-2002 г.г.).
Влияние химического состава и структуры материалов режущих элементов на особенности их износа
Изучение разрезов лезвий резцов на стали У12 прошедших путь резания 7-10 тысяч пог.м на скорости резания 5-10 м/с показало, что карбиды этой стали играют противоизноснуго роль. Процесс износа в этом случае идет за счет 4 . вытравливания менее стойких структур вокруг карбидов.и последние выкрашиваются силами резания после того.как процесс вытравливания достигает определенного развития На скорости 5 м/с температура нагрева лезвия не превышает 200С, что не выходит за пределы теплостойкости стали У12. На скорости резания 30 - 40 м/с температура достигает 500 - 700С и более. При этой температуре твердость стали резко снижается, металлорежущие части резца пластиче- ски деформируются, а цементит изнашивается практически наравне с мартенситом [ПО].
Сложнолегированные карбиды быстрорежущих сталей практически не изнашиваются при резании даже на скоростях 50 м/с, образуя на поверхности лезвия гребешки.
Значительное снижение твердости углеродистых инструментальных сталей начинается от 200 - 300С, легированных от 300 - 500С, быстрорежущих от 500 - 700С, следовательно, затупление резцов при высоких скоростях резания происходит как результат одновременного воздействия на них высоких температур и механических нагрузок. Это дает основание классифицировать подобный вид износа как термомеханический [71]. При этом наблюдается интенсивный рост всех параметров износа, т.е. происходит приработочный износ. Он заканчивается на пути резания около 800 - 1000 м. После отлома кончика \ резца, вследствие абразивного воздействия посторонних частиц и частиц древе-. сины, произойдет закругление углов в месте отлома и одновременно начнется : износ истиранием по задней грани. Износ режущих кромок через 1000 и пути резания составляет 50% общего износа на пути 5000 м. Дальнейшее изнашивание происходит в основном по задней поверхностирезца. Параметр Аз превышает износ по передней границе Ал в 1 5 - 1,7 раза. Радиус округления режущей кромки р имеет лишь слабую тенденцию к увеличению и не может служить однозначным показателем износа резцов, как это имеет место при обработке древесины. Линейное изнашивание резца Ам по биссектрисе угла заострения отстает в росте от износа по передней и задней поверхностям.
Прямое химическое растворение металла при взаимодействии с химиче «и скими соединения, входящими в состав древесины,теоретически возможно, но в большинстве практических случаев резания маловероятно, поскольку эти вещества слабо агрессивны по отношению к инструментальным материалам [66]. Результаты исследований износостойкости твердосплавного инструмента позволяют отметить особенности его износа. Так Моисеев А.В. считает, что в процессе резания износ резца происходит по линии менее износостойкой части твердого сплава кобальта, а истирание зерен карбида вольфрама наблюдается очень редко и только для особо крупных зерен [110], В.В. Амалицкий [4] отмечает следующие особенности износа твердосплавного резца при обработке цементностружечных плит (ЦСП). На первом этапе резания независимо от марки твердого сплава большую роль в износе твердого сплава играет процесс его термоциклической усталости. Напряженно-деформированное состояние поверхностных слоев вызывает зарождение микротрещин с последующим их раскрытием [2 32 j Изменения в структуре кобальта, связанные с повышением плотности дислокаций в кристаллической решетке, начинается с первых циклов нагруже-ния и заканчивается образованием микроскопических трещин, которые сливаются в магистральную трещину. Когда ее длина достигает критической величины, происходит разрушение. Продукты износа в виде субмикроскопических частиц кобальта удаляются из зоны резания [97,98,184]. В тоже время указывается и возможность разрушения зерен карбида вольфрама. Отмечается, что разрушению подвержены зерна крупных размеров, реже средних. Практически не обнаружены случаи разрушения мелких зерен [4, 77, 87, 185]. Характер износа резцов из сверхтвердых материалов (СТМ), проявляющийся в преобладающем росте фаски по задней поверхности резца, аналогичен износу твердосплавного инструмента. В результате усталостного механизма разрушения по границам зерен связки и по межфазным границам происходит отделение частиц материала связки и вырывание зерен кубического нитрида бора. В качестве связки применяется оксид алюминия и титан [142]. В работах А.В. Чичинадзе [167,205] приведены результаты исследований по оптимизации параметров изнашивания для антифрикционных и фрикционных полимерных материалов. Результаты исследований зависимости коэффициента трения от скорости скольжения показывают, что на эту зависимость влияют многие факторы, связанные с состоянием поверхности скольжения, что объясняет резкие различия в полученных данных. Основным безразмерным критерием, оценивающим механическую составляющую трения, является относительное внедрение неровности, представляющей собой отношение yg, где й - глубина внедрения, R - радиус единичной микронеровности, моделируемой обычно в виде сферы. Чем больше шероховатость поверхности и больше нагрузка, тем больше механическая составляющая. В случае единичного пластического контакта с увеличением нагрузки механическая составляющая коэффициента трения /м возрастает в степени Л, а адгезионная составляющая остается неизменной. Величина суммарного коэффициента трения / уменьшается с увеличением твердости и радиуса единичной неровности поверхности. При упругом контакте коэффициент трения переходит через минимум при увеличении нагрузки и монотонно уменьшается при увеличении модуля упругости. Доля механической и адгезионной составляющих в суммарном коэффициенте трения зависит от нагрузки, шероховатости поверхности, механических свойств, молекулярных характеристик материалов пары трения, а также условий контактирования. Известные механизмы изнашивания полимерных материалов по стали объединяются в следующие основные группы: усталостный, абразивный, адгезионный. В некоторых случаях абразивное изнашивание рассматривается как частный случай усталостного процесса 7 %05,Щ% сЪч ЬЬ "2 9] Использование этих данных позволяет наметить пути снижения износа инструмента в условиях обработки таких материалов как гетинакс и стеклотекстолит. Изучение механизма разрушения показало, что активной составляющей изнашивания можно считать хрупкое выкрашивание зерен, которое происходит путем циклического расшатывания и вырыванием их под действием сил трения. Крупные зерна могут подвергаться микроразрушению. Отделение зерен происходит по связке с образованием в ней микротрещин [15,16,189, 202].
Моделирование параметров, влияющих на износ инструментов
Анализ зависимостей для расчета величины износа 2.5, 2.16 и выкрашивания 2.22 позволяет отметить, что основными параметрами, входящими в эти формулы, можно управлять с целью повышения стойкости инструментов.
Основное влияние на величину износа оказывает модель упругости и предел прочности материала на растяжение. С увеличением модуля упругости и предела прочности материала на растяжение наблюдается снижение износа. Также износ снижается при уменьшении значения комплекса шероховатости Д и уменьшения параметра кривой фрикционной усталости ty .
Для снижения величины выкрашивания необходимо повышать предел выносливости рабочих частей инструментов, уменьшать коэффициенты концентрации и качества поверхности. Для повышения предела выносливости рабочих частей инструмента следует выбрать материал с высоким пределом выносливости, уменьшить шероховатость и применять упрочняющую обработку.
Моделирование износа ряда инструментов позволяет отметить, что при небольших силах резания и минимальных ударных нагрузках повышенной износостойкостью будут обладать сверхтвердые материалы гексанит и эльбор-Р, а также безвольфрамовые твердые сплавы ТН-20, КНТ-16, КНТ-20, КНТ-30.
При силах резания от 6 до 20 Н/мм и динамическом коэффициенте Ад = 1,2-1,5 целесообразно применение вольфрамокобальтовых твердых сплавов с содержанием кобальта от 6 до 25 % и размером зерна карбида вольфрама от 1 до 6 мкм. При силах резания до 8 Н/мм и динамическом коэффициенте Ад = 1,0-1,2 целесообразно применение твердых сплавов с содержанием кобальта 6-10% и размером зерен карбида вольфрама 1-3 мкм. С увеличением сил резания до 12-20 Н/мм и Кд до 1,4-1,5 необходимо выбирать твердые сплавы с содержанием кобальта 20-25 % и размером зерен карбида вольфрама 3-6 мкм.
При больших силах резания 26-30 Н/мм и динамическом коэффициенте Ад = 1,6-1,8 целесообразно применение сталей Х12М, Р6М5, Х6ВФ, несмотря на то что износостойкость их может быть значительно ниже, чем вольфрамо-кобальтовых твердых сплавов. Снижение износа инструментов обеспечивается при снижении шероховатости их рабочих поверхностей Ra до 0,16-0,08 мкм, увеличении радиусов вершин неровностей до 1500-3000 мкм, повышении микротвердости, формировании в поверхностном слое остаточных напряжений сжатия. Анализ методов упрочнения показывает, что такое сочетание характеристик качества рабочих поверхностей обеспечивает алмазное выглаживание. Однако этот метод недостаточно исследован для обработки вольфрамокобаль-товых твердых сплавов, БВТС и сверхтвердых материалов. Электроискровое легирование позволяет достичь повышения микротвердости поверхности. Вместе с тем электроискровое легирование также имеет недостатки: большую шероховатость Ra = 0,63-1,25 мкм, значительную пористость и неоднородность покрытия. Лазерное упрочнение позволяет повысить микротвердость поверхностей. Однако при лазерном упрочнении возникают напряжения растяжения, что может отрицательно сказаться на износостойкости упрочняемого инструмента. Доводка абразивными и алмазными пастами может быть использована для различных инструментальных материалов, в том числе и сверхтвердых. Недоєні татками доводки являются небольшая производительность и сложность обеспе-: чения повышения микротвердости. Поэтому необходимо совершенствование методов поверхностного упрочнения и финишной обработки с целью снижения отмеченных недостатков и использования их для повышения износостойкости исследуемых инструментов. Таким образом, можно сделать следующие выводы: 1) установлены аналитические зависимости для оценки величин усталостного износа и выкрашивания этих инструментов и определены основные параметры, необходимые для расчетов; 2) разработаны принципы моделирования и модели износа, а также выкрашивания режущих элементов инструментов, характеристик качества рабочих поверхностей и установлены возможности управления этими параметрами с помощью технологических методов упрочняющей и размерной обработок. Существенное различие в конструкции и условиях эксплуатации инструментов, применяемых для обработки неметаллических материалов, вызывает необходимость совершенствования известных методов поверхностного упрочнения или разработки принципиально новых методов. В ряде случаев необходимо усовершенствовать конструкцию инструментов, что позволяет использовать износостойкие материалы для изготовления рабочих частей и эффективно применять методы поверхностного упрочнения и финишной обработки с целью повышения износостойкости этих инструментов.
Анализ эксплуатации инструментов на предприятиях показывает, что применение различных методов повышения износостойкости оказывается неэффективным из-за неудачной конструкции этих инструментов. Это связано с тем, что увеличение радиального или торцевого биения, дисбаланс может резко снизить .износостойкость упрочненных инструментов. Также существенное снижение износостойкости происходит, если ножи неверно выставлены или ненадежно закреплены. В связи с этим вопросы совершенствования конструкции инструментов приобретают большое значение.
Для разделительных штампов большое значение имеет надежное крепление пуансонов и матриц, особенно вставок матриц, изготовленных из материалов повышенной износостойкости. Предложенная нами схема крепления вставок матриц (рис. 3.1) позволяет уменьшить время для их снятия и установки, снизить число крепежных деталей.
Образцы и оборудование для исследований влияния методов упрочнения на износостойкость инструментов
С повышением величины износа и выкрашивания режущих элементов уменьшается их контурная площадь контакта (КПК) с поверхностью среза слоистого пластика (рис. 5.8). КПК с увеличением числа ударов до 500 тыс. изменяется по линейному закону. Уменьшение КПК можно объяснить ухудшением качества поверхности среза слоистого пластика с увеличением числа ударов штампа до 300 тыс. (рис. 5.9). Как видно на профилограммах и фотографиях поверхностей среза, по мере изнашивания режущих элементов увеличиваются высотные параметры шероховатости, а также размеры вырывов, что приводит к уменьшению КПК и повышению давлений, действующих на рабочие поверхности пуансона и матрицы при увеличении их износа. На рис. 5.10 показано изменение давлений на боковые поверхности пуансона при пробивке гетинакса и стеклотекстолита. Полученные данные изменения давлений удовлетворительно описываются линейной функцией. Как при штамповке гетинакса, так и стеклотекстолита повышение числа ударов до 500 тыс. приводит к увеличению давлений в среднем на 35-40%. Экспериментально установлено, что число контактирующих неровностей среза пластика приблизительно равно их числу на КПК. Число циклов трения до появления продуктов износа составляет 20-30 тыс. Указанные факторы свидетельствуют о том, что контакт режущих элементов штампа и среза пластика - упругий, насыщенный [104-106,134].
На рис. 5.11 приведены результаты исследований изменения касательной силы в процессе резания дубовой заготовки ножом для фрезерования. Можно отметить, что при продольном резании сила увеличивается до появления скалывающей трещины, а в дальнейшем происходит уменьшение силы резания. При поперечном резании также происходит увеличение силы по мере врезания, затем после появления скалывающей трещины сила уменьшается,, а в дальнейшем при врезании ножа в неповрежденные слои древесины происходит дальнейшее увеличение силы резания до появления новой скалывающей трещины.
Таким образом, процесс поперечного резания осуществляется при циклическом увеличении до максимума и снижении силы резания. Наибольшая сила наблюдается при торцевом резании. Однако скалывающая трещина может и не появиться до тех пор, пока заготовка полностью не будет перерезана. Таким образом, можно отметить, что в процессе резания сила, действующая на нож циклически, увеличивается от нуля до некоторого максимального значения, а затем уменьшается от максимума до минимального значения или до нуля. В табл. 5.1 приведены значения частоты циклов и величин сил, дейст-I _ вующих 4ia резец при различных видах деревообработки. Следует отметить, что число циклов может доходить до 24 і О4 циклов в час, а величина силы доходит до 22,86 Н/мм. На рис. 5.12 приведены профилограммы передней поверхности ножа при фрезеровании дубовых заготовок. Можно видеть, что по мере износа резца высотные параметры шероховатости уменьшаются. Высотные параметры шероховатости среза заготовки увеличиваются (рис. 5.13). Результаты исследований изменения параметров шероховатости поверхности ножа из твердого сплава ВК20 в процессе фрезерования дубовых заготовок приведены в табл. 5.2. Можно отметить, что в процессе изнашивания высотные параметры уменьшаются, а радиус микронеровностей увеличивается. Коэффициент трения в основном зависит от высотных параметров шероховатости и радиусов вершин неровностей контактирующих поверхностей (рис. 5.14, 5.15). В результате проведенных исследований определены значения коэффициента трения, силы резания и параметров шероховатости. Эти данные необходимы для оценки износа и износостойкости исследуемых инструментов. Значения коэффициентов, учитывающие динамические и эксплуатационные факторы, приведены в табл. 5.4. Расчетные значения средних температур составили 200-300С, температуры вспышки - 500-600С, а экспериментальные значения - 60-140С. Для установления рациональных методов обработки и упрочнения возникает необходимость исследований. В процессе исследований целесообразно установить зависимости: методы, режимы обработки или упрочнения - характеристики качества рабочих поверхностей - износ рабочих поверхностей - износостойкость инструментов. Наибольшее влияние на толщину покрытия, микротвердость и шероховатость оказывает величина рабочего тока. Результаты исследования влияния величины рабочего тока электродеформационного упрочнения на толщину покрытия (рис. 6.1) показывают, что с увеличением тока от 0,5 до 5 А толщина покрытия увеличивается с 5 до 48 мкм. Микротвердость также увеличивается с 6,3 до 8,2 Гпа с возрастанием силы рабочего тока от 0,5 до 5 А (рис. 6.2). Сила рабочего тока оказывает значительное влияние и на шероховатость. С повышением силы рабочего тока от 0,5 до 5 А шероховатость Ra упрочненной поверхности возрастает от 0,5 до 5 мкм (рис. 6.3). Толщина покрытия, микротвердость и шероховатость также возрастают с увеличением напряжения и емкости конденсаторов. Исследование стойкости ножей проводилось при обработке дубовых заготовок на рейсмусовом станке СР6-7. Ножи были изготовлены из стали 8Х6НФТ, твердостью HRC 56-58. В результате исследований установлено (рис. 6.4), что увеличение рабочего тока от 0,5 до 1 А приводит к увеличению стойкости ножей с 24 до 25 ч. Дальнейшее увеличение рабочего тока от 1 до 5 А способствует снижению стойкости с 25 до 11 ч.
Исследование химического состава и структуры материалов после упрочняющей обработки
При обработке инструментом с большим радиусом деформируются в основном вершины выступов шероховатости, что и обусловливает увеличение их радиуса с повышением радиуса алмаза. Высотные параметры шероховатости, как правило, возрастают при увеличении давления алмаза, который в этом случае оставляет на обрабатываемой поверхности более глубокие следы. Однако в процессе выглаживания на исследуемых режимах формируется вполне определенный микрорельеф с шероховатостью не превышающей Ra 0,80 мкм. В том случае, если исходная шероховатость превышает Ra 0,80 мкм, с увеличением силы выглаживания параметр Ra снижается. При увеличении числа проходов происходит сглаживание выступов и заполнение впадин шероховатости дефор-мируемым твердым сплавом, в результате чего снижаются высотные параметры шероховатости и возрастают радиусы неровностей. Закономерность изменения комплекса Д при выглаживании во многом зависит от того, как изменяются высотные параметры шероховатости и радиусы неровностей.
Анализ результатов исследований показал, что путем изменения силы выглаживания, радиуса алмаза и числа проходов можно повышать микротвердость твердосплавных поверхностей до 40%, радиус впадин от 30-60 до 360-450 мкм, выступов от 50-80 до 700-800 мкм и снижать Д на порядок.
Алмазное выглаживание образцов из сплава ВК20 с силой 200 Н, радиусом алмаза 1,5 мм, числом проходов -4 после алмазного шлифования позволяет увеличить до 50% опорную длину профиля микронеровностей и до 80% значения остаточных напряжений сжатия по сравнению с обработкой только алмазным шлифованием (рис. 6.15, 6.16).
Алмазное шлифование этих же образцов производилось на режимах, рекомендуемых для пуансонов и матриц разделительных штампов [68,148,194].
Однако следует отметить, что увеличение силы выглаживания свыше 250 Н в процессе обработки инструментом с радиусом алмаза 0,5 мм может привести к появлению микротрещин в поверхностном слое и даже сколам кромки. Видимо, возникшие при выглаживании на таких режимах напряжения в твердом сплаве превышают его предел прочности на растяжение или изгиб.
В связи с этим, для установления рациональных режимов алмазного выглаживания необходимы исследования влияния силы выглаживания, радиуса алмаза и числа проходов на износ режущих элементов, изготовленных из различных твердых сплавов.
Результаты исследований влияния режимов алмазного выглаживания на износ режущих элементов в процессе штамповки гетинакса (рис. 6. 17) позво-/ лили установить, что износ этих деталей снижается на 10-15% при увеличении силы выглаживания от 100 Н до 250 Н. Дальнейшее повышение силы выглаживания до 400 Н приводит к повышению износа в среднем на 15%. При силе выглаживания 200-250 Н износ режущих элементов минимальный, что можно объяснить благоприятным сочетанием микротвердости и параметров шероховатости изнашиваемых поверхностей. Величина радиуса алмаза выглаживающего инструмента также оказывает существенное влияние на износ. У режущих элементов из сплавов, содержащих 6-10% кобальта, с увеличением радиуса алмаза от 0,5 до 1 мм износ снижается в среднем на 8-10%. Дальнейшее увеличение радиуса алмаза до 2 мм приводит к росту износа примерно на такую же величину. У рабочих элементов, изготовленных из сплавов с содержанием кобальта 15-25%, износ снижается на 6-10% при увеличении радиуса алмаза от 0,5 до 1,5мм. Увеличение радиуса алмаза до 2 мм способствует повышению износа на 5-6%. Таким образом, минимальный износ режущих элементов, изготовленных из сплавов, содержащих до 10% кобальта, наблюдается, если обработка проводилась инструментом с радиусом 1 мм, а рабочих элементов из сплавов с содержанием кобальта от 15 до 25% - с радиусом алмаза 1,5 мм. Это связано с тем, что сплавы, содержащие кобальта до 10%, обладают повышенной твердостью и поэтому требуется увеличение давления алмаза при выглаживании по сравнению со сплавами, содержащими кобальта от 15 до 25%. Необходимо отметить, что закономерности влияния силы выглаживания и радиуса алмаза на износ режущих элементов, обрабстанньїхдвухинденторньїм 184 и вращающимся инструментом, отличаются незначительно. Увеличение числа проходов до 4 при обработке двухинденторным инструментом способствует уменьшению износа (рис. 6.18). Дальнейшее повышение числа проходов заметного уменьшения износа не вызывает. При выглаживании вращающимся инструментом число проходов существенного влияния на износ не оказывает. Установлено, что эффективность выглаживания как двухинденторным, так и вращающимся инструментом возрастает с повышением содержания кобальта в сплаве и размера основной массы зерен WC-фазы. Так, по сравнению с алмазным шлифованием. алмазное выглаживание обеспечивает снижение износа рабочих элементов, изготовленных из сплавов ВК6М, ВК6 и ВК6С, до 20-30%. Выглаживание рабочих элементов из сплава ВК25 способствует уменьшению износа на 30-40%, а рабочих элементов из сплава ВК20К на 60-70%. Аналогичные результаты получены и при исследовании износа пуансонов и матриц штампов для пробивки и отрезки стеклотекстолита (рис. 6.19). Полученные данные можно объяснить тем, что с увеличением содержания кобальта и размера основной массы зерен карбидной фазы возрастает толщина кобальтовой прослойки, а значили повышается эффективность упрочнения. Алмазное выглаживание, в отличив от алмазного шлифования, обеспечивает снижение величины выкрашивания рабочих элементов из сплава ВК6М на 10-20%, ВК6 - 10-30% и ВК6С - 40-50% (рис. 6.20). Уменьшение выкрашивания, видимо, обусловлено увеличением выносливости твердого сплава после выглаживания. Анализ полученных данных показывает, что при выглаживании на режимах, обеспечивающих минимальный износ рабочих элементов, микротвердость их поверхностей составляет 22-23 ГПа, шероховатость - Ra 0,63-0,32 мкм, радиусы выступов - 600-700 мкм, впадин -350-400 мкм.
