книги из ГПНТБ / Гоголев, А. Я. Влияние антифрикционных покрытий на износ металлообрабатывающего инструмента

вергаются очень сильному нагреванию, которое глубоко изменяет состояние поверхностных слоев, по которым происходит скольже­ ние, оно изменяется от интенсивного пластического течения при более низких скоростях до плавления при больших скоростях [43].

Рис. 7, а показывает рост температуры резания с увеличением

свободных связей поверхностных атомов металла без нарушения их

и сохраняться при температурах, возникающих при резании. Про­ цесс резания значительно облегчается. Наблюдения за состоянием режущей кромки показывают, что наростообразование при этом протекает менее интенсивно, а это способствует уменьшению ше­ роховатости обработанной поверхности.

Если химически активная жидкость обладает средством с обра­ батываемым металлом, ее элементарные частицы, проникнув в зо­ ну контакта, будут прочно присоединяться к металлической по­ верхности, т. е. адсорбироваться на пей. В результате они обра­ зуют новую поверхность, по которой и происходит скольжение. Поскольку при этом непосредственное соприкосновение металличе­ ских поверхностей хотя бы частично предотвращается, то трение уменьшается.

Влияние покрытий инструментов на усилия резания, температуру в зоне обработки

Величина и направление силы, возникающей при резании, яв­ ляются важными характеристиками этого процесса. От величины

40

4Х14Н14В2М и стали 50 опытные значения в 1,3—1,6 раза боль­

Испытания отрезных резцов с никель-фосфорным покрытием показали также уменьшение усилий Р/. по сравнению с непокрыты­ ми резцами. Технология покрытия твердосплавных пластинок из сплава Т5К10 состояла в декапировании в 15%-ном растворе сер­ ной и соляной кислот, меднении и электрохимическом никелирова­ нии в электролите, содержащем ортофосфорную кислоту.

•42

43

Характер изменения Р* и Рх при обработке инструментами! покрытыми твердыми смазками, пе отличается от графика усадки стружки — скорость резания, но при некоторых покрытиях имеет! свои особенности. При обработке стали 4Х14Н14В2М резцами Q пластинками Т15К.6, покрытыми дисульфидом молибдена на метал­ лической основе, отмечено монотонное снижение сил Р* и Рх при

лие Рг в начале обработки было на 17% меньше, чем при обработке непокрытой пластинкой, а начиная со скорости 57 м/мин оно остава­ лось для обеих пластинок одинаковым. Усилие же Рх в начале об­ работки было почти в 2 раза меньше, чем при обработке непокрытой пластинкой, а при скорости 71 м/мин уменьшение этого усилия со­ ставляло 1,4 раза. По-видимому, на стойкость покрытия повлиял температурно-скоростной фактор.

Результаты испытаний приведены в табл. 6.

По данным измерении построена зависимость величины усилий Рг и Рх от скорости обработки для пластинок с покрытием и без

Рис. 8. Зависимость усилия резания от усадки стружки и скорости резания при точении стали 4Х14Н14В2М

44

4Х14И14В2М, а кривые 2 и 2' — к стали 50 (Я и 21 для резцов, покрытых твердой никель-фосфорной смазкой).

Снижение усилий резания при точении имеет место и при дру­ гих видах покрытий. Были испытаны проходные резцы с пластин­ ками из Т15К6, покрытыми на основе M0S2 по припою, состояще­

ростп; при работе резцами с покрытием происходит небольшое сни­ жение величины Ру. ПО сравнению с резцами без покрытия. Более значительная разница наблюдалась в величине усилия Рх.

Уменьшение усилия Рх для покрытых резцов может быть, объ­ яснено, по-видимому, снижением сил трения на передней поверх­ ности вследствие уменьшения коэффициента внешнего трения.

Влияние покрытий инструментов на усилия резания и темпера­ туру аналогично влиянию смазочпо-охлаждающнх жидкостей. Из­ вестно, что СОЖ, применяемые при резании, оказывают влияние не только на понижение температуры инструмента, но и на умень­ шение трения, облегчение процесса стружкообразования, а следо­ вательно, и на снижение сил, действующих на инструмент.

СОЖ и химически активные жидкости уменьшают силу Р*, при­

повышении скорости резания. Известные зависимости силы реза­ ния от скорости аналогичны зависимостям усадки стружки от ско­ рости, т. е. чем с большими деформациями по условиям работы бу­ дет протекать процесс стружкообразования, тем большую силу не­ обходимо приложить к резцу для осуществления этого процесса.

Испытания химически активной жидкости, разработанной в Но­ вочеркасском политехническом институте и имевшей состав: Na«0 — 7%; Si02 — 7%; СЮ* — 0,5% .-СкзРЫО'. — 5%; вода—80,5%, показали снижение сил резания на 10—15% с сохранением харак­ тера изменений Р* и Рх, как для обычных СОЖ [69].

При обработке стали 4Х14Н14В2М произведены измерения тем­ пературы с помощью естественной термопары (сталь 4Х14Н14В2М

— твердый сплав Т15К6) с покрытием и без него.

Тарирование естественной термопары было произведено в рас­ плавленном олове при остывании тигля с парой 4Х14Н14В2М — твердый сплав Т15К.6 с покрытием и без него.

Результаты измерений показали, что температура у покрытых

45

пластинок в зоне резания была выше, чем у непокрытых. По-види­ мому, это можно объяснить тем, что теплопроводность данного ви­ да покрытия меньше, чем у твердого сплава, и вследствие этого отвод тепла несколько затруднен.

карбидного класса марки 4Х14Н14В2М. В этом случае технология

получения прочной связи пленки с поверхностью пластинок, после

Температура резания определялась методом естественной тер­ мопары сталь 4Х14Н14В2М — твердый сплав Т15К6. Для исклю­ чения влияния паразитных т. э. д. с. было применено механическое крепление пластин к специальной державке. Заготовка и резец изолировались от станка специальными прокладками. Токоотвод с пластинки осуществлялся через контактный стержень из сплава Т15К6, который надежно прижимался к подошве пластинки вин­ том, установленным в съемном кронштейне державки. Контактные плоскости пластинки и стержня обрабатывались до VJ4. Между торцами винта и стержнем помещался контакт для отводящего медного провода. Место соединения провода.со стержнем было от­ несено от зоны резания. Второй провод термопары подсоединялся через вращающийся контакт к гальванометру и параллельно к ос­ циллографу модели Н-102.

Для последующей расшифровки показаний гальванометра и ос­ циллограмм было произведено тарирование естественной термопа­ ры в расплавленном олове при остывании тигля с парой сталь

46

4Х14Н14В2М — твердый сплав Т15К6. Процесс градуирования ре­ гистрировался на пленке осциллографа по гальванометру.

По результатам измерении при испытаниях для случая обра­ ботки с охлаждением построены кривые зависимости роста темпе­ ратуры от скорости резания (рис. 9). На рис. 9 показана зависи­ мость t°=f(v) для пластинок без покрытия (кривая /) и зависи­ мость t°=f(v) для пластинок с покрытием (кривая 2).

Одновременно с проведением температурных испытаний изме­ рялся износ резца. За критерий затупления принимался износ пла­ стинок по задней грани на величину 0,25 мм. Измерение произво­ дилось на инструментальном микроскопе с ценой деления 0,1 мм. Результаты измерений по задней грани hs для двух пластинок с покрытием (кривая 2) и без покрытия (кривая 1) при обработке без охлаждения представлены на рис. 10, а в зависимости от пути резца L в километрах. Кривые для других пластинок не изображе­ ны, так как они имели аналогичный характер.

варительной обработкой активным металлом (галлием) износ рез­ цов в начальный период резания уменьшался. При выбранной ве­ личине критерия затупления износ у покрытых пластинок был меньше в 1,5 раза. Уменьшение износа можно объяснить сниже­ нием коэффициента внешнего трения стружки о переднюю и зад­ нюю поверхности и соответствующим снижением температуры на рабочих поверхностях пластинок.

• Эту же сталь обрабатывали резцами, оснащенными пластинка­ ми твердого сплава Т15К6, покрытыми твердой смазкой состава: бура — 50%, карбид бора — 30%, нитрид бора — 20°/°- После на­ несения покрытия пластинки выдерживали в печи при температу­

47

чи в течение восьми часов усилия резания Р* и Р.ч па 20—22% ни­ же, чем при обработке пластинками, покрытыми тем же составом твердой смазки, но с выдержкой в печи. в течение четырех часов. Очевидно, при большей выдержке термодпфсрузпопные процессы насыщения поверхностного слоя инструмента твердой смазкой проходят на большую глубину, и в результате поверхностный слой получает более высокую твердость и большую величину остаточ­ ных сжимающих напряжений.

Значительно лучшие результаты показало покрытие пластинок твердого сплава Т15К6 с применением глубокого травления в раст­ воре серной, ортофосфорпой и соляной кислот п в нанесении тон­ чайшего слоя припоя, состоявшего из 13% олова, 27% свинца, 50% висмута и 10% кадмия.

Затем механическим путем па поверхность был нанесен' слой дисульфида молибдена. Пластинками с этим покрытием были об­ работаны заготовки из стали 4Х14Н14В2М и стали 50. Геометрия заточки была у всех пластинок одинаковой и имела следующие данные ср = 90°, cpi = 9°, а=10°, cci = 6°, v = 0, /.=0. Обработка произ­ водилась без охлаждения. При обработке стали 4Х14Н14В2А1 с по­ дачей 0,08 мм/об и глубиной резания 3 мм усилие Р>. в начале об^ работки было на 20% меньше, чем при обработке непокрытой пла­ стинкой, а к концу обработки оно для обеих пластинок стало оди­ наковым. Усилие же Рх в начале обработки было более чем в 2 ра­ за меньше, чем при обработке непокрытой пластинкой, а к концу обработки это уменьшение составило 1,3 раза.

Обработка стали 50 производилась с целью определения изно­ состойкости покрытых и непокрытых пластинок. Заготовка дпамет-

Рис. 10. Влияние покрытий на износ резцов в зависимости от пути резца и времени работы при точении стали

48