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

Уменьшение износа инструментов может быть достигнуто ме­ тодом нанесения суспензии, состоящей из естественного M 0 S 2 , связки и растворителя с последующей полимеризацией, в результа-

лаждением эмульсолом 5%-ной концентрации и стали 50— без ох­

* В числителе — со смазкой, в знаменателе — без смазки.

Характер зависимости величины износа от общей длины про­ сверленных отверстий при обработке сталей 1Х18Н9Т и 50 изобра­ жен на графике (см. рис. 15).

На рис. 15, 'г кривые / и 2 получены при обработке стали 1Х18Н9Т, а кривые 3 — стали 50.

Испытания сверл, покрытых дисульфидом молибдена, окисью свинца, фенолформальдегидной смолой, показали, что применение твердой смазки такого химического состава дает повышение стой­

окиси свинца, мелкодисперсного свинца и графита, можно сделать

большее повышение стойкости сверл. Это объясняется тем, что при покрытии смазкой, состоящей из дисульфида молибдена, окиси свинца, фенолформальдегидной смолы, по-видимому, недостаточ­ но обеспечивается сцепление твердой смазки с поверхностью свер­ ла: при проведении испытаний у некоторых сверл наблюдалось скалывание твердой смазки при сверлении первых же отверстий.

71

При обработке стали 1Х18Н9Т были проверены сверла с покры­ тием па основе природного дисульфида молибдена с разными связующими. В качестве связующих были взяты силикат натрия и смесь силиката натрия с эпоксидной смолой ЭД-5. Технология на­ несения покрытий состояла из следующих этапов: обезжиривание в органических растворителях, нанесение покрытия, охлаждение на воздухе, в масле, в воде и сушка.

Обработка .производилась на раднально-сверлильно'м станке модели 2А55 со скоростью 13,2 м/лшн (300 об/мин) с подачей 0,2 мм]об с применением охлаждения 5%-ным эмульсолом. Сверла применялись диаметром 14 мм из стали Р18.

Испытания производились до полного износа сверл, износ изме­ рялся по задней поверхности на периферии режущей кромки через 2, 5 и 10 просверленных отверстий глубиной 35 мм.

После испытаний покрытых сверл была произведена переточка их, и в аналогичных условиях их испытывали вновь.

По результатам испытании построен график зависимости изно­ са сверл h3 , мм от суммарной длины просверленных отверстий L, м

На основании этих результатов можно сделать выводы о том, что охлаждение сверл в масле после нанесения покрытий увеличи­ вает адгезионную прочность покрытия, охлаждение же в воде уменшает ее.

Рис. 16. Зависимость износа-сверл от общей длины просверленных отверстий при обработке стали 1Х18Н9Т и 50 сверлами диаметром 14 мм из стали Р16

72

активной жидкости СОЖ-НПП-З в сравнении с применяемой в на­ стоящее время в промышленности 5%-ной водной эмульсией были проведены испытания при сверлении отверстий диаметром 14 мм и глубиной 35 мм в заготовках из стали 50 с подачей'0,15 мм/об при скорости 21,6 м/мин.

Результаты испытаний представлены на рис. 16, б, в, на кото­

мохимической реакции взаимодействия поверхности режущей кром­ ки сверла с содержащейся в СОЖ-НПИ-3 окисью кремния с обра­ зованием термостойкой и износостойкой пленки.'

При сверлении сталей стойкость сверл при оптимальных режи­ мах резания обычно составляет 30—50 мин. Проведенные испыта­ ния по определению стойкости сверл, покрытых твердыми смазка­ ми различных составов, показали реальную возможность увеличе­ ния режимов резания и, следовательно, производительности труда.

Испытания при подаче s = 0,2 мм/об и смазкой MoS2 дали ре­ зультаты, приведенные в табл. 15.

* В числителе —• со смазкой, в знаменателе — без смазки.

Как видно из табл. 15, применение твердой смазки позволило увеличить числа оборотов шпинделя станка для стали 16ГНМА с

73

связок о металл, является коэффициент трения, поэтому режущие свойства инструмента во многом зависят от связки.

Одним из способов повышения эксплуатационных свойств абра­ зивного инструмента является создание кругов на базе новых свя­ зующих и абразивов. Представляют интерес способы изменения технологической среды путем введения в абразивный инструмент специальных наполнителей. Известны различные наполнители для кругов на органической связке: криолит, теллур, сурьма, пирит. Кроме того, применяются круги с графитом наполнителем и напол­ нителем MoSo.

В работе [75] говорится о положительном влиянии теллура на обрабатываемость нержавеющей стали, в работах [76, 77] — о влиянии алюминиевого наполнителя на качество поверхностного слоя титановых сплавов ВТ-1, ВТЗГ 1. В этих исследованиях отме­ чается интересный факт внедрения атомов алюминия в кристалли­ ческую решетку титана, а улучшение шлифования вызвано некото­ рым охрупчиванием титана вследствие проникновения в его решет­ ку алюминия, т. е. проявляется адсорбционный эффект облегчения деформации металла.

Изучение современных органических материалов показывает, что для абразивных отрезных кругов основой связки могут служить эпоксидные смолы [79]. Обладая рядом ценных-физико-механиче­ ских свойств, высокой реакционной способностью, они могут под­ вергаться различным превращениям, приобретать модификации, вследствие чего можно создавать материалы с заданными физикомеханическими свойствами.

Отвержденные смолы обладают достаточной прочностью, эла­ стичностью, хорошей адгезией с большинством материалов, тепло­ стойкостью.

Нами установлена возможность использования эпоксидных смол в качестве связующего для отрезных абразивных кругов. Ос­ новой для связующего служила низкомолекулярная смола марки

Составные части выбранной образивной композиций в количе­ ствах, рассчитанных по рецептуре и объему отрезного круга, тща­ тельно перемешивали при температуре 70—80°С и вводили отвердптель. Готовую формовочную массу равномерно наносили по всей поверхности прессформы, нагретой до 70—80°С, затем подвергали прессованию. Отверждение производили при температуре. 120— 140°С в течение четырех часов.

Предварительные испытания отрезных кругов, изготовленных по описанной технологии, показали, что они обеспечивают более высокие режущие свойства по сравнению с кругами на бакелитовой и вулканитовой связках.

Особенность отрезных кругов на эпоксидной связке состоит в сочетании ynpynfx, высокоэластичных пластических свойств, а вы­ сокий модуль упругости эпоксидной связки придает инструменту высокую износостойкость.

Одним из факторов, повышающих стойкость круга, является прочное закрепление зерна абразггва в связке. Ситовой анализ от­ ходов абразивной резки кругами на эпоксидной связке показывает, что из этих отходов извлекается всего 10—15% абразивных зерен, имеющих исходные размеры, остальные зерна имеют размеры, зна­ чительно меньше исходных вследствие их износа при резании. Та­ кое эффективное использование абразивов в отрезных кругах с эпоксидной связкой объясняется тем, что абразивные зерна доста­ точно прочно закрепляются в эпоксидной связке вследствие ее ре­ акционной способности.

Повышение эксплуатационных свойств абразивного инструмен­ та на органической связке может быть достигнуто введением в ее

кремния). Во втором случае круги были изготовлены из связующе­ го (эпоксидная смола), абразивного порошка (карбид кремния)

ся керосин.

Результаты сравнительных испытаний зависимости класса чис - тоты поверхности от времени работы приведены на рис. 17, где

75

1. При резании металлов даже при подаче СОЖ редко сущест­ вует жидкостное трение и обычно поверхности металла и инстру­ мента разделены граничным слоем молекулярной толщины. Так, при скоростях резания более 100 м/мин смазка контактных поверх­ ностей становится' невозможной и между деформируемым метал­ лом и инструментом возникает непосредственный контакт. При этом вследствие трения наблюдается подслойное течение более мягкого металла. Коэффициент трения в подслое этого металла из­ меняется в узких пределах, согласно вычислениям его величина может принимать значение 0,39—0,45.

2. Испытание твердосплавных резцов, покрытых механическим путем смазкой, состоящей из графита, дисульфида молибдена п свинца, по тонкому слою сплава Вуда с ртутью с последующим спеканием материала покрытия, показали, что хотя нагрев не­ сколько, повышает прочность связи покрытия с инструментом, но при этом ухудшаются антифрикционные свойства, в результате че­ го стойкость повышается незначительно.

3. Наблюдения за характером износа покрытых твердосплав­ ных пластинок показывают, что покрытия во всех случаях спо­ собствуют нормальному износу инструмента без поломок и микро­

и дает возможность повысить скорость резания, например, при об­ работке стали 20 в 1,6 раза.

5. Повышение эксплуатационых свойств твредосплавных пла­ стин может быть достигнуто за счет нанесения на рабочие поверх­

76

IV. ТЕХНОЛОГИЯ НАНЕСЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ПОКРЫТИЙ НА М Е Т А Л Л О Р Е Ж У Щ И Й ИНСТРУМЕНТ

слоях при эксплуатации характеризуются деформациями, процес­ сами диффузии и адсорбции, термическими и усталостными яв­ лениями.

Известно, что в начальный период износ более интенсивен. Это объясняется тем, что на поверхности вновь изготовленного пли пе­ реточенного инструмента всегда имеется тонкий дефектный слой, который можно удалить доводкой, травлением, электрополироваинем. Инструмент, подверженный доводке, имеет более высокую стойкость, чем инструмент, не проходивший этой операции. Так, например, стойкость обдирочных резцов повышается в 1,2—1,5 ра­

Существующие способы нанесения твердой пленки на инстру­ мент включают: а) втирание (ручное и металлическими щетками) порошка M 0 S 2 , дисульфид-молибденовой пасты (смазки ВНИ14НП-232, ВНИИНП-242 и др.), карандашей (смазки ВНИИНП-118 и др.); б) нанесение суспензии, состоящей из взве­ шенных частиц M 0 S 2 , связующего вещества и летучего растворите­ ля кистью, окунанием или пульверизатором; в) кипячение в вод­

78

полагают, что единственным путем нанесения пленки на поверх­ ность инструмента является адгезия.

Теория механизма адгезии частиц твердой смазки к металли­ ческим поверхностям (электрическая, хемосорбциоииая и электро­ магнитная) не дают полного представления о взаимодействии и и притяжении частиц смазки к рабочим поверхностям инструмента.

Согласно электрической теории адгезия твердых тел обуслов­ лена электростатическим притяжением зарядов двойного электри­ ческого слоя, возникающего на поверхности раздела поверхностей. Эта теория учитывает также значение сил молекулярного воз­ действия и адсорбционные явления на границе раздела.

Согласно хемосорбционной теории в адгезионной способности твердых тел значительную роль играют дефекты твердых поверх­ ностей, которые могут являться адсорбционными центрами. Таким центром может быть свободно перемещающийся по поверхности металла электрон. При взаимодействии с молекулой адсорбиру­ емого вещества эти центры перестают перемещаться и закрепляют­ ся на поверхности.

Согласно общей теории Ван-дер-Ваальсовых сил, имеющих электромагнитную природу, энергия притяжения между нейтраль­ ными атомами или молекулами убывает пропорционально шестой степени расстояния между ними. Наличие этих сил притяжения приводит к появлению аналогичных сил между любыми микроско­ пическими телами, поверхности которых сближены до очень малых расстояний.

Какая из этих теорий применима к адгезии твердой смазки, по­ ка неизвестно.

Рентгенографическими исследованиями установлено [21], что поверхностная энергия твердого тела, кристаллическая решетка которого находится в равновесном состоянии, недостаточна даже для адгезии днпольных молекул. Поэтому для активирования ад­ сорбционного взаимодействия необходимо увеличение энергии кри­ сталлической решетки, что достигается холодной пластической де­ формацией или внедрением в поверхность твердого тела атомов, ионов или молекул, т. е. образованием твердых растворов.

Экспериментальные данные [21] подтвердили положительное влияние искажений кристаллической решетки на повышение ад­ сорбционной активности металлических поверхностей и адгезии по­ лярных молекул. Объясняется это неоднородным смещением ато­ мов из равновесных положений, вследствие чего возрастает их по­ тенциальная энергия и изменяется силовое поле решетки.

Стали Р9 и Р18 закаливают (1250—1290°С) и после 2—3-крат­ ного отпуска при температуре 560°С с выдержкой один час охлаж­ дают на воздухе. Происходит распад аустенита и выделение мел­ кодисперсного карбида цемеититного типа. Наблюдаются значи­ тельные статические искажения кристаллической решетки мартен-

79