close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Результаты экспериментального исследования шероховатости рабочей поверхности круглых резцов с износостойким покрытием обработанной алмазным выглаживанием..pdf

код для вставкиСкачать
УДК 621.923.6
Д.А. Тихонов
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ
ШЕРОХОВАТОСТИ РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ КРУГЛЫХ РЕЗЦОВ
С ИЗНОСОСТОЙКИМ ПОКРЫТИЕМ,
ОБРАБОТАННОЙ АЛМАЗНЫМ ВЫГЛАЖИВАНИЕМ
Эксплуатационные свойства изделий, обработанных методами
поверхностного
пластического
деформирования,
определяются
качеством отделочно-упрочняющей обработки и, главным образом,
таким критерием качества, как шероховатость обработанной
поверхности.
D.A. Tihonov
WORKING SURFACESROUGHNESS EXPERIMENTAL RESEARCH RESULTS
OF ROUND CUTTERS WITH THE HARD-WEARING
MATTING PROCESSED BY THE DIAMOND BURNISHING
Operational properties of the products processed by methods of a
superficial plastic straining are defined by quality of finishing-hardening
machining and, mainly, such criteria of performance, as a roughness of the
processed surface.
Для изучения деформации поверхностных неровностей и процесса образования
выглаженной поверхности были сняты профилограммы мест перехода от обработанной
поверхности к исходной (рис. 1). Профилограммы поверхностей снимались на
профилографе «Калибр 42». На профилограмме можно выделить четыре характерных
участка.
А
Б
В
Г
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
22
21
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0
Рис. 1. Профилограмма рабочей поверхности инструмента
с покрытием из нитрида титана TiN: А – выглаженная поверхность; Б – участок контакта
обрабатываемой поверхности с рабочей поверхностью выглаживающего инструмента;
В – участок исходной поверхности, приподнятый выглаживающим инструментом;
Г – исходная поверхность изделия
Полученная профилограмма оцифровывалась с помощью программы. Полученные
данные помещались на лист электронной книги Excel, после чего проводился расчет
величины шероховатости поверхностей. Результаты измерений шероховатости Rz рабочих
поверхностей инструмента с покрытием из TiN показаны в табл. 1.
Таблица 1
Результаты измерений шероховатости Rz выглаженной
и не выглаженной рабочей поверхности инструмента с покрытием из TiN
Участки
профилограммы
на рис. 1
Вертикаль
Базов
ное
ая
увеличени
длина
е
Ординаты
пяти точек,
имеющих
max, мм
Ординаты пяти Параметр шероховатости R ,
z
точек,
5
5
1
имеющих min, мм Rz = ⎛⎜ ∑ hi max − ∑ hi min ⎞⎟
⎠
5 ⎝ i =1
i =1
мм
Участок Г
0,8
10×103
27,2; 27,2;
26,5; 26,3
26,7
11,6; 7,6; 14;
13,7; 13
1,48 × 10–3
Участок А
0,8
10×103
8,2; 8,0; 7,9;
8,2; 7,7
5; 5,4; 5,7; 6,4;
5,5
0,24 × 10–3
Важным параметром процесса выглаживания является подача, которая обычно
берется в пределах от 0,005 до 0,10 мм/об. Величина подачи зависит от формы и размеров
инструмента. Как правило, чем меньше подача, тем выше чистота обработанной
поверхности. Однако, как показывают исследования, при подачах меньше 0,005-0,01
мм/об качество обработки может снизиться вследствие чрезмерной повторяемости
нагрузки на одном и том же участке поверхности.
Увеличение числа проходов при ППД влияет на шероховатость обработанной
поверхности подобно уменьшению подачи. При исследовании влияния числа проходов
было замечено, что наибольшая эффективность достигается при первом проходе.
Повторные проходы могут несколько улучшить состояние поверхности; при большом
числе проходов наблюдается ухудшение чистоты поверхности вследствие многократности
действия нагрузки.
На высоту возникших в результате ППД микронеровностей оказывают влияние
радиальное усилие, продольная подача, размеры и форма исходной поверхности
деформирующего инструмента, исходная шероховатость поверхности, физикомеханические свойства материала детали, число проходов и ряд других факторов.
Наибольшее влияние на шероховатость обработанной поверхности оказывает радиальное
давление. Минимальные неровности образуются при некотором оптимальном давлении,
обеспечивающем полное пластическое деформирование исходных неровностей. Для
пластичных металлов оптимальное давление имеет меньшее значение, чем для более
твердых и менее пластичных металлов. При давлениях, превышающих оптимальное
значение, происходит возрастание высоты неровностей. Это объясняется искажением
профиля, а также перенаклепом верхнего слоя, вызывающим его частичное разрушение.
Незначительное влияние на шероховатость упрочненной поверхности оказывает окружная
скорость ППД. Опытные данные показывают, что из условий жесткости и
виброустойчивости оборудования, а также инструмента, наиболее целесообразно
проводить упрочнение со скоростью 50-100 м/мин.
Некоторое влияние на шероховатость обработанной поверхности оказывает
количество повторных подходов. Наибольшее снижение исходных шероховатостей
происходит за первый проход. Последующие подходы менее эффективны и даже могут
привести к полному разрушению покрытия.
Основным фактором, определяющим упрочнение поверхностного слоя, является
удельное давление в процессе ППД. Давление в очаге деформации, при котором
прекращается прирост микротвердости, примерно соответствует верхнему пределу
оптимальных усилий, обеспечивающих получение минимальных шероховатостей.
Оптимальное значение этого усилия зависит от механических свойств материала основы и
покрытия, от формы и размеров инструмента, прочности сцепления покрытия с основой и
других параметров процесса. Для расчета оптимального значения радиального усилия
В.А. Тимошенко и В.В. Дубенко получена формула, обеспечивающая заданные параметры
геометрии поверхности с учетом механических характеристик покрытия и материала
основы (1):
Ðy = 0,0085 ( HB) Rñô2 ,
(1)
где HB – твердость заготовки с покрытием (диаметр шарика 5 мм, нагрузка 7500 Н);
Rсф – радиус сферы инструмента.
Следовательно, оптимальные усилия с точки зрения упрочнения являются
одновременно и наиболее рациональными с точки зрения снижения исходных
шероховатостей.
Исследование шероховатости поверхности после выглаживания алмазными
инструментами показало, что быстрорежущие стали, закаленные до высокой твердости
(НКС62…64) с высокопрочным покрытием из TiN, хорошо поддаются поверхностному
пластическому деформированию, при этом резко снижается шероховатость поверхности и
упрочняется поверхностный слой деталей. Эксперименты показали, что более эффективно
происходит процесс поверхностного деформирования образцов после напыления нитрида
титана TiN с шероховатостью поверхности не ниже 0,3 мкм по шкале Ra. На рис. 2
приведен фотоснимок рабочей поверхности круглого резца из быстрорежущей стали
Р6М5, закаленной до НКС62…64 с покрытием из TiN. Исходная поверхность резцов
покрыта износостойким покрытием с шероховатостью 1,5 мкм по шкале Rz. Алмазное
выглаживание осуществилось с режимами: скорость обработки v = 20 м/мин; подача –
S = 0,05 мм/об; радиальная сила Р = 180 Н. Для обработки использовался инструмент с
цилиндрической рабочей поверхностью RЦ = 1 мм.
Рис. 2. Шероховатость цилиндрического участка
рабочей поверхности круглого резца;
увеличение 300×:
а – поверхность после нанесения покрытия;
б – поверхность после алмазного выглаживания
покрытия
Для исследуемых быстрорежущих сталей с износостойким покрытием TiN это
сочетание находится в области 160…210 Н при R = 1 мм. При выглаживании покрытий
небольшой толщины (2-10 мкм) незначительное увеличение радиальной силы по
сравнению с ее оптимальным значением сможет привести к резкому снижению
шероховатости и отслаиванию покрытия из-за превышения контактного напряжения над
величиной прочности сцепления. Таким образом при выглаживании нитрида титана
оптимальная сила P в основном зависит от толщины покрытия, физико-механических
свойств материалов основы и покрытия, а также от прочности их сцепления.
Влияние радиальной силы Р при R = 1 мм на высоту шероховатостей показано
графиками на рис. 3. Обработка образцов осуществлялась на токарном станке с подачей
0,05 мкм/об.
Ra, мкм 0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
P, Н
0
0
50
100
150
200
250
Рис. 3. Влияние радиальной силы Р на шероховатость
обработанной поверхности: сталь Р6М5с покрытием TiN
(алмазный выглаживающий инструмент с формой рабочей поверхности
цилиндр радиусом RЦ = 1 мм; S = 0,05 мм/об)
Значительное влияние на шероховатость обрабатываемой поверхности оказывает
величина подачи S (рис. 4). Оптимальное значение подачи зависит от величины
пластического отпечатка в направлении движения подачи. При величине подачи
S = 0,25 мкм/об достигается минимальное значение шероховатости. Дальнейшее снижение
величины подачи мало сказывается на шероховатости.
Ra, мкм
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0
0
10 20 30 40 50 60 70 80 S, мкм/об
Рис. 4. Влияние подачи S на шероховатость Ra при алмазном выглаживании стали Р6М5
с износостойким покрытием TiN: RЦ = 1 мм; Р = 180 Н; исходная шероховатость Ra = 0,3
мкм
Эксперименты показывают, что скорость главного движения практически не
влияет на шероховатость выглаженной поверхности. Однако даже при упругом
закреплении инструмента существенное влияние на шероховатость оказывает радиальное
биение заготовки.
При значительных радиальных биениях заготовки приходится резко снижать
скорость обработки. Так, например, при скорости главного движения 3…5 м/мин при
упругом закреплении АВИ биение практически не влияет на шероховатость.
Тихонов Денис Александрович –
аспирант кафедры «Технология электрофизических и электрохимических методов
обработки»
Энгельсского технологического института (филиала)
Саратовского государственного технического университета
Статья поступила в редакцию 19.10.06, принята к опубликованию 21.11.06
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа