Сверхтвердый материал, как деформирующий элемент инструмента для выглаживания

УДК 621.9.07

СВЕРХТВЕРДЫЙ МАТЕРИАЛ, КАК ДЕФОРМИРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ВЫГЛАЖИВАНИЯ

В. А. Косарев, Д.П. Литвинчук, Е.В. Ходакова

Рассмотрен способ выглаживания цилиндрических деталей сменными непере-тачиваемыми пластинами. Спроектирован и изготовлен инструмент, проведён эксперимент, доказывающий эффективность данного способа. На основе эксперимента сделаны выводы и получен патент.

Ключевые слова: алмаз, СМП, сверхтвердый материал, выглаживание, поверхностное пластическое деформирование, отделочно-упрочныющая обработка, финишная обработка.

Поверхностное пластическое деформирование (ППД) - это вид упрочняющей обработки, при котором происходит поверхностное упрочнение - повышение сопротивляемости материала или заготовки разрушению или остаточной деформации путем изменения свойств поверхностного слоя.

После поверхностного пластического деформирования в результате наклёпа упрочняется поверхностный слой, повышается износостойкость, усталостная прочность, стойкость к коррозионным воздействиям и т. д. Во многих случаях применением ППД удается повысить запасы прочности деталей, работающих при знакопеременных нагрузках (осей, валов, зубчатых колёс, подшипников, поршней, цилиндров, сварных конструкций, инструментов и т. п. ), в 1,5-3 раза и увеличить срок службы [1].

Один из более эффективных способов ППД - это выглаживание. Его можно представить как процесс трения, протекающий в условиях уп-ругопластической деформации одной из поверхностей. Поскольку твердость инструмента значительно превышает твердость обрабатываемой поверхности, рабочая часть наконечника инструмента как бы «впрессовываются» в обрабатываемую поверхность, вызывая локальную дополнительную пластическую деформацию приконтактных слоев металла. При относительном перемещении поверхностей характер разрушения фрикционных связей является пластическим, и для объяснения механизма взаимодействия могут быть использованы основные положения теории трения.

Данный способ обработки обладает широкими технологическими возможностями: выглаживанием можно производить чистовую отделочную, упрочняющую и калибрующую обработку цилиндрических, конических и плоских поверхностей. Это достигается наличием широкой номенклатуры специального деформирующего инструмента - выглаживателей. При этом стоимость такого узкоспециализированного инструмента относительно высока.

Самое широкое применение получил инструмент, у которого наконечник с кристаллом природного или синтетического алмаза.

Алмазный кристалл, обладает следующими свойствами:

- высокой твердостью;

- низким коэффициентом трения;

- высокой степенью чистоты;

- высокой теплопроводностью.

Тем самым, алмазный выглаживатель позволяет эффективно обрабатывать даже заготовки из высокопрочных материалов с поверхностной твердостью более 58 НЯС. Движения детали и алмаза в кинематике алмазного выглаживания такие же, как при обтачивании. Алмаз, выполненный в виде полусферы радиусом 1.. .5 мм или цилиндра, не вращается, а скользит с весьма малым коэффициентом трения по поверхности детали [3].

Проанализировав особенности алмазной обработки, были выявлены существенные недостатки этого способа. Они заключаются в том, что кристаллы алмаза имеют небольшой размер и высокую стоимость, поэтому в большинстве случаев данный способ не оправдывает себя по себестоимости и технологической эффективности. Применение данного вида инструмента требует специальной оснастки и предварительной чистовой обработки.

Сравнение физико-механических свойств алмаза и СТМ

Алмаз СТМ

Преимущества 1 .Высокая твёрдость 2.Высокая теплопроводность 3.Высокий предел упругости 1 .Низкий коэффициент трения 2.Химическая инертность к Бе и С 3.Повышенная теплостойкость 4.Возможность обработки без предварительного шлифования 5.Высокая износоустойчивость

Недостатки 1 .Повышенная хрупкость 2. Высокая стоимость 3. Нестабильность работы при высоких температурах 4.Необходимость предварительной шлифовки 5.Необходимость специального виброустойчивого оборудования 1 .Выпускается в стандартизированных столбиках с максимальной высотой 12 мм, что ограничивает максимальный диаметр обрабатываемой детали

С учетом вышесказанного и на основе экспериментальных исследований разработан инструмент, который даёт возможность обеспечить все преимущества физико-механических свойств алмазной обработки, но при

этом снизить себестоимость инструмента и расширить технологические возможности процесса ППД.

В новом инструменте в качестве деформирующего элемента используется сверхтвёрдый материал (СТМ), обладающий рядом преимуществ по сравнению с алмазом.

С целью расширения технологических возможностей за счет обработки деталей методом ППД на станках с ЧПУ и обеспечения оптимальных условий резания предлагается СМП с цилиндрическими вставками, изготовленными из СТМ на основе материала наноструктурированного кубического нитрида бора КНБ-нано (таблица). Такая конструкция дает возможность использовать инструмент многофункционально. Инструмент может работать как резанием, так и способом ППД. Таким образом, мы можем не только расширить технологическую гибкость на станках с ЧПУ, но и исключить использование специального оборудования и зачастую отказаться от операций финишной обработки (тонкое точение, шлифование). В итоге, мы сокращаем номенклатуру оборудования и значительно уменьшаем конечную стоимость всей обработки. На данную конструкцию получен патент на полезную модель № 159234 от 13.01.2016.

Учитывая физико-механические свойства сверхтвёрдого материала, который обладает наименьшим коэффициентом трения и высокой теплостойкостью, а также возможность использовать инструментальный материал СМП в широком диапазоне, что обеспечит оптимальные условия резания, появляется возможность получить значительный эффект от предлагаемого инструмента.

Основываясь на вышесказанном, можно сделать вывод, что дальнейшее исследования процесса ППД сверхтвёрдыми материалами позволит сделать качественный скачок в финишной отделочно-упрочняющей обработке.

Список литературы

1. Кузнецов В. А. Теоретические исследования зависимости геометрических параметров области контакта инструмента и заготовки от способа установки инструмента при обработке выглаживанием / В. А. Кузнецов, В. А. Васильев, Э.Н. Беженарь [и др.] // Известия Московского государственного университета МАМИ-2012. Т.2. №2. С. 104 - 109.

2. Косарев В.А., Иванов В.Ф. Разработка инструмента с пластинами из сверхтвердого нанокомпозита для планетарного формообразования внутренней резьбы пластическим деформированием // Вестник машиностроения. 2013. № 10. С. 75 - 77.

3. Гречишников В. А., Косарев В. А. Формирование моделей проектирования инструментов с планетарным движением для обработки внутренних поверхностей на основе запатентованных решений // Вестник «МГТУ «СТАНКИН», №1. М., 2012. С. 8 - 11.

67

4. Модернизация сборного абразивного круга с радиально подвижными абразивными сегментами для внутреннего шлифования полых деталей роботов / В. А. Гречишников, В. А. Яшков, А.В. Исаев [и др.] //Вестник «МГТУ «СТАНКИН». 2015. №4(35). С. 46 - 51.

5. Инструментальная техника, технология изготовления и САПР РИ: учеб. пособие / В.А. Гречишников, Ю.Е. Петухов, В.А. Косарев [и др.]; под общ. ред. В.А. Гречишникова. М.: «МГТУ «СТАНКИН», 2015. 351 с.

6. Гречишников В. А., Исаев А.В., Романов В.Б. Метод формирования профиля образующей исходной инструментальной поверхности сборных фасонных фрез с режущими пластинами, расположенными вдоль винтовой линии // Вестник «МГТУ «СТАНКИН». 2015. №1(32). С. 8 - 12.

7. Формообразование и контроль режущих инструментов: учеб. пособие / В.А. Гречишников, П.В. Домнин, А.В. Исаев [и др.]. М.: «МГТУ «СТАНКИН», 2015. 151с.

Косарев Владимир Анатольевич, д-р техн. наук, проф., voko55@yandex.ru, Россия, Москва, «МГТУ «СТАНКИН»

Литвинчук Дмитрий Павлович, асп., tvikl 7@ mail.ru, Россия, Москва, «МГТУ «СТАНКИН»

Ходакова Екатерина Вадимовна, асп., no format 1488@,mail.ru, Россия, Москва, «МГТУ «СТАНКИН»

SUPERHARD MA TERIAL AS AN ELEMENT OF TOOL FOR SURFACE PLASTIC

DEFORMATION

V.A. Kosarev, D.P Litvinchuk, E. V. Hodakova

The method of burnishing of cylindrical parts replaceable profile inserts. For experiments designed and built the instrument, conducted an experiment proving the effectiveness of this method. On the basis of the experiment, conclusions were drawn and received a patent.

Key words: combined SMP, combined SNP, smoothing, surface plastic deformation, finishing of external cylindrical surfaces.

Kosarev Vladimir Anatolevich, doctor of technical sciences, professor, vo-ko55@yandex.ru, Russia, Moscow, «Moscow State Technological University «STANKIN»

Litvinchuk Dmitri Pavlovich, postgraduate, tvik17@,mail.ru, Russia, Moscow, «Moscow State Technological University «STANKIN»

Hodakova Ekaterina Vadimovna, postgraduate, no format 1488@,mail. ru, Russia, Moscow, «Moscow State Technological University «STANKIN»