Использование свёрл с никельфосфорным покрытием для рассверливания отверстий

Машиностроение и машиноведение

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СВЁРЛ С НИКЕЛЬФОСФОРНЫМ ПОКРЫТИЕМ ДЛЯ РАССВЕРЛИВАНИЯ ОТВЕРСТИЙ Бутенко Виктор Иванович, доктор технических наук, профессор Давиденко Кирилл Витальевич, магистрант Донской государственный технический университет, Россия

Рассмотрен процесс рассверливания отверстий в деталях из железоуглеродистых сплавов свёрлами из быстрорежущей стали с никельфосфор-ным покрытием и приведены достигаемые при этом показатели качества обработанных поверхностей и точность размеров отверстий. Доказана возможность замены процесса зенкерования отверстий в деталях рассверливанием их свёрлами с никельфосфорным покрытием.

В работах [1, 2] показано, что нанесение на рабочую часть металлорежущего инструмента никельфосфорного покрытия изменяет процессы стружко- и наростообразования в зоне резания вследствие нивелирования поверхности инструмента и снижения коэффициента трения между передней поверхностью инструмента и сходящей стружкой, а также между задней поверхностью инструмента и обработанной поверхностью детали. Это приводит к снижению напряжённого состояния материала и температуры в зоне резания, что, в свою очередь, должно привести к изменению процесса формирования качественных показателей поверхностного слоя обрабатываемых деталей.

С целью установления возможностей влияния никельфосфорного покрытия на эффективность процесса резания были выполнены исследования влияния никельфосфорного покрытия, нанесённого на спиральные свёрла, на такие показатели качества обработанной поверхности отверстия, как параметр шероховатости Яг, величину технологических остаточных напряжений аост и толщину слоя с изменёнными физико-механическими свойствами АН. Исследования проводились на вертикально-сверлильном станке мод. 2А135 при рассверливании отверстий во втулках из сталей марок Ст. 3 и 35ХГСА, сплава 45Х25Н20С2А и чугуна СЧ 15 без охлаждения. Начальный диаметр отверстий во втулках, полученный в результате сверления, составлял 18 мм; номинальный диаметр отверстий после рассверливания был равен 25 мм. Использовались свёрла из быстрорежущей стали Р6М5 со стандартной заточкой: угол конуса 2ф = 118±1о, угол наклона режущей кромки у = 55±1о, длина поперечного лезвия В= 2,8 мм.

Никельфосфорное покрытие на рабочую часть свёрл наносилось электролитическим путём по технологии, изложенной в работах [3, 4]. Толщина слоя составляла 20±1 мкм, которая, как показали измерения, практически полностью компенсируется травлением рабочей поверхности инструмента перед нанесением никельфосфорного покрытия. Для определения параметра шероховатости обработанной поверхности на оптическом

микроскопе МИС-11 обработанные втулки разрезались пополам. Определение величины технологических остаточных напряжений аост в материале поверхностного слоя обработанных деталей осуществлялось по методу полосок, являющемуся разновидностью метода Н.Н. Давиденкова, с учётом рекомендаций, изложенных в работах [5, 6]. Для определения толщины слоя с изменёнными физико-механическими свойствами АН было использовано устройство, описанное в работе [7].

Результаты исследования, полученные как средние арифметические по десяти последовательно проведённых экспериментах, приведены в табл. 1, анализ которых показывает, что использование свёрл с никельфосфорным покрытием при рассверливании отверстий позволяет уменьшить шеро-

Таблица 1

Результаты сравнительных испытаний свёрл при рассверливании _отверстий_

Режимы Показатели качества

Обрабатывае- Используемые обработки поверхностного слоя

мый материал свёрла V, 5, Я» @ост, АН,

м/с мм/об мкм МПа мм

сталь Ст.3 обычные 16,8 280 0,23

с никельфосфоным 0,32 0,25 9,2 225 0,17

покрытием

сталь 35ХГСА обычные 19,2 310 0,26

с никельфосфоным 0,25 0,2 10,6 240 0,20

покрытием

сплав обычные 21,5 310 0,28

45Х25Н20С2А с никельфосфоным покрытием 0,21 0,15 13,3 250 0,21

чугун СЧ 15 обычные 18,9 240 0,18

с никельфосфоным 0,32 0,25 12,4 220 0,16

покрытием

ховатость обработанной поверхности отверстия по параметру Яг в 1,7 -1,9 раза, на 25 - 30% снизить величину технологических остаточных напряжений в материале поверхностного слоя аост и в 1,3 - 1,4 раза уменьшить толщину слоя с изменёнными физико-механическими свойствами АН.

На рис. 1 приведены типовые профилограммы внутренних поверхностей втулок, обработанных разными способами, а на рис. 2 - общий вид поверхности, анализ которых показывает существенное влияние никельфос-форного покрытия на профиль формирующихся в процессе рассверлива-

а

б

Рис.1. Профилограммы поверхности отверстия во втулке из стали Ст. 3 после рассверливания обычным сверлом (а) и сверлом с никельфосфор-

ным покрытием

Л. М- ^ V

а б

Рис. 2. Общий вид поверхности после рассверливания обычным сверлом (а) и сверлом с никельфосфорным покрытием (б). Увеличение 75

ния отверстий неровностей. Получаемая после рассверливания сверлом с никельфосфорным покрытием поверхность отверстия имеет не только

меньшую шероховатость, но и более высокие значения показателя относительной опорной длины профиля что повышает износостойкость и несущую способность поверхности детали.

Исследовалось поле рассеивания размеров партии втулок с отверстиями, рассверливаными обычным сверлом (рис. 3, сплошная линия) и сверлом с никельфосфорным покрытием (пунктирная линия). Размер рассверленного отверстия во втулке определялся с помощью нутромера с индикаторной головкой 1МИГ в двух взаимно перпендикулярных направлениях; после чего вычислялось среднее значение диаметра.

£ 25,06

I ¿5,04

I 25-П21

з

1 25,00

3

\ 24,%

-

5 24,94 _______

15 III ^5 20 25

номера оСржвфТНЯШ 1Н).1ннкг —раннрлвняяв отперший о&ггаыиа сНрщ!

|и™гр.1|с|щни( анерстнн св£р.1ан<и с ц«-кг, 1Р-ф".|<тфпри ьт пик|)Ы1№ч

Рис. 3. Изменение размеров рассверленных отверстий во втулках

из стали Ст.3

Из рис. 3 видно, что использование при рассверливании отверстий во втулках из стали Ст. 3 свёрл с никельфосфорным покрытием на 35 - 40% сужает поле рассеивания их размеров. Аналогичные результаты были получены при рассверливании отверстий свёрлами с никельфосфорным покрытием во втулках из стали 35ХГСА и сплава 45Х25Н20С2А.

Для сравнения были выполнены исследования показателей качества поверхностного слоя и размеров отверстий, подвергнутых зенкерованию при использовании цельного зенкера диаметром 25 Н9 ГОСТ 1289-71 из быстрорежущей стали Р6М5, имеющий угол наклона канавок 20о и переходной конус с углом 60о на длине 2,5 мм. Режимы зенкерования отверстий, их начальные размеры и условия обработки были приняты теми же, что и при рассверливании.

Результаты выполненных исследований приведены в табл. 2. Сравнение их с данными, приведёнными в табл. 1 и на рис. 3, даёт основание сделать вывод о том, что использование для рассверливания отверстий в деталях из железоуглеродистых сплавов свёрл с никельфосфорным покрытием обеспечивает практически те же самые показатели качества поверхностного слоя (Я2, аост, АН,) и разброс размеров обработанных отверстий шБ, который для отверстий в партии деталей из 25 штук, обработанных свёрлами с никельфосфорным покрытием, составил 0,08 мм (см. рис. 3, пунктирная линия).

* -1 1- -р-

—^ й \ Ш у 1 > *

\ У V V | К 7 гЛ-

/ 1 (-V 1\ 1 (

1 ( Г

1 {

1 •> *

Р—в 1 1

—^

V

Таблица 2

_Показатели качества зенкерования отверстий во втулках_

Обрабатываемый материал Показатели качества зенкерования отверстий

Rz, мкм Сост, МПа АН, мм rnD, мм

сталь Ст. 3 9,1 220 0,16 0,08

сталь 35ХГСА 10,5 240 0,20 0,07

сплав 45Х25Н20С2А 12,8 260 0,21 0,07

чугун СЧ 15 11,6 220 0,15 0,08

Таким образом, использование свёрл с никельфосфорным покрытием для рассверливания отверстий в деталях из железоуглеродистых сплавов при серийном и массовом их производстве обеспечивает требуемые показатели качества обработанных поверхностей и может дать существенный технико-экономический эффект за счёт исключения из технологических процессов обработки деталей операций, связанных с зенкерованием отверстий, что особенно важно при обработке хромоникелевых сталей и сплавов.

Список литературы

1.Бутенко, В.И. Влияние никельфосфорного покрытия на эффективность использования металлорежущего инструмента / В.И. Бутенко, Р.Г. Шаповалов // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2018. - Т.14. - № 10(166). - С. 435 - 438.

2.Бутенко, В.И. Формирование и изнашивание поверхностного слоя детали / В.И. Бутенко. - Таганрог: Изд-во ТРТУ, 199. - 193 с.

3. Гоголев, А.Я. Влияние никельфосфорного покрытия свёрл на процесс обработки стали 40Х / А.Я. Гоголев, В.И. Бутенко // Станки и инструмент. - 1973. - № 2. - С. 28 - 29.

4. Бутенко, В.И. Влияние способов финишной обработки деталей и термообработки никельфосфорного покрытия на его коэффициент трения / В.И. Бутенко // Наукоёмкие и виброволновые технологии обработки деталей высокотехнологичных изделий: Материалы Междунар. науч. симпозиума технологов-машиностроителей. - Ростов н/Д: Изд-во ДГТУ, 2018. - С. 12 - 14.

5. Лабутин Ю.П. Механизация измерительных и вычислительных операций для определения остаточных напряжений методом Давиденкова / Ю.П. Лабутин // Заводская лаборатория. - 1968. - № 1. - С. 17 - 20.

6. Бутенко, В.И. Научные основы нанотрибологии / В.И. Бутенко. - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2010. - 275 с.

7. Бутенко, В.И. Структура и потенциал трибоконтакта поликристаллических материалов / В.И. Бутенко. - Ростов н/Д, 2018. - 160 с.

Butenko Victor Ivanovich, doctor of technical Sciences, Professor Davidenko Kirill Vitalievich, master's student Don state technical University, Russia

USE OF DRILLS WITH NICKEL PHOSPHOROUS COATING FOR REAMING HOLES The process of reaming of holes in parts made of iron-carbon alloys drills HSS nickelphosphide coating and given the resulting indicators of the quality of the processed surfaces and the dimensional accuracy of the holes. The possibility of replacing the process of countersinking holes in the details of their drilling drills with Nickel-phosphorus coating.