Дефекты и напряжения в твердосплавных материалах при алмазной обработке

Секция

«ПРОЕКТИРОВАНИЕ МАШИН И РОБОТОТЕХНИКА»

УДК 621.623.6.025

П. В. Архипов, О. И. Медведева Научный руководитель - А. С. Янюшкин Братский государственный университет, Братск

ДЕФЕКТЫ И НАПРЯЖЕНИЯ В ТВЕРДОСПЛАВНЫХ МАТЕРИАЛАХ ПРИ АЛМАЗНОЙ ОБРАБОТКЕ

Отражены перспективы комбинированных способов обработки современных твердосплавных материалов, обеспечивающих заданное качество готовых изделий. Современными методами электронной микроскопии установлены микро и макро дефекты обработанной поверхности, а также остаточные напряжения, влияющие на эксплуатационные свойства деталей из твердосплавных материалов.

Современные твердосплавные материалы на основе тугоплавких соединений углерода, азота с вольфрамом, титаном, танталом, ниобием и другими материалами в сочетании с легкоплавкой связкой (кобальтом, никелем) характеризуются рядом уникальных свойств [1]. Такие материалы при низких температурах не подвергаются заметной пластической деформации, имеют как высокую твердость, так и пределы прочности при сжатии и изгибе, а также сопротивляемость износу при трении, устойчивость в агрессивных средах. Эти свойства в первую очередь обусловлены наличием в основе тугоплавких карбидов, имеющих большую температуру плавления, повышенную твердость, износостойкость и стойкость к действию кислот и щелочей.

Благодаря этим и другим своим свойствам твердосплавные материалы находят широкое применение в современной технике для изготовления деталей машин и механизмов, подверженных повышенному износу, в качестве конструкционных и кислотоупорных, жаростойких и жаропрочных материалов.

Широкое применение твердосплавных материалов стало возможным, благодаря эффективным методам для их обработки, основу которых составляют электрофизических и электрохимические методы, в виду трудностей возникающих при традиционных методах обработки таких материалов. Для получения заданных параметров качества обработанной поверхности твердосплавных материалов, определяющих их эксплуатационные свойства, на финишных операциях применяют другие твердые материалы, такие как природный и синтетический алмаз, кубический нитрид бора, а также поликристаллические сверхтвердые материалы [1; 2].

Механический характер взаимодействия между инструментом и деталью, в этом случае, заключается в пластической деформации материала без собственной деформации, т. е. на границе раздела возникает переход от непластичности к пластичности. При этом в обрабатываемом материале неизбежно создаются условия, вызывающие значительные внутренние напряжения, а также существенные структурные и иные нарушения, причем с повышением твердости обрабатываемого материала превалируют структурные де-

фекты и нарушения, а при повышении пластичности возникают внутренние напряжения.

При традиционной абразивной обработке на состояние поверхностного слоя влияют два основных фактора: прилагаемое усилие и локальная температура [1; 2]. Благодаря высокой твердости и низкому коэффициенту трения, а также большей протяженности режущих кромок и их заостренности алмазы являются лучшими абразивами и позволяют обрабатывать материалы с меньшими усилиями и более низкими температурами в зоне резания. Но и при этих условиях в поверхностном слое твердосплавных материалов возникают изменения физико-механических свойств.

Результаты изучения остаточных напряжений после алмазного шлифования, электроэрозионной и электрохимической размерных обработок показали, что каждый из этих процессов порождает различное напряженное состояние материала поверхностного слоя. Так, в условиях алмазного шлифования возникают сжимающие остаточные напряжения [2].

Использование электрохимического шлифования позволяет во многих случаях избежать подобных явлений. Данный вид обработки представляет собой комбинированный процесс, при котором съем металла, осуществляется в результате анодного растворения и механического резания алмазными зернами. В этом случае алмазный инструмент, обладая высокой режущей способностью и большой износостойкостью, расширяет возможности электрохимического шлифования. Особенно это проявляется при обработке твердосплавных материалов [2; 3].

Данный факт подтверждают проведенные исследования качества обработанной поверхности после шлифования твердосплавного материала алмазными кругами с металлической связкой. При традиционных методах шлифовании на поверхности твердосплавных материалов отмечены многочисленные макро и микро дефекты, которые образуются в результате пластического деформирования алмазными зернами обрабатываемой поверхности. Оценка качества поверхностного слоя проведена с привлечением оптической и растровой электронной микроскопии на современных приборах. Возникающие в этом случае дефекты в значительной степени влияют на эксплуатационные свой-

Секция «Проектирование машин и робототехника»

ства обработанной поверхности, приводящие к разрушению детали.

Растровая электронная микроскопия показывает четкое разделение структуры основного материала твердосплавного материала и дефектного слоя, который возник при обработке поверхности алмазным инструментом. Поверхностный слой при этом, структуру отличную от основного материала детали, наблюдается уменьшение частиц WC, более плотное их расположение с образованием новых фаз. Далее следует дефектная структура, которая может указывать на разрушение связующего кобальта с образованием микротрещин в результате пластического воздействия алмазных зерен на поверхность.

Анодное растворение при высоких значениях плотности тока в процессе электроалмазной обработки, сопровождается незначительными напряжениями и деформациями металла, улучшается микрорельеф поверхности, а также количество очагов зарождения микротрещин [3].

При рассмотрении обработанной поверхности на оптическом интерферометре отмечено снижение количества трещин и дефектов, величина которых не превышает 1.. .2 мкм в глубину и до 1 мкм в ширину.

Выполненные исследования показали, что назначение метода и режимов окончательной обработки

твердосплавных материалов напрямую определяет их эксплуатационные свойства. Предлагаемый метод электроалмазной обработки твердосплавных материалов позволяет повысить период стойкости алмазного инструмента, снизить эффективную мощность шлифования в 1,5 раза и более, а также получить необходимые параметры качества и эксплуатационные свойства готовых изделий.

Библиографические ссылки

1. Боровский Г. В., Григорьев С. Н., Маслов А. Р. Справочник инструментальщика. М. : Машиностроение, 2005. 464 с.

2. Янюшкин А. С., Якимов С. А., Петров Н. П., Архипов П. В. Исследование поверхности безвольфрамового твердого сплава, шлифованного комбинированным методом, / Системы. Методы. Технологии. 2009. № 2. С. 70-77.

3. Янюшкин А. С., Архипов П. В. Атомно-молекулярные процессы в зоне алмазного круга и обрабатываемого материала // Технология металлов. 2010. № 1. С. 25-33.

© Архипов П. В., Медведева О. И., 2012

УДК 62-82

Д. А. Бердников, А. В. Бежелева Научный руководитель - С. И. Васильев Сибирский федеральный университет, Красноярск

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО МОБИЛЬНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ЛИКВИДАЦИИ ТЕХНОГЕННЫХ АВАРИЙ

Представлены результаты исследования системы управления многофункционального мобильного комплекса. ЭВМ позволяет проектировать систему управления и исследовать работоспособность системы, тем самым сокращает время на исследование системы управления рабочим органом.

Проблема охраны окружающей среды для нашей страны и всего мира является наиважнейшей. Источники загрязнения многообразны, но все большее количество приходится на транспортные перевозки, на предприятия нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности. В связи с этим проблема поиска эффективных способов ликвидации нефтераз-ливов весьма актуальна [2].

Важное значение в ликвидации техногенных аварий имеет создание условий устойчивой работы рабочего оборудования, что достигается за счет системы автоматического управления, поддерживающей или оптимизирующей параметры управляемого объекта. Где одним из важных аспектов играет устойчивость системы автоматического управления - способность системы автоматического управления (САУ) нормально функционировать и противостоять различным неизбежным возмущениям (воздействия) со стороны разрабатываемой среды [3].

Исходя из этого, были проведены исследования систем управления гидропривода многофункционального мобильного комплекса для ликвидации техногенных аварий. Для проектирования систем управле-

ния системы, исследование работоспособности систем была применена программа 81шиИпк являющаяся приложением к пакету МЛТЬЛБ. В процессе моделирования использовалась разомкнутая цепь системы управления и весь спектр входных сигналов [1]. В результате исследования по виду выходных сигналов и по виду основных выходных параметров привода рабочего оборудования для внесения полимерного сорбента в нефтезагрязненный грунт логично сделать вывод об устойчивости системы автоматического управления системы гидропривода и гидропривода в целом многофункционального мобильного комплекса при подаче в качестве управляющего сигнала - всего спектра входных сигналов (единичный импульс, приложение нагрузки, сброс нагрузки, периодические сигналы). Это подтверждает значительное сокращение времени на исследование системы управления рабочим органом.

Библиографические ссылки

1. Разработка имитационных моделей в среде МАТЬАВ: Р17 Методические указания для студентов специальностей 01719, 351400 / сост. А. М. Намест-