Криогенная обработка твердосплавных режущих инструментов

ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ

УДК 621.9.02

Е.А. КРИВОНОС, В.Г. СОЛОНЕНКО

КРИОГЕННАЯ ОБРАБОТКА ТВЕРДОСПЛАВНЫХ РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ

Изложены результаты исследований по криогенной обработке твердосплавных резцов и сверл. Установлено изменение физико-механических характеристик твердых сплавов и повышение стойкости режущих инструментов после криогенной обработки.

Ключевые слова: криогенная обработка, токарные резцы, сверла.

Введение. Как показывают данные отечественной и зарубежной литературы, незапланированные остановки автоматизированного металлорежущего оборудования в 50 % случаев происходят из-за несвоевременного выхода из строя режущих инструментов в связи интенсивного износа, поломок и других проблем, связанных с обработкой металлов резанием. Из множества современных методов снижения интенсивности изнашивания режущих инструментов в работе [1] рекомендуется применение такого экономичного и экологически чистого метода, как криогенная обработка в жидком азоте.

Установлено [1], что криогенная обработка инструментальных материалов - быстрорежущих сталей и твердых сплавов ведет к увеличению стойкости режущих инструментов из-за повышения механических характеристик таких материалов. Ранее показано [2], что криогенная обработка закаленных быстрорежущих сталей, являющаяся дополнительным их отпуском, сопровождается переходом остаточного аустенита в мартенсит с соответствующим измельчением микроструктуры. При этом косвенным показателем структурных изменений, улучшающих режущие свойства быстрорежущих сталей, является величина термоЭДС, которая снижается после криогенной обработки [1].

Постановка задачи. Для получения результатов по криогенной обработке авторами выполнены исследования режущих свойств токарных резцов и спиральных сверл, оснащенных пластинами твердых сплавов. Методика исследований. На первом этапе проведено изучение термоЭДС и коэффициента трения при точении. Исследованы пары «ВК8 -40Х13», «ВК8 - 14Х17Н2», «ТН20 - сталь 45» и «КНТ16 - сталь 45». Точение заготовок диаметром 58 мм и длиной 160 мм из сталей 40Х13 и 14Х17Н2 проводили в центрах, а заготовок диаметром 90 мм и длиной 300 мм из стали 45 - с креплением в патроне с поджатым задним центром на токарно-винторезном станке 1К62. Использовали стандартные прямые

проходные резцы с механическим креплением пластин инструментальных материалов.

ТермоЭДС при резании фиксировали милливольтметром. При этом один провод зажимали между режущей пластиной и опорной поверхностью под пластину державки резца, электроизолируя пластину от державки. Второе показание снимали с детали, используя меднографитовые и посеребренные щетки. Деталь также электроизолировали от шпинделя станка. Исследования провели в следующем диапазоне режимов резания: для сталей 40Х13 и 14Х17Н2: V=45,5-91 м/мин; S= 0,07-0,21

мм/об; t=0,25-1 мм;

для стали 45: V=141,3-286,2 м/мин; подачи и глубины резания

те же.

Результаты исследований. Ниже приведена общая зависимость термо-ЭДС от режимов обработки указанного диапазона, полученная методом планирования эксперимента с преобразованием исследуемого параметра и факторов.

Е = С V0'45 S0'12 ^'03 мВ, где С1 =1,3 - «ВК8 - 40Х13» до криогенной обработки; С 2 = 1,22 - «ВК8 -40Х13» после криогенной обработки; Сз = 1,8 - «ВК8 -14Х17Н2» до криогенной обработки; С4 = 1,64 - «ВК8 -14Х17Н2» после криогенной обработки.

Из приведенных зависимостей видно, что в результате криогенной обработки величина термоЭДС снижается. Это подтверждает концепцию, изложенную в работе [1].

Коэффициент трения на передней поверхности резцов находили по формуле

М = 1 - ^ (рг - Y)' где З2 - угол сдвига стружки, град.; Y - передний угол резца, град.

В результате предварительного исследования коэффициентов усадки стружки и углов сдвига получены следующие зависимости для вычисления коэффициентов трения:

«ВК8 - 40Х13» до криогенной обработки

2,77

«ВК8 - 40Х13» после криогенной обработки

2,65

V

0,42^0,19.0,07

«ВК8 - 14Х17Н2» до криогенной обработки

4,97

0,6 с.0,26,0,07

«ВК8 - 14Х17Н2» после криогенной обработки

т =

5,85

«ТН20 - сталь 45»

т =

С

где С1 = 2,52 - до криогенной обработки; С2 = 2,33 после криогенной обработки;

«КНТ16 - сталь 45» _ до криогенной обработки

3,97

«КНТ16 - сталь 45» после криогенной обработки

2,1

Анализ результатов последних исследований показывает, что во всех случаях после криогенной обработки коэффициент трения на передней поверхности резцов уменьшается. Это приводит к снижению сил резания при точении и уменьшению высоты микронеровностей обработанных поверхностей, что подтверждено экспериментальными исследованиями. Сравнительные стойкостные испытания сверл Ф 8, 10 и 12 мм, оснащенных пластинами твердого сплава ВК8, провели при сверлении сталей 14Х17Н2 и 40Х13.

Выводы. Рентгеноструктурным анализом и металлографическими исследованиями авторы установили следующее: при криогенной обработке увеличивается плотность дислокаций в карбидной (карбонитридной) составляющей твердых сплавов. В результате происходит изменение физико-механических (снижение термоЭДС и коэффициента трения, увеличение коэрцитивной силы и твердости) и режущих (повышение до двух раз стойкости резцов и сверл) свойств твердых сплавов.

Следовательно, криогенная обработка в жидком азоте является весьма эффективным методом повышения стойкости и режущих свойств твердосплавных инструментов.

Библиографический список

1. Солоненко В.Г. Повышение работоспособности режущих инструментов. - Краснодар: КубГТУ; Ростов н/Д: Северо-Кавказский отдел Академии проблем качества РФ, 1997. - 223 с.

2. Гуляев А.П. Превращение остаточного аустенита в высоколегированных сталях при температурах ниже 00 С. // Металлург. - 1939. - №3. -С. 64-71.

V 0,б£ 0,13,0,15

V 0,3п 0,13,0,03

V0,38 ^0,13 ,0,03

V0,27 ^0,13,0,03

Материал поступил в редакцию 09.03.07.

Е.А. KRIVONOS, V.G. SOLONENKO

CREOGEN TREАTМЕNT OF HАRD АLLOY CUTTING-TOOLS

There are given the research results on creogen treatment of hard alloy chisels and drills. The change of physico-mechanical characteristics of hard alloys and encreasing of firmness of cutting-tools after creogen treatment are determined.

КРИВОНОС Елена Анатольевна, старший преподаватель кафедры общеинженерных дисциплин Новороссийского политехнического института Кубанского государственного технологического университета. Окончила КПИ (1986).

Научные интересы - обработка металлов резанием.

Автор 11 публикаций.

СОЛОНЕНКО Владимир Григорьевич (р. 1937), профессор кафедры «Системы управления и технологические комплексы» Кубанского государственного технологического университета, доктор технических наук. Окончил РИСХМ (1965).

Научные интересы - обработка металлов резанием.

Автор 280 публикаций.