Повышение работоспособности твердосплавных пластин посредством их ионно-вакуумной модификации

на токарном станке типа ИЖ250ИТВМФ1. Режимы обработки:

• при точении: скорость вращения детали — 800-1000 об/мин; подача — 0,15 мм/об;

• при выглаживании: скорость вращения детали — 200 об/мин, подача — 0,075 мм/об; сила выглаживания — 150 Н.

Шлифование проводили на кругло-шлифовальном станке с использованием шлифовального круга марки Э36СМК из нормального электрокорунда Э (так называемого алунда), зернистости 36-46, на керамической связке К, среднемягкой твердости СМ. Режим обработки: окружная скорость шлифовального круга — 25 м/с, окружная скорость детали — 20 м/мин, подача — 10 мм/об.

Анализ рис. 5 и 6 показывает, что обработка алмазным выглаживанием деталей из сталей 40X13, 12Х18Н10Т и металлизированного покрытия повышает твердость и снижает шероховатость поверхностей. Это означает, что применение алмазного выглаживания для упрочнения деталей с металлизированным покрытием обоснованно.

Повышение твердости металлизированных покрытий объясняется существенными изменениями, которые происходят в металле во время его распыления и заключаются в изменении его состава и строения, механических и химических свойств. В результате возникают большие различия между исходным материалом и покрытием из него.

Безусловное влияние на твердость покрытия оказывает закалка частиц после их быстрого охлаждения воздушной струей. Так-

же имеет место явление наклепа поверхности покрытия вследствие ударов быстролетя-щих частиц металла. Кроме того, твердость металлизированного покрытия повышается за счет включения окислов металлов [2].

Эксплуатационные свойства деталей машин в значительной мере определяются состоянием их поверхностного слоя, который в основном формируется на финишных этапах технологического процесса. Наиболее благоприятное сочетание физико-механических характеристик поверхностного слоя можно получить путем применения методов поверхностно-пластического деформирования, в частности алмазного выглаживания [3].

Выводы

Проведенные исследования по упрочнению деталей электродуговым напылением показали возможность замены дорогостоящих сталей 40X13 и 12Х18Н10Т на более дешевую сталь 45 с металлизированным покрытием.

Литература

1. Бадеке К., Градевальд А., Хундт К.-Х. Насосы: Справ, пос. / Пер. с нем. В. В. Малюшенко, М. К. Бобка. М.: Машиностроение, 1979. 502 с.

2. Сонин В. И. Газотермическое напыление материалов в машиностроении. М.: Машиностроение, 1973.152 с.

3. Яценко В. К., Зайцев Г. 3., Притченко В. Ф. и др. Повышение несущей способности деталей машин алмазным выглаживанием. М.: Машиностроение, 1985. 232 с.

УДК 621.91.01

Повышение работоспособности твердосплавных пластин посредством их ионно-вакуумной модификации

Д. В. Семейкин, А. И. Круглов

Ключевые слова: ионная имплантация, ионно-вакуумная модификация, ионно-вакуумная обработка, многослойные износостойкие покрытия, твердый сплав, обработка резанием.

В настоящее время обработка лезвийным режущим инструментом чаще всего применяется для окончательного формирования размеров детали несмотря на значительный прогресс в развитии таких альтернативных

методов, как точное литье, штамповка, электрофизическая и абразивная обработка и др. Данная тенденция обусловлена возрастающими требованиями к точности размеров и качеству обработанных деталей, что, в свою

очередь, предопределяет совершенствование технологии обработки резанием.

Эксплуатационные свойства инструментов (износо- и коррозионная стойкость, долговечность, безотказность в работе) в значительной степени определяются качеством их поверхностных слоев. Обеспечение высокого качества последних является одним из наиболее эффективных способов повышения работоспособности инструментов, узлов и агрегатов машин.

Методы ионно-вакуумных воздействий, используемых в машиностроении, можно классифицировать по технологическому признаку — изменению размера в направлении, нормальном к поверхности. Согласно этому признаку способы ионно-вакуумной обработки разделены на три группы, а именно: не изменяющие, увеличивающие и уменьшающие указанный размер.

Перечисленные способы в большей или меньшей степени изменяют поверхностные свойства металла изделий, то есть модифицируют их. Поэтому все они получили общее название — ионно-вакуумные способы модификаций изделий, или ионно-вакуумная модификация. В этом смысле указанный термин и используется в данной работе.

В представленном исследовании изучались стойкости трехгранных металлокерамических пластин Т15К6 с различными составами покрытий на их рабочей поверхности. Сравнительные стойкостные испытания проводились при чистовом точении конструкционных сталей 45Г в лабораторных условиях на токар-но-расточном станке 1П756ДФЗ с ЧПУ «Электроника НЦ-31» (ЗАО «Профтехнологии», Ярославль).

Растачивались отверстия диаметром 170,43 мм по десятому квалитету (219,13Н10) на длине 148 мм и диаметром 219,13 мм по десятому квалитету (219,13Н10) на длине 172 мм при различных скоростях резания. Материал заготовок — сталь 45Г. Диапазоны варьирования элементов режимов резания взяты из числа тех, что обычно рекомендуются при чистовом точении металлокерамикой. Величина критического износа была равна 0,2 мм.

Испытывались следующие твердосплавные пластины:

• Т9025 (Toshiba Tungaloy, технология Double-Bridge);

• Т15К6 (ООО «Победит-СПб», С.-Петербург) в исходном состоянии, то есть без покрытия;

• Т15К6 (ООО «Победит-СПб», С.-Петербург) с покрытием (Т^Си)-Ы;

• Т15К6 (ООО «Победит-СПб», С.-Петербург) с покрытием (Т^Си-Мо)-Ы.

Измерение микротвердости поверхности производилось на измерительно-вычислительном комплексе «Твердость» (лаборатория технологических методов повышения износостойкости и восстановления деталей машин, Санкт-Петербургский институт машиностроения (ЛМЗ-ВТУЗ)), позволяющем определять механические характеристики по невосстановленному отпечатку под нагрузкой в режиме реального времени. Этот комплекс составлен на базе стандартных измерительных приборов и позволяет получать временную и силовую диаграммы вдавливания индентора на бумажном носителе без математической обработки результата [1].

Для измерения микропрофиля использовался измерительно-вычислительный прибор модели 201 (ОАО «Калибр», Москва), реализованный на базе стандартных профилогра-фов-профилометров типа «Калибр». Измерительно-вычислительный комплекс контролирует не только параметры микрогеометрии поверхности, но и форму профиля с использованием опорной линии или кривой Аббота. Для построения кривой Аббота используется опорная линия профиля, которая в начале устанавливается на уровне самой большой впадины профиля. Это соответствует относительной опорной длине профиля in = 100 %. Перемещая опорную линию профиля относительно уровня наибольшего пика профиля и изменяя in от 0 до 100 %, получаем кривую Аббота. Математически кривая представляет собой кривую суммарной частоты ординат профиля. При исследовании микрогеометрии поверхности пластин целесообразно применить стандарт EN ISO 13565-2:1996, который анализирует форму профиля как с использованием опорной линии длины профиля in, так и кривой Аббота-Файерстоуна [2].

По кривой Аббота можно получить следующие параметры:

• высота выступов, быстро изнашивающихся в первый период эксплуатации Rp

• основа профиля, которая длительное время находится в работе и является несущей поверхностью по мере срабатывания наружных слоев, R

• глубина впадин профиля, определяющая смазывающую способность поверхности, Rvk.

Результаты измерения микротвердости поверхностей пластин и параметров их шероховатости представлены в табл. 1 и на рис. 1,2. Результаты стойкостных испытаний пластин при растачивании отверстий представлены в табл. 2.

Таблица 1

Влияние различных составов покрытий поверхности металлокерамических пластин на их микротвердость и шероховатость

Характеристика Марка пластины

Т9025 145X6* Т15К6

Микротвердость, ГПа 20,04 14,36 18,34 20,84

Среднее арифметическое отклонение профиля Да, мкм 0,20 0,95 0,44 0,44

Среднее арифметическое отклонение экстремумов ординат (пяти максимумов и пяти минимумов) Пг, мкм 1,23 5,26 2,21 2,34

Среднее квадратическое отклонение профиля Д(/, мкм 0,26 1,22 0,53 0,54

Наибольшая высота неровностей профиля Н^^, мкм 1,67 8,21 3,28 2,72

Усредненная высота выступов, быстро изнашивающихся в начале периода эксплуатации В,^, мкм 0,38 2,87 0,57 0,54

Глубина неровностей профиля поверхности, который является основой профиля поверхности, длительное время находится в работе и оказывает решающее влияние на срок службы и качественные показатели изделия Щ, мкм 0,54 2,46 1,40 1,43

Усредненная глубина впадин профиля, определяющая смазывающую способность поверхности Rl>|г, мкм 0,75 2,87 1,31 0,75

* Исходное состояние

а) у, мкм

0,25 0,50 0,75 1,00 1,25

Ь, мм

а) у, мкм 4

0,25 0,50 0,75 1,00 1,25

Ь, мм

б) г, (у/вт) 1,0

б) г, (у/в.т) 1,0

—I-1-1-г-

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

—I-1-1-1-1-1-1-1—

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Рис. 1. Шероховатость поверхности пластин (а) и Рис. 2. Шероховатость поверхности пластин (а) и

кривая Аббота (б): Т15К6 (исходное состояние); Ь — кривая Аббота (б): Т15К6 ((Тл.-Си)-Ы); Ь — базовая базовая длина длина.

Таблица 2

Изменение стойкости пластин при растачивании отверстий диаметром 219,13 мм по десятому квалитету (219.13Н10) на длине 172 мм при различных скоростях резания

По результатам экспериментов можно сделать выводы. Испытания показали, что ион-но-вакуумная модификация поверхности пластин значительно уменьшает их износ, меняя в некоторых случаях его характер от усталостного выкрашивания к абразивному истиранию с элементами адгезионного схватывания. Например, для Т15К6 шероховатость поверхности уменьшилась примерно в два раза.

Ионно-вакуумная модификация в целом уменьшает величину износа металлокерами-ческих пластин, а значит, увеличивает их стойкость. Например, стойкость пластин Т15К6 стала примерно в два раза больше.

Как показывают результаты экспериментов, ионно-вакуумная модификация позволяет повысить качество рабочих поверхностей твердосплавных пластин за счет комплексного влияния (сглаживания поверхности, удаления дефектов поверхностного слоя и т. д.) и обеспечить уменьшение параметров шероховатости. Все это приводит к повышению из-

носостойкости твердосплавных пластин, а следовательно, к повышению эффективности процесса обработки заготовок деталей машин. Увеличение эффективности процесса обработки заготовок заключается не только в повышении качества обработанного металла поверхностного слоя заготовок и уменьшении времени технологического обслуживания при-смене инструмента, но и в значительном сокращении необходимого количества дорогостоящих твердосплавных пластин.

Литература

1. Петров В. М. Применение модификаторов в узлах машин для решения триботехнических задач. СПб.: СПбГТУ, 2004. 282 с.

2. Васильков Д. В., Вейц В. Л., Шевченко В. С. Динамика технологических систем механической обработки. СПб.: ТОО «Инвентекс», 1997. 230 с.

3. Данилин Б. С., Киреев В. Ю. Применение низкотемпературной плазмы для травления и очистки материалов. М.: Энергоиздат, 1987. 264 с.

4. Попов В. Ф., Горин Ю. Н. Процессы и установки электронно-ионной технологии. М.: Высшая школа, 1988. 255 с.

5. Лабунов В. А., Данилович Н. И., Уксусов А. С.

и др. Современные магнетронные распылительные системы // Зарубежная электронная техника. 1982. № 10. С.3-61.

6. Круглов И. А., Сенчило И. А., Зубарев Ю. М. и др.

Технология прогнозирования изменений физико-химических свойств ионно-модифицированных слоев в процессе эксплуатации // Проблемы машиноведения и машиностроения. Вып. 27. СПб.: СЗТУ, 2002. С. 25-29.

7. Сенчило И. А., Зубарев Ю. М., Бабошкин А. Ф. и др. Технология обработки с использованием потоков высокоэнергетических частиц. СПб.: ПИМаш, 2004. 114 с.

8. Верещака А. С., Третьяков И. П. Режущие инструменты с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение, 1986. 192 с.

Марка пластины Стойкость, мин, в зависимости от скорости резания, м/мин

100 110 120

Т9025 119,0  98,6 84,0

Т15К6* 1 54,4 Щ 43,5 36,4

Т15К6 ((Т1-Си)-Ы) 129,2 107,3 89,6

Т15К6 (Т-Си-Мо)-ЭД) 115,6 Щ 43,5 36,4

'Исходное состояние.

Читайте в следующем номере:

• Энергетический подход к выбору абразивного инструмента при шлифовании кремнистых сталей /Ву-тенко В. И., Фоменко Е. С., Гусакова Л. В./

• Разработка физических моделей строения абразивных инструментов (кругов, лент) с учетом их затупления в процессе шлифования /Калинин Е. П., Архипов В. Д., Правдик М. В./

• Электроэрозионное формообразование прецезионных поверхностей сферической формы /Халдеев В. Н/

• Контроль процесса аустенитизации при индукционном нагреве под поверхностную закалку цилиндрических объектов /Везменов Ф. В., Зимин Н. В./

• Разработка нового типа кузнечно-прессового оборудования для разделительных операций на основе клиношарнирного механизма с вогнутым клином /Роганов Л.Л., КарнаухС.Г., Чоста Н. В./

• Исследование деформационных свойств обработанной поверхности /Ким В. А., Отряскина Т. А., Щелкунов Е. В./

• Создание функциональных покрытий с элементами кластерной наноструктуры на основе А120з методом микроплазменного напыления /Шолкин С. Е./

• Влияние предварительной термической обработки на структуру стали типа 32Х2Н2М1Ф-Ш /Глады-шев С. А., Гавзе А. Л., Заря Н. В./

• Развитие объемного проектирования изделий машиностроения с применением стандартов 3-мерного документирования /Пиликов Н.А./

• Непараметрический подход к оценке качества изделий /Валетов В. А., Иванов А. Ю./

"ШШ № 5 (59)/2010