12 Исследование режущих свойств твердосплавных пластин с покрытиями
Одним из наиболее эффективных путей повышения работоспособности многогранных твердосплавных пластин (МТП) является нанесение на рабочие поверхности тонких износостойких покрытий из различных химических соединений (карбидов, интридов, карбонитридов, титана).
Из существующих методов нанесения покрытий промышленное применение получили только два: газофазный термический (ГТ) и термодиффузионный (ДТ), разработанный ВНИИТСом. Они основаны на химическом взаимодействии твердого сплава пластин с материалом покрытия, образующегося из среды реагирующих газов или из диффундирующего порошка при определенной температуре.
Режущие свойства твердосплавных пластин с покрытиями исследовали при обработке резцами с механическим креплением МТП формы 03111-120408 по ГОСТ 19049-80 (четырехгранная пластина 12,7х12,7х4,76). Геометрические параметры режущей части резца: передний угол – 60, задний угол – 60, главный угол в плане – 450, вспомогательный угол в плане – 450, угол наклона режущей кромки – 60.
Исследовали пластины из сплавов ВК6 и ТТ10К8Б с покрытиями и без покрытия. Пластины из сплавов типа ВК испытывали при продольном точении серого чугуна марки СЧ32-52, а пластины из сплавов типа ТТК – при продольном точении углеродистой стали 50 на токарном станке мод. 16К20 с бесступенчатым регулированием частоты вращения шпинделя. Зависимость стойкости пластин от скорости резания определяли при постоянном сечении среза (подача 0,2 мм/об, глубина резания 1мм); скорость резания 120-380 м/мин. За критерий затупления принимали износ по задней поверхности 0,5 мм.
На рис.12.1 видно, что повышение стойкости пластин с покрытием ( примерно в 4 раза) во всем исследовательском диапазоне скоростей практически одинакова.
Испытания показали, что пластины с износостойкими покрытиями имеют преимущество по стойкости по сравнению не только с пластинами без покрытия, но и с пластинами из других сплавов. Кроме того, пластины с покрытием из карбонитрида титана имеют в 1,5 раза более высокую стойкость по сравнению с аналогичными пластинами с покрытием из карбида титана.
Влияние подачи на режущие свойства пластин с покрытиями определили при V=180м/мин, s=0,2-1мм/об, t=1мм. Из рис. 12.2 видно, что эффективность применение твердосплавных пластин с покрытием снижается с увеличением подачи.
Пластины с покрытием испытали на стойкость при торцевом фрезеровании однозубой фрезой. Результаты испытаний приведены в таблице, см. графическую часть. Анализ показал, что твердосплавные пластины с покрытием можно рекомендовать для получистового точения и чернового непрерывного точения углеродистых сталей и серых чугунов, для чистового фрезерования и меньшей степени для ударно-прерывистого точения и черного фрезерования.
Изучение особенностей механизма износа твердосплавных пластин с покрытием позволило определить пути дальнейшего их совершенствования. Установлено влияние свойств сплава основы, переходной зоны и самого покрытия на работоспособность пластин.
Высокое удельное давление, температура и пластическая деформация в контактной зоне при больших скоростях резания в значительной степени способствуют диффузионному взаимодействию обрабатываемого материала и твердого сплава. Диффузию в контактной паре «обрабатываемый материал – твердый сплав с покрытием» изучали двумя методами.
Первый метод заключается в моделировании процесса диффузии на образцах с помощью горячего прессования и в исследовании шлифов в местах соединения на микроанализаторе фирмы КАМЕКА (Франция) с разрешающей способностью 1 мкм.
Испытуемые образцы из сплава ВК6 с покрытием и без покрытия соединяли с образцами из углеродистой стали 50, контактные поверхности которых предварительно полировали фетром и обезжиривали. Образцы помещали в графитовую пресс-форму, засыпали порошком окиси алюминия для предотвращения науглероживания и подвергали горячему прессованию: давление 50 Мпа, выдержка 9 мин. при температуре 1100 0С.
Режим горячего прессования подбирали опытным путем, исходя из предельных значений температур и давлений в процессе резания. Пробные опыты показали, что твердосплавные пластины без покрытия довольно легко соединяются со сталью, а пластины с покрытием – труднее. Таким образом, покрытие является эффективным барьером, препятствующим диффузионному соединению образцов.
Визуальное наблюдение с помощью инструментального микроскопа показало, что у пары «твердый сплав без покрытия – сталь» на твердом сплаве образовалась трещина в направлении, параллельном линии стыка двух образцов. Это можно объяснить значительной степенью диффузии между сталью и твердым сплавом без покрытия и разницей температурных коэффициентов линейного расширения образцов, что согласуется с данными работы [ ]. С помощью микроанализатора в обеих зонах контакта была определена концентрация железа, вольфрама, кобальта и титана (по интенсивности рентгеновского излучения). Анализ показал, что слой карбида титана препятствует диффузии железа в твердый сплав, а также вольфрама и кобальта в сталь.
Второй метод изучения диффузии в контактной паре «твердый сплав с покрытием - сталь» заключается в рентгеновском анализе (с помощью микрозонда) шлифов очагов износа пластин с покрытием и без покрытия. Микроанализ покрытия показал, что характер расположения кривых концентрации вольфрама, кобальта, железа аналогичен характеру кривых, степени концентрации металлов в сплав без покрытия, только степень концентрации исследуемых элементов существенно ниже.
Были проведены исследования пластин с покрытием и без покрытия на установке УИА-2 [ ]. Изучали адгезионное взаимодействие контактирующих материалов при протягивании твердосплавного образца между двумя образцами обрабатываемого материала при постоянной нагрузке 1кН и температуре 7000С в вакууме. Адгезионное взаимодействие в парах «твердый сплав с покрытием – обрабатываемый материал» и «твердый сплав без покрытия – обрабатываемый материал» оценивали по силе трения, регистрируемой во время испытаний. Установлено, что для всех обрабатываемых материалов сила трения у пластин с покрытием значительно ниже, чем у пластин без покрытия.
В графической части приведены результаты производственных испытаний, показавших, что использование инструмента, оснащенного МТИ с покрытием, весьма эффективно при обработке большинства конструкционных материалов (серых и модифицированных чугунов, углеродистых и малолегированных сталей, нержавеющих сталей и т.д.). При этом стойкость инструмента повышается в 2-3 раза, что позволяет повысить скорость резания на 30-40%.
ВЫВОДЫ
1. Нанесение износостойких покрытий из карбида титана газофазным и
термодиффузионным методами на твердосплавные пластины позволяет увеличить стойкость инструмента в 3-5 раз по сравнению со стойкостью основы и, следовательно, повысить скорость резания на 30-40%.
2. Твердосплавные платины с покрытием особенно эффективны при непрерывном точении, чистовом и получистовом фрезеровании углеродистых и низколегированных сталей и серых чугунов.
3. Изучение особенностей износа пластин с покрытием показало, что покрытие является барьером, препятствующим диффузии твердого сплава и обрабатываемого материала, а также адгезионному взаимодействию контактирующих материалов.
Рисунок 12.1 – Зависимость стойкости твердосплавных пластин от скорости резания при обработке чугуна (сплошные линии) и стали (штриховые линии).
Рисунок 12.2 – Зависимость стойкости твердосплавных пластин от подачи.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.