Повышение износостойкости твердосплавного инструмента методом ионного азотирования

15 НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ

15.1 Анализ литературных источников

Тема научно-исследовательской части: “Повышение износостойкости твердосплавного инструмента методом ионного азотирования”.

В ходе работы были проанализированы следующие литературные источники:

1. Каплун В.Г., Гладкий Я.М., Снозык О.В. Исследование эффективности ионного упрочнения твердосплавного инструмента // Проблемы трибологии. – 1996. – №1. – с.81-84.

2. Снозык О.В. Исследование внутренних напряжений в твердосплавном материале, вызванных упрочняющей обработкой // Проблемы трибологии. – 1998. №1. – с.147-149.

3. Каплун В.Г., Пастух И.М., Снозык О.В. Оптимизация параметров режима ионного азотирования твердосплавного инструмента // Проблеми сучасного машинобудування. – Хмельницький: ТУП, 1996. – с.104-106.

4. Патент на изобретение №23328А, МКИ С23С8/36. Украина. Способ химико-термической обработки твердосплавных пластин / Каплун В.Г.,      Снозык О.В. (Украина).-4с.; Опубл. 31.08.98, Бюл. №4.

В каждом из этих источников рассматривается новая эффективная технология повышения износостойкости и долговечности твердосплавного режущего инструмента, основанная на методе ионного азотирования в безводородных средах. Приводятся расчеты экономической эффективности и обосновывается целесообразность использования донной технологии.

15.2 Постановка задачи исследования

Целью работы есть повышение износостойкости и долговечности твердосплавного   режущего  инструмента  в  сложных  условиях  эксплуатации  с

использованием технологии ионного азотирования в безводородной среде.

Для достижения этой цели были поставлены такие задачи:

– путем анализа существующих технологий повышения износостойкости установить возможные пути и механизмы улучшения эксплуатационных свойств твердосплавного инструмента и на их основе предложить метод эффективного повышения его износостойкости;

–  установить механизм повышения износостойкости твердосплавного режущего инструмента после его упрочнения методом ионного азотирования в безводородной среде;

–  экспериментально исследовать влияние технологии безводородного ионного азотирования на характеристики процесса трения и интенсивности износа азотированного твердосплавного инструмента.

15.3 Методика исследования

Методика исследования базировалась на фактическом определении действующих на резец сил с помощью динамометра “УДМ 100” и измерения термоэлектродвижущей силы методом натуральной термопары “обрабатываемый материал-инструмент”.

Средний коэффициент трения на передней поверхности m₁=F₁/N₁ устанавливался на основании результатов экспериментально полученных силовых зависимостей, где силы F₁ и N₁ определялись из системы уравнений:

P_z=F₁sing+N₁cosg+F₂

√P_x²+P_y²=F₁cosg+N₁sing+N₂

где P_x, P_y, P_z – проэкции силы резания на оси X, Y, Z;

g – главный передний угол инструмента;

F₂, N₂ – тангенциальная и нормальная силы на задней поверхности инструмента, которые устанавливались методом экстраполяции силовых зависимостей P_z=f(S_p) и P_xy=f(S_p) на нулевую толщину среза.

15.4 Анализ полученных результатов

Графическая зависимость (рисунок 15.1) главной силы резания P_z от поверхностной обработки показывает снижение силовой нагрузки после ионного азотирования твердосплавной пластины во всем диапазоне скоростей резания по стали 45. Такое же стабильное снижение сил резания зафиксировано и для сталей 40х и 03х18Н10Т (таблица 15.1).

Таблица 15.1 Влияние покрытия на характеристики процесса грения и резания твердосплавным инструментом

Обрабатываемый материал	Инструмент	Vp, м/мин	Px, Н	Py, Н	Pz, Н	m1	Тр, мВ
Сталь 45	Т15К6-но	130	330	450	930	0,82	12,8
Сталь 45	Т15К6-иа	130	300	390	860	0,75	12,2
40х	Т15К6-но	120	380	520	1200	0,80	18,5
40х	Т15К6-иа	120	360	450	1100	0,4	18,2
03х18Н10Т	Т15К6-но	100	350	410	820	0,92	12,0
03х18Н10Т	Т15К6-иа	100	320	370	750	0,7	11,8

При этом благодаря снижению средней контактной температуры у азотированного инструмента, диапазон стабилизации зависимости P_z=f(V_p) смещается вправо по оси абсцисс, что, согласно известным методам определения оптимальной скорости резания, свидетельствует о ее повышении на 20%.

1–

–1

        P_z, Н                                                                                Т_р,мВ       

–2

2–

            1000                                                                                                    13

              900                                                                                                    12

800  11

        50               100                   150           V_p, м/мин                    50               100                             150    V_p,м/мин

                                                         а)                                                                    б)

Рисунок 15.1 Зависимость главной силы резания P_z – (а) и температуры Т_р –(б) от скорости резания стали 45 инструментом Т15К6

m₁                                                                                                                              m₁

			–1

 

2–

0,8                                                                                                   0,8

0,7                                                                                                   0,7

	2–

 

0,6                                                                                                   0,6

                      50              100                   150           V_p, м/мин                   0            0,1                0,2             0,3                 V_p,

   м/мин

                                        а)                                                                    б)

Рисунок 15.2 Влияние ионного азотирования инструментальных пластин Т15К6 на средний коэффициент трения при резании стали 45

1–

                                                         h₃, мм

0,3

 

–2

0,2

0,1

   0                  15              30               45            t_р,мин

Рисунок 15.3 Линейный износ инструмента Т15К6                                1– необработанного; 2– ионноазотированного

Во всем диапазоне исследованных режимов резания наблюдается снижение среднего коэффициента трения после ионного азотирования режущий пластин. Расхождение кривых 1 и 2 (рисунок 15.2) увеличивается с ростом скорости резания и достигает максимума в зоне оптимальных скоростей резания (150…180м/мин).