Результати експериментальних досліджень впливу ОІМП на мікротвердість поверхневого шару та структуру безвольфрамового твердого сплаву ТН20

4 Результати експериментальних досліджень впливу ОІМП на мікротвердість поверхневого шару та структуру безвольфрамового твердого сплаву ТН20

Встановлено, що ОІМП підвищує мікротвердість  поверхневого шару твердого сплаву та знижує коефіцієнт її варіації  практично у всьому досліджуваному діапазоні режимів магнітної обробки. Отримані для партій пластин з середньою мікротвердості у вихідному стані  = 1400 МПа та коефіцієнтами варіації мікротвердості у вихідному стані  = 0,085,  = 0,12 та  = 0,2 залежності  від режимів ОІМП відповідають загальному вигляду виразів (3–5). Найбільше підвищення  та найбільше зниження  відбуваються при однакових режимах ОІМП та для партії пластин з середньою мікротвердістю у вихідному стані  =1400 МПа складають відповідно 1,31 та 2,65 рази. Оптимальна напруженість  поля, що забезпечує найбільше підвищення , залежить від мікротвердості  пластини у вихідному стані за лінійною залежністю  (коефіцієнт кореляції  = 0,98), а режими ОІМП впливають тільки на , не впливаючи на .

Результати рентгеноструктурного аналізу твердого сплаву ТН20 у вихідному стані та після ОІМП підтвердили представлену в роботі теоретичну модель впливу ОІМП на структуру БВТС. В результаті ОІМП твердого сплаву з режимами, що забезпечують найбільше підвищення  (для партії з  = 1400 МПа –  = 1,1·10⁵ А/м,  = 2 хв;  = 28 год,  = 5 Гц), відбувається підвищення щільності дислокацій в зв’язуючій фазі сплаву в 1,57 разів, у карбідній фазі – у 1,37 разів, а також підвищення щільності дефектів пакування, зміна елементів субструктури, зменшення параметра кристалічної ґратки карбідної фази. Ці структурні зміни свідчать про магнітострикційну природу, дислокаційний механізм та субструктурний характер зміцнення твердого сплаву ТН20 після ОІМП з даними режимами. Разом з тим підтверджено відсутність зміцнення твердого сплаву ТН20 після ОІМП з напруженістю поля  = 1,8·10⁵ А/м, яка не забезпечує підвищення .

При чистовому точінні сталей 45 та У8А встановлено підвищення стійкості різців в результаті ОІМП різальних пластин в усьому діапазоні досліджуваних режимів магнітної обробки, крім  А/м. Залежності коефіцієнта  підвищення стійкості різців від напруженості поля і тривалості ОІМП носять характер, подібний до залежностей  від цих режимів ОІМП. Найбільше підвищення стійкості

Таблиця 1

Вплив ОІМП на рівень  при чистовому точінні сталей 45, У8А, 30Х13 різцями з різальними пластинами з твердого сплаву ТН20

Таблиця 2

Параметричні рівняння максимальної розмірної стійкості різців з різальними пластинами з твердого сплаву ТН20 у вихідному стані і після ОИМП

ти  та оптимальний відносний поверхневий знос  по задній поверхні при точінні сталей 45 і У8А з будь-якою подачею  в межах досліджуваного діапазону тавизначити оптимальне сполучення швидкості різання і подачі, що забезпечує мінімум  і максимум . Отримані моделі служать основою для науково обґрунтованого вибору раціональних режимів різання при чистовому точінні сталей 45 і У8А різцями з пластинами з твердого сплаву ТН20, підданими ОІМП.

Встановлено, що ОІМП знижує у 1,47–1,73 рази коефіцієнт  варіації довжини шляху різання при чистовому точінні сталей 45 та У8А.

Зниження  різців в результаті ОІМП забезпечує підвищення точності обробки деталей за рахунок зниження у 1,2–1,27 рази складової похибки , пов’язаної з розмірним зносом різця. ОІМП знижує в 1,15–1,2 рази величину параметра шорсткості обробленої поверхні  при чистовому точінні сталей 45 та У8А. Найбільша точність і найменша шорсткість обробленої поверхні відзначаються при оптимальних швидкостях різання.

1.         В роботі вирішена актуальна наукова задача підвищення ефективності чистового точіння сталей різцями з різальними пластинами з безвольфрамових твердих сплавів (БВТС) за рахунок розробки та впровадження технологічного методу обробки імпульсним магнітним полем (ОІМП) різальних пластин і вибору раціональних режимів різання.

2.         Встановлено, що ОІМП різальних пластин з БВТС знижує інтенсивність зношування різців, оснащених цими пластинами, при чистовому точінні сталей за рахунок підвищення мікротвердості поверхневого шару твердого сплаву, а також забезпечує зниження показників деформації оброблюваної сталі, коефіцієнтів тертя на контактних поверхнях, температури різання за рахунок підвищення співвідношення контактних твердостей інструментального та оброблюваного матеріалу.

3.         На прикладі твердого сплаву ТН20 розроблено теоретичну модель впливу ОІМП на структуру і мікротвердість поверхневого шару БВТС. Згідно з цією моделлю дія магнітного поля викликає пластичну деформацію стискування зв’язуючої фази та обумовлене нею стискування карбідних зерен, що призводить до підвищення мікротвердості поверхневого шару твердого сплаву внаслідок зміцнення його фаз, яке має магнітострикційну природу, дислокаційний механізм протікання та субструктурний характер. Встановлено характер залежностей коефіцієнту відносного підвищення мікротвердості поверхневого шару твердого сплаву від напруженості поля, тривалості магнітної обробки, часу витримки різальних пластин після ОІМП.

4.         Визначено раціональні режими ОІМП різальних пластин з безвольфрамового твердого сплаву ТН20, що забезпечують найбільше підвищення стійкості різців з цими пластинами при чистовому точінні сталей 45 та У8А. Встановлено, що найбільше підвищення стійкості різців відбувається в результаті ОІМП з режимами, що забезпечують найбільше підвищення мікротвердості поверхневого шару твердого сплаву.

5.         ОІМП підвищує довжину шляху різання при чистовому точінні сталей 45, У8А, 30Х13 різцями з різальними пластинами з твердого сплаву ТН20 у всьому досліджуваному діапазоні швидкостей різання. Найбільше підвищення довжини шляху різання відповідає оптимальним швидкостям різання для різців з різальними пластинами, підданими ОІМП, і в діапазоні досліджуваних подач і глибин різання складає: при точінні сталі 45 – 1,8– 2,15 рази; сталі У8А – 1,94 – 2,28 рази; сталі 30Х13 – 1,52 – 2,08 рази. Встановлено, що ОІМП знижує коефіцієнт варіації довжини шляху різання при точінні сталей 45 та У8А на оптимальних швидкостях різання в 1,47–1,73 рази, підвищує точність обробки деталей зі сталі 45 за рахунок зниження у 1,2–1,27 рази складової похибки, пов’язаної зі зносом різця, знижує в 1,15–1,2 рази величину параметра шорсткості обробленої поверхні  при чистовому точінні сталей 45 та У8А.

6.         Визначено раціональні режими різання при чистовому точінні сталей 45, У8А, 30Х13 різцями з різальними пластинами з твердого сплаву ТН20, обробленими імпульсним магнітним полем, які забезпечують максимальну довжину шляху різання і найкращі показники точності обробки і шорсткості оброблених поверхонь. Отримано математичні моделі залежностей відносного поверхневого зносу різців і температури різання від режимів різання, параметричні рівняння максимальної розмірної стійкості, що служать основою для науково обґрунтованого вибору раціональних режимів різання при чистовому точінні сталей 45 і У8А різцями з пластинами з твердого сплаву ТН20, підданими ОІМП.

7.         Встановлено підвищення рівня оптимальних швидкостей різання, що відповідають мінімальній інтенсивності зношування різців, при чистовому точінні сталей різцями з різальними пластинами з твердого сплаву ТН20 в результаті ОІМП різальних пластин. Підвищення рівня оптимальних швидкостей різання відбувається внаслідок зниження термомеханічної напруженості в зоні різання, обумовленого підвищенням співвідношення контактних твердостей інструментального та оброблюваного матеріалів після магнітної обробки різальних пластин. Величина підвищення в діапазоні досліджуваних подач і глибин різання складає: при точінні сталі 45 –33,3 – 43,8 %, сталі У8А – 29,1 – 41,9 %; стали 30Х13 – 13,3 – 25 %.

8.         Розроблено рекомендації з практичного використання технологічного методу ОІМП різальних пластин з твердого сплаву ТН20 з метою підвищення ефективності чистового точіння сталей різцями з цими пластинами. Складено номограми для вибору режимів різання при чистовому точінні сталей 45 і У8А різцями з різальними пластинами з твердого сплаву ТН20, підданими ОІМП.

9.         Практичні результати роботи впроваджені у виробництво при виготовленні деталей важких токарних верстатів на ВАТ “Краматорський завод важкого верстатобудування”. Річний економічний ефект від впровадження склав 55,3 тис. грн. Результати досліджень впроваджені до навчального процесу Донбаської державної машинобудівної академії.

1.  Калиниченко В.В. Перспективы повышения работоспособности режущего инструмента из безвольфрамовых твердых сплавов методами виброабразивной и магнитной обработки // Резание и инструмент в технологических системах: Международный научно-технический сборник. - Харьков, 1999. - Вып. 54. - С. 125-129.

2.  Зиновьев Н.И., Калиниченко В.В. Влияние импульсной магнитной обработки на безвольфрамовые твердые сплавы // Резание и инструмент в технологических системах: Международный научно-технический сборник. - Харьков, 1999. - Вып. 55. - С. 110-114.

Здобувачем проведені дослідження впливу ОІМП на мікротвердість поверхневого шару та структуру твердого сплаву ТН20.

3.  Зиновьев Н.И., Калиниченко В.В. Изменение структуры и свойств безвольфрамовых твердых сплавов при обработке импульсным магнитным полем // Авиационно-космическая техника и технология: Труды Государственного аэрокосмического университета им. Н.Е. Жуковского “ХАИ”. - Харьков, 1999. - Вып. 11. - С. 269-272.

Здобувачем проведені дослідження впливу ОІМП на структуру твердого сплаву ТН20.

4.  Зиновьев Н.И., Калиниченко В.В. Повышение эксплуатационных свойств режущего инструмента из безвольфрамовых твердых сплавов // Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем: Збірник наукових праць. - Краматорськ: ДДМА, 1999. - Вип.9. - С. 97-100.

Здобувачем проведені дослідження впливу ОІМП на мікротвердість поверхневого шару твердого сплаву ТН20.

5.  Зиновьев Н.И., Калиниченко В.В. Влияние ОИМП на микротвердость поверхностного слоя и износ режущего инструмента из БВТС // Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем: Збірник наукових праць. - Краматорськ: ДДМА, 2000. - Вип. 10. - С.117-122.

Здобувачем проведені дослідження впливу режимів ОІМП на мікротвердість поверхневого шару твердого сплаву ТН20 і обґрунтування впливу ОІМП на інтенсивність зношування різців.

6.  Зиновьев Н.И., Калиниченко В.В. Влияние режимов обработки импульсным магнитным полем на период стойкости и стабильность показателей микротвердости инструмента из твердого сплава ТН20 // Резание и инструмент в технологических системах: Международный научно-техн. сборник. - Харьков, 2001. - Вып. 59. - С. 101-105.

Здобувачем проведені дослідження впливу режимів ОІМП на стійкість різців та коефіцієнт варіації мікротвердості поверхневого шару твердого сплаву,

7. Зиновьев Н.И., Калиниченко В.В. Влияние режимов резания на характеристики стойкости и относительного поверхностного износа резцов с режущими пластинами из безвольфрамового твердого сплава ТН20, обработанными импульсным магнитным полем. // Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем: Збірник наукових праць. - Краматорськ: ДДМА, 2001. - Вип. 11. - С. 3-12.