Анализ технологической операции изготовления гильзы цилиндра

Для подтверждения высказанного предположения провели исследования при токарной обработке заготовок из сталей 12Х18410Г и 38ХА инструментом, оснащенным пластинами из твердого сплава и быстрорежущей стали с различными износостойкими покрытиями (из нитрида титана (TIN), из нитрида титана, легированного железом (Ti, Fe) N, алюминием (Ti, Al) N и цирконием (Ti, Zr) N).

Об изменении структуры покрытий судили по изменением периода кристаллической решетки, ширины рентгеновской дифракционной линии и остаточных микронапряжений о.

Микротвердость Н покрытий измеряли с использованием индикатора Кнуппе при нагрузке 1Н.

Химический состав покрытий определяли на растровом электронном микроскопе РЭМ-200 с рентгеновским микроанализом. Структуру покрытий исследовали на дифрактометре ДРОН-3.

Покрытия толщиной 60,5 мкм наносим (на установке “Булат-3Т” при постоянной температуре 500оС) на сменные многогранные пластины из твердого сплава БК6 (размеры 4,76х12,7х12,7 мм; радиус сопряжения граней 1 мм; =-5о; =5о; =75о; 1=15о) и на острозаточенные пластины из быстрорежущей стали Р6М5 (размеры 10х18х18 мм; =10о; =8о; ==0; =45о; 1=15о).

Стойкость инструмента оценивали по пути L резания, пройденному до износа по задней поверхности hз=0,4 и 0,6 мм соответственно для твердосплавных и быстрорежущих пластин (при использовании последних, в качестве СОЖ применяли 5% -ный раствор Укринола-1).

Некоторые результаты исследований свойств покрытий, нанесенных на твердосплавную пластину, представлены ниже в таблице.

Как видно, покрытия (Ti, Fe) N и (Ti, Al) N имеют несколько меньший, чем у покрытия ТiN период. Для покрытия (Ti, Fe) N, как и для покрытия (Ti, Zr) N, характерно увеличение ширины и, следовательно, повышение микротвердости по сравнению с микротвердостью покрытия TiN. Более высокая микротвердость покрытия (Ti, Al) N по сравнению с покрытием ТiN может быть объяснена наличием сильной химической связи между титаном и алюминием. Остальные макронапряжения о для покрытий (Ti, Fe) N и (Ti, Al) N являются снимающими, также как и для покрытия (Ti, Zr) N. Таким образом, покрытия (Ti, Fe) N и (Ti, Al) N по своим структурным параметрам и микротвердости практически не отличаются от покрытия (Ti, Zr) N.

Исследования стойкости режущих инструментов с покрытием в зависимости от скорости V резания показали следующее. При обработке заготовок из сталей 38ХА и 12Х18Н10Т (подача S=0,3 мин/об; глубина резания t=0,5 мм) покрытия (Ti, Fe) N и (Ti, Al) N более эффективны, чем покрытие TiN (см. Рисунок (а) и (б)) (путь L резания для твердосплавных пластин с покрытием (Ti, Fe) N в 1,7-2 раза, а с покрытием (Тi, Al) N - в 2,25 раза больше). При обработке заготовок из стали 38ХА на высоких скоростях резания эффективность покрытий (Ti, Al) N и (Ti, Zr) N примерно одинаковые. При обработке заготовок из стали 12Х18Х10Т наиболее эффективно покрытие (Ti, Al) N.

При обработке заготовок из стали 38ХА инструментом, оснащенным пластиной из быстрорежущей стали Р6М5 (S=0,3 мм/об; t=1 мм), получены аналогичные результаты: эффективность покрытий (Ti, Fe) N и (Ti, Al) N выше, чем эффективность покрытий TiN (путь L в среднем 2,75 раза больше), и они имеют примерно одинаковую эффективность с покрытием (Ti, Zr) N (Рисунок (в)).

Следует отметить, что для инструментов с покрытиями (Ti, Al) N и (Ti, Zr) N характерно смещение с экстремума зависимости l=f(v) в сторону больших скоростей резания.

Это, по-видимому, связано с большой физико-химической пассивностью их материала по отношению к обрабатываемому материалу. В то же время инструменты с более пластичными покрытиями ((Ti, Fe) N, у которого Н=31,4 гПа) лучше сопротивляются адизионно-усталостным процессам и имеют большую стойкость на малых скоростях резания, чем инструменты с покрытиями (Ti, Al) N и (Ti, Zr) N.

а)

б)

в)

Рисунок - Зависимость пути резания L (м) от скорости резания V (м/мин)

Зависимости пути L резания от скорости V резания при обработке заготовок из сталей 38ХА и 12Х18Х10Т инструментом, оснащенным пластинами твердосплавными (соответственно (а) и (б)), а также при обработке заготовок из стали 38ХА инструментом, оснащенным пластинами из быстрорежущей стали с покрытиями TiN, (Ti, Fe) N, (Ti, Al) N и (Ti, Zr) N.

Эффективность всех сложных покрытий по отношению к покрытию TiN существенно изменяется в зависимости от скорости V и снижается с ее увеличением. Режущие инструменты, оснащенные пластинами с покрытиями (Ti, Fe) N и (Ti, Al) N, прошли опытно-промышленные испытания и внедрены в производство.

Выводы