Технические науки/8. Обработка материалов в машиностроении

К.т.н. Бруяка О.О., Кузьменко А. Н.

Горловский автомобильно-дорожный институт

Донецкого национального технического университета

Эффективная обработка высокопрочных

и тугоплавких материалов точением

Показана возможность существенного повышения эффективности и производительности точения за счет применения режущего инструмента с покрытием и комбинированно упрочненным слоем. Эффективность и производительность обработки будем оценивать по обрабатываемости материала это комплексная характеристика, учитывающая стойкость РИ, снимаемый объем материала за период его стойкости, производительность резания, силы резания, процесс деформирования стружки и поверхностного слоя детали. Также учитываются состояние поверхностного слоя детали до обработки, точность обработки, теплонапряженность и характер взаимодействия поверхностного слоя РИ с обрабатываемым материалом (адгезионными, окислительными, адсорбционными взаимодействиями). В качестве количественной оценки режима резания по обрабатываемости может быть суммарный рейтинг по снимаемому объему материала за период стойкости и производительности с учетом весового коэффициента каждого из рейтинга [1], с учетом этого рейтинга выбирались эффективные режимы обработки высокопрочных и тугоплавких материалов точением, результаты представлены в таблице 1.

Обрабатываемость резанием тугоплавких металлов и сплавов связана с их кристаллическим строением, химическим составом и теплофизическими свойствами, адгезионным взаимодействием с РИ, интенсивной окисляемостью и газонасыщением поверхностных слоев деталей, дороговизной и дефицитностью. По степени улучшения обрабатываемости резанием тугоплавкие материалы можно разделить на следующие группы: вольфрам и его сплавы; молибден, хром и их сплавы; тантал, ниобий, ванадий и их сплавы.

Основные факторы, влияющие на выбор рациональных режимов резания при точении труднообрабатываемых материалов это интенсивный износ инструмента и его низкая стойкость (снижение за счет покрытий и комбинированного упрочнения); налипы, наплывы, задиры, микро- и макротрещины, возникающие в поверхностном слое детали (снижение адгезионного взаимодействия материалов РИ и обрабатываемого, многослойные покрытия); высокая степень наклепа, большие остаточные напряжения (снижение сил резания за счет снижения адгезии); структурно-фазовые превращения в тонких поверхностных слоях детали.

Таблица 1

Материал РИ с различными покрытиями и комбинированным упрочнением, обеспечивающий наилучшую обрабатываемость конструкционных высокопрочных и тугоплавких материалов при точении

Наименование материала	Свойства	Инструментальный материал
1	2	3
Хромокремне-марга нцевые стали 35ХГСА	НВ 217, Е = 180 ГПа, sв = 0,8 ГПа	Т15К6 +TiCN+C^++Лмод Т5К10+0,8ZrN+0,2HfN+ZrN^++Hf^++Лмод
Хромоникель-вольфра мовые стали 30ХНВА	НВ 260, Е = 200 ГПа, sв = 0,9 ГПа	Т15К6+TiCN+C^++N^++Лмод Т14К8+TiCN+C+N+Ti+ Лмод
Корозионно-жаростой кие стали 12Х18Н10Т	НВ 280, Е = 210 ГПа, sв = 0,8 ГПа	ВК8+Al2O3+C^++N^++ Лмод Т15К6+0,8ZrN+0,2HfN+ZrN+Hf+Лмод
Жаропрочные деформи руемые сплавы ХН77ТЮР	НВ 300, Е = 230 ГПа, sв = 1 ГПа	ВК6М+TiCN+Ti^++Лмод Т15К6+0,8ZrN+0,2HfN+ZrN^++Hf^++Лмод
Высокопрочные стали 35Х5МСФА	НВ 310, Е = 250 ГПа, sв = 2 ГПа	ВК3М+0,8ZrN+0,2HfN+ZrN^++Hf^++Лмод ВК6М+TiCN+C^++N^++Ti^++ Лмод
Жаропрочные литейные сплавы ЖС6К	НВ 300, Е = 250 ГПа, sв = 1 ГПа	ВК3М+0,8ZrN+0,2HfN+ZrN^++Hf^++Лмод ВК6М+TiCN+C^++N^++Ti^++ Лмод
Чугуны специальные	НВ 250, Е = 160 ГПа, sв= 0,55 ГПа	ВК8+0,8ZrN+0,2HfN+ZrN^++Hf^++Лмод
		Сандвик Коромант+ 0,8ZrN+0,2HfN+ZrN^++Hf^++Лмод
Закаленная сталь 45	НRC 49, Е = 190 ГПа, sв = 0,9 ГПа	Сандвик Коромант+ +0,18HfN+0,82ZrN
		МС221+0,18HfN+0,82ZrN
Закаленная сталь ШХ15	НRC 59, Е = 260 ГПа, sв = 0,9 ГПа	ВК8+0,18HfN+0,82ZrN
		Сандвик Коромант+ +0,18HfN+0,82ZrN
Вольфрам (W) и его сплавы	Тпл = 3683 К, Е = 35,2 ГПа, r = 19,2 г/см^3	ВК6М+TiCN+C+N+Ti+Лмод ВК10ХОМ+0,8ZrN+0,2HfN+ZrN+Hf+ +Лмод ВК6ОМ+Al2O3+Al^++ ЛМод

При оценке обрабатываемости тугоплавких материалов основную роль играют не механические свойства, а диффузионная и адгезионная активность материала и его работоспособность в различных рабочих средах. Режимы резания существенно повышаются благодаря применению покрытий и комбинированного упрочнения. Оптимальные скорости резания танталовых и жаропрочных сплавов примерно одинаковые, но прочность таких сплавов, как, например, ЭИ247Б (s_в = 10 ГПа), в 2–2,5 раза выше, чем у сплавов на основе тантала, для которых режимы резания существенно выше за счет применения покрытий и комбинированного упрочнения.

Показано, что обработка может вестись с высокими скоростями резания, что позволяет использовать современное высокоскоростное металлообрабатывающее оборудование, используя отечественные (ВК8, Т15К6) и зарубежные (Сандвик Коромант) РИ с покрытиями и комбинированно упрочненными слоями.

Литература

1. Костюк Г.И. Эффективные покрытия и модифицированные и упрочненные слои на режущих инструментах. Моногр.-справочник / Г.И. Костюк. - Изд-во Междунар. академии наук и инновационных технологий, Киев, 2012, 728 с.

2. Костюк Г.И. Физико-технические основы напыления покрытий, ионной имплантации и ионного легирования, лазерной обработки и упрочнения, комбинированных технологий / Костюк Г.И.– Харьков: изд-во АИНУ, 2002. – 1030 с. в 2-х книгах.