УДК 621

УДК 621.9.048.6:621.794

Комбинированное упрочнение твердосплавных пластин – объемное импульсное лазерное упрочнение + вибрационная обработка

Пинахин И. А., Иванов В. В., Черниговский В. А.

Северо-Кавказский федеральный университет

(г. Ставрополь, Россия)

В различных сферах деятельности человека (промышленность, строительство, сельское хозяйство) широко используются твердые сплавы, которые рационально применять при тяжелых условиях работы: абразивный и адгезионный износ, динамические и ударные нагрузки и т. п. Имея высокую режущую способность и теплостойкость, изделия из твердых сплавов для увеличения эксплуатационного ресурса нуждаются в повышении прочности и износостойкости. Для решения этой задачи используются различные методы упрочнения. Традиционные методы упрочнения глубоко изучены и не позволяют значительно повышать уже известные результаты. Экспериментальные и практические исследования показали, что одним из перспективных направлений повышения эксплуатационного ресурса деталей машин, работающих в тяжелых условиях (агрессивная среда, трение, динамические нагрузки и т. п.), является применение комбинированных методов упрочнения.

Для повышения эксплуатационного ресурса изделий из твердых сплавов нами предлагается их комбинированное упрочнение посредством объемного импульсного лазерного упрочнения (ОИЛУ) и вибрационной обработки (ВО). При этом учитывалось, что метод ОИЛУ, разработанный в Северо-Кавказском федеральном университете хорошо зарекомендовал себя при черновом резании за счет повышения прочности твердых сплавов [1], а ВО позволяет увеличивать износостойкость материалов [2].

ОИЛУ проводилось на лазере ГОС 1001 с применением ранее зарекомендовавших себя режимов лазерного воздействия [3]: плотность энергии облучения 186 МДж/м², диаметр луча лазера 1,4 мм. ВО проводилась на установке УВГ 4×10.

Результаты лабораторных испытаний токарных проходных резцов при обработке стали 20, оснащенных пластинами из твердых сплавов, приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Результаты лабораторных испытаний

Марка твердого сплава	Вид упрочнения	Режимы резания	Стойкость режущего инструмента, мин	Коэффициент изменения стойкости Т_упр/Т_исх	Коэффициент вариации стойкости
ТТ7К12	Исходный	t=5 мм, S=0,8 мм/об, V=78,7 м/мин	18	-	0,3
	ОИЛУ		37	2,06	0,2
	ВО		26	1,44	0,28
	ОИЛУ+ ВО		46	2,56	0,18
ВК8	Исходный		22	-	0,25
	ОИЛУ		42	1,91	0,2
	ВО		34	1,55	0,24
	ОИЛУ+ ВО		49	2,23	0,18
Т5К10	Исходный		24	-	0,3
	ОИЛУ		49	2,04	0,2
	ВО		36	1,50	0,26
	ОИЛУ+ ВО		58	2,42	0,18
КНТ-16	Исходный		14	-	0,25
	ОИЛУ		30	2,14	0,15
	ВО		26	1,86	0,22
	ОИЛУ+ ВО		38	2,71	0,14

Как видно из таблицы 1 применение комбинированного метода упрочнения ОИЛУ+ВО позволяет существенно повысить стойкость режущего инструмента в 2,23 – 2,71 раза, тогда как применение методов ОИЛУ и ВО в 1,91 – 2,14 раза и 1,50 – 1,86 раза соответственно. Также следует отметить снижение коэффициента вариации стойкости для упрочненных режущих инструментов: ОИЛУ в 1,25 – 1,67 раза, ВО в 1,04 – 1,15 раза, ОИЛУ+ ВО в 1,39 – 1,79 раза. Таким образом, появляется возможность эффективного использования комбинированного метода упрочнения ОИЛУ+ВО для упрочнения режущего инструмента, работающего в условиях автоматизированного производства при принудительной смене инструмента, когда предъявляются повышенные требования по стабильности его работы.

Показатели безотказности работы (вероятность безотказной работы, плотность распределения отказов, интенсивность отказов) также подтвердили ранее полученные результаты о повышении стабильности работы режущих инструментов после ОИЛУ+ВО.

Рисунок 1 – Интенсивность отказов режущих инструментов: 1 – исходные; 2 – ОИЛУ; 3 – ВО; 4 – ОИЛУ+ВО

Как видно из рисунка 1 для неупрочненных инструментов на начальной стадии эксплуатации характерен период приработки (зона а), когда будет иметь место большая интенсивность отказов. Для упрочненных инструментов период приработки практически отсутствует. Методу ОИЛУ+ВО соответствует кривая 4, расположение которой говорит о наименьшем количестве отказов по сравнению с неупрочненным инструментом, а также с резцами после ОИЛУ и ВО (кривые 1 – 3).

На основании вышесказанного можно сделать следующие выводы:

1. Применение комбинированного метода упрочнения ОИЛУ+ВО позволяет существенно повысить стойкость режущего инструмента (в 1,39 – 1,79 раза) по сравнению с раздельным использованием методов ОИЛУ и ВО (1,91 – 2,14 раза и 1,50 – 1,86 раза соответственно).

2. Наблюдается эффект упрочнения для всех групп твердых сплавов (вольфрамсодержащих и безвольфрамовых).

3. Применение ОИЛУ+ВО повышает стабильность работы режущих инструментов, что делает возможным их применение в условиях автоматизированного производства.

Литература

1. Пинахин И. А., Копченков В. Г. Влияние импульсной лазерной обработки твердосплавных режущих инструментов на эффективность обработки металлов резанием // Вестник ДГТУ.– Ростов н/Д, 2010.– №8. – С. 1235 – 1241.

2. Иванов В.В. Вибрационные механохимические методы нанесения покрытий: монография/ В.В. Иванов. – Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2007. – 140 с.

3. Pinahin I. A., Toeskin S. A., Yagmurov M. A., Salmanova D.A. Influence of by volume impulsive laser work hardening on durability of carboloies // 3rd International Scientific and Practical Conference "Science and Society" held SCIEURO in London 20-21 March 2013, P. 50 – 58.