Тихонцов А.М., Солод В.Ю., Кондрашев М.А.

Днепродзержинский государственный технический университет

Обработка жаропрочных сталей и сплавов твердосплавными резцами

В отечественном и зарубежном машиностроении при механической обработке деталей большую часть операций выполняют лезвийным инструментом. Эти операции приводят к образованию поверхностно-деформированного слоя как на поверхности детали, так и на передней поверхности инструмента, что в значительной степени влияет на подачу и скорость резания и, в конечном счете, – на производительность процесса металлообработки. Особенно влияния указанного слоя проявляются при обработке высокопрочных, жаропрочных и специальных сталей и сплавов.

Известно, что наиболее рациональными инструментами при обработке жаропрочных сплавов и сталей являются твердые сплавы вольфрамо-кобальтовой группы. Однако, повышенный дефицит вольфрама приводит к созданию новых инструментальных материалов. Такими инструментальными материалами являются безвольфрамовые твердые сплавы. Создано большое количество марок безвольфрамовых твердых сплавов, а две марки - ТН20 и КНТ16 - выпускаются серийно и успешно применяются в производстве при обработке углеродистых сталей.

Обзор литературных данных и изучение производственного опыта показывают, что безвольфрамовые твердые сплавы исследованы недостаточно и, особенно, при обработке жаропрочных сталей и сплавов [1].

В настоящей работе предоставлены некоторые результаты исследования стойкости безвольфрамового твердосплавного неперетачиваемого режущего инструмента марок ТН20 и КНТ16 при обработке жаропрочного сплава на никелевой основе ХН67ВМТЮ в сопоставлении с режущим инструментом ВК8.

Исследования проводились на токарно-винторезном станке модели 16К20 при продольном точении предварительно проточенных заготовок диаметром 90 мм и длиной 500 мм. Смазочно-охлаждающая жидкость не применялась.

Критерием затупления режущего инструмента был принят износ по задней поверхности, равный . Износ неперетачиваемых режущих пластин измеряли с помощью инструментального микроскопа МИМ-1 как среднее арифметическое из пяти повторений эксперимента.

С целью создания одинаковых условий при испытании инструментов различных партий все пластины перед началом эксперимента проверялись под микроскопом. Пластины, которые имели трещины и сколы по главной режущей кромке, а также на вершине, исследованию не подвергались.

Геометрия проходных резцов соответствовала: ; ; ; ; ; ;.

Исследования проводились при следующих режимах резания: , и .

По результатам исследования установлено, что характер износа по главной задней поверхности безвольфрамового режущего инструмента при точении жаропрочного сплава, например, ХН67ВМТЮ аналогичен износу режущего инструмента марки ВК8. В начальный период он имеет вид ленточки износа по главной режущей кромке с максимальной шириной наиболее удаленной точки от вершины резца. Точка эта является активной частью режущей кромки. Находится она на участке соприкосновения обработанной поверхности с режущей кромкой. В процессе резания износ постепенно выравнивается и достигает максимальной величины на вершине резца.

Из анализа зависимости длины пути резания от скорости резания при точении сплава ХН67ВМТЮ (рисунок 1) резцами из ВК8 – кривая 1, ТН20 – кривая 2, КНТ16 – кривая 3 видно, что наивысшая работоспособность резцов, которую оценивали по длине пути резания до износа резца по задней поверхности , достигается в сравнительно узком интервале скоростей: для ВК8 -, для ТН20 - и для КНТ16 -.

1 – ВК8; 2 – ТН20; 3 – КНТ-16

Рис. 1. Зависимости длины пути резания от скорости резания при точении сплава ХН67ВМТЮ

Установлено также, что на малых скоростях резания наблюдается низкая работоспособность резцов. Это можно объяснить малой температурой в зоне резания, недостаточной для снижения пластической деформации. На этом участке скоростей преимущество имеет адгезионный износ, при котором происходит интенсивное схватывание между обрабатываемым материалом и материалом режущего инструмента, вызывая износ последнего.

При увеличении скорости резания стойкость резцов, а следовательно, и длина пути резания возрастают, достигая при определенной скорости резания оптимального значения. Известно [2], что температура в зоне контакта в этом случае также достигает оптимальных значений, способствуя размягчению слоев металла. В результате наблюдается снижение износа резца. Это можно объяснить снижением коэффициента трения на поверхности инструмента, а также пониженной способностью к образованию нароста и уменьшением адгезионных явлений на поверхностях контакта.

Дальнейшее увеличение скорости резания вызывает значительный рост температуры на рабочих поверхностях инструмента, превышающей теплостойкость инструментального материала, что вызывает повышенный износ режущего инструмента. Различие в теплопроводности и теплостойкости исследуемых инструментальных материалов определяют соответствие экстремальных значений пути резания различным скоростям резания, что видно из рисунка.

При обработке углеродистых сталей указанные режущие материалы имеют более высокую работоспособность [3]. Низкая работоспособность этих режущих материалов при обработке жаропрочных сплавов объясняется тем, что жаропрочные сплавы обладают низкой теплопроводностью и способны сохранять свои высокие механические свойства при повышенных температурах. Высокая контактная температура, развивающаяся на поверхности режущего инструмента при большом давлении, способствует “слипаемости” обрабатываемого материала и частиц твердосплавного инструмента. В результате этого образуется на режущей кромке нарост, который в процессе резания скалывается и приводит к износу резца. Заметно налипание обрабатываемого материала на поверхности износа резца при точении сплава ХН67ВМТЮ режущим инструментом марки КНТ16. При обработке этого сплава резцами из ВК8 и ТН20 “слипаемость” обрабатываемого материала и материала инструмента наблюдается меньше.

Путь резания для режущего инструмента из твердого сплава ВК8 при составляет при износе задней поверхности , что в два раза выше, чем при обработке этого же жаропрочного сплава режущим инструментом из КНТ16. Для безвольфрамового твердого сплава марки ТН20 путь резания при той же величине износа резца по задней поверхности, но уже при скорости резания равной , что позволяет его рекомендовать взамен дефицитного твердого сплава ВК8.

Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод, что более рациональной маркой инструментального материала для обработки жаропрочного сплава ХН67ВМТЮ является безвольфрамовый твердый сплав ТН20.

Литература:

1. Турецкий Я.Ш. Режущая способность инструмента из сплава КНТ20 при точении деталей из сплава 35ХМФЛ и 12Х18Н9Т. Станки и инструмент, №6, 1981. с. 25.

2. Макаров А.Л. Оптимизация процессов резания. М., “Машиностроение”, 1986.

3. Клячко Л. И. Самойлов В. С. Современные тенденции применения безвольфрамовых инструментальных материалов. Обзор, М., НИИмаш, 1991.