Особливості точіння покриттів з аморфно-кристалічною структурою

 

  

 

Таблиця

Показники технології точіння покриттів з аморфно-кристалічною структурою

Матеріал

покриття, Ds Режими різання Ra, мкм T *, хв Q, см3/хв

v, м/с S, мм/об t, мм

Fe-B; Fe-Si-B (Ds = 2, 2-2, 5) 1, 5-1, 7

1, 2-1, 3 0, 15-0, 2

0, 02-0, 05 0, 3-0, 6

0, 2-0, 4 0, 7-1, 5

0, 52-0, 63 120-140

60 3, 5-5

1, 5-2, 2

Fe-B; Fe-Cr-B (Ds = 2, 5-2, 85) 1, 5-2, 2 0, 05-0, 2 0, 2-0, 6 1, 2-2, 7 60-80 3, 6-5

Примітка: чисельник – чорнове точіння; знаменник – чистове точіння; * чорнове точіння – Т при hз = 0, 4 мм; чистове точіння – Т при hз = 0, 25 мм.

- збільшення від’ємного значення переднього кута понад  = -10 призводить до інтенсифікації зношування ріжучого інструменту та суттєвого зростання висотних параметрів шорсткості обробленої поверхні;

- знос інструменту при точінні ПАКС з вмістом АФ понад 70% відбувається як по задній, так і передній поверхнях;

- під час точіння ПАКС відбувається інтенсивне масоперенесення оброблюваного матеріалу та його схоплювання з поверхнею інструменту, що призводить, з одного боку, до інтенсифікації адгезійного зношування РІ, а при обробці покриттів з вмістом АФ фази понад 70% на швидкостях різання v = 1, 0…1, 5 м/с до утворення на контактних поверхнях інструменту щільного захисного нальоту з оброблюваного матеріалу, з іншого, що сприяє зменшенню інтенсивності зношування інструменту в таких умовах;

- допустимий знос інструменту з киборита при чистовому точінні ПАКС нижче, ніж при обробці кристалічних покриттів аналогічної твердості, та становить hз = 0, 25 …0, 3 мм і визначається вимогами до стану поверхневого шару оброблюваного покриття;

- при точінні покриттів з вмістом АФ понад 70% на швидкостях різання v = 1, 2…1, 7 м/с відзначається висока стійкість РІ з киборита (Т  60 хвилин при hз = 0, 25 мм), яка у два рази перевищує стійкість інструменту при обробці ПАКС, які характеризуються невисоким вмістом ( 50%) аморфної фази;

- процес точіння ПАКС із збільшенням гетерогенності структури оброблюваного матеріалу доцільніше проводити на більш високих швидкостях різання, що дозволить підвищити продуктивність та зменшити собівартість обробки;

- збільшення радіуса при вершині інструменту під час точіння ПАКС призводить до зростання висоти мікронерівностей обробленої поверхні.

Результати дисертаційної роботи використовуються в умовах науково-виробничого підприємства по газотермічному напиленню ОДО «Тена» (Бєларусь, м. Мінськ), в Інституті електрозварювання ім. Є. О. Патона НАН України, а наукові положення в учбовому процесі ЖІТІ.

 

У роботі вирішена актуальна науково-технічна задача, яка полягає в розробці процесу лезової обробки напилених зносостійких ПАКС, що забезпечує збереження вихідного вмісту аморфної фази в оброблюваному матеріалі, присутність якої обумовлює особливості протікання процесу обробки, а їх встановлення дозволило оцінити ефективність та перспективність застосування процесу лезової обробки.

У результаті проведеного комплексу досліджень із вивчення особливостей точіння ПАКС отримані наступні результати:

1. На основі використання положень фрактального формалізму запропоновано характеристику – фрактальну розмірність сукупності механічних властивостей Ds матеріалу, яка дозволяє кількісно оцінити оброблюваність різанням гетерогенних напилених покриттів з аморфно-кристалічною структурою, зокрема, обумовлює можливості технологічного управління якістю обробленої поверхні та дозволяє прогнозувати інтенсивність зношування ріжучого інструменту. Збільшення величини фрактальної розмірності Ds ПАКС, напилених з матеріалів систем Fe-B, Fe-Cr-B і Fe-Si-B, від 2, 3 до 2, 8 призводить до зниження більш ніж у 2 рази стійкості ріжучого інструменту з ПНТМ на основі КНБ та зростання до 5 разів висотних параметрів шорсткості обробленої поверхні.

2. Запропоновано методику визначення теплофізичних характеристик напилених покриттів, яка враховує гетерогенність їх структури та дозволяє проводити теплофізичний аналіз процесу різання неоднорідних матеріалів. Користуючись залежностями для регулярного фракталу Кох, виведено вираз для визначення коефіцієнта теплопровідності гетерогенного напиленого покриття, що обернено пропорційний величині фрактальної розмірності фронту теплового поля Df.

3. Показано, що вищий рівень температур різання при точінні ПАКС ( 10%) у порівнянні з обробкою аналогічних суцільних матеріалів визначається фрактальним характером (Df) фронту теплового поля в напилених ПАКС. Теоретично показано та експериментально підтверджено, що у процесі точіння ріжучим інструментом із величиною зносу hз  0, 3 мм відсутні передумови для протікання процесів кристалізації в оброблюваному матеріалі під дією температурно-силових умов, які виникають у процесі обробки.

4. Установлено закономірності зміни неоднорідності структури, мікротвердості, вмісту аморфної фази по перерізу покриттів, що дозволило визначити величину оптимального припуску при точінні ПАКС, яка становить до 40% товщини напиленого покриття.

5. Стійкість ріжучого інструменту та інтенсивність його зношування в різних температурно-силових умовах процесу точіння напилених покриттів з аморфно-кристалічною структурою систем Fe-B, Fe-Cr-B і Fe-Si-B обумовлюються абразивною взаємодією, адгезійним зношуванням, що визначається інтенсивним масоперенесенням та міцним схоплюванням оброблюваного матеріалу з поверхнею інструменту, а також хімічною взаємодією між контактуючими матеріалами та елементами навколишнього середовища. На основі аналізу явищ, які визначають зношування РІ, встановлено, що із зростанням швидкості різання зменшується вплив неоднорідності