Bryansk, Bryansk, Russian Federation
GRNTI 55.01 Общие вопросы машиностроения
GRNTI 55.13 Технология машиностроения
Opredelena stoykost' rezhuschih plastin raznoy plotnosti dlya tokarnyh rezcov pri obrabotke uluchshennoy legirovannoy stali 40H2N2MA. Postroeny i proanalizirovany grafiki zavisimosti stoykosti ot plotnosti plastin. Pokazano, chto suschestvuet sil'naya korrelyacionnaya svyaz' stoykosti mnogogrannyh neperetachivaemyh plastin i ih plotnosti.
instrument, iznos, stoykost', rezhuschie plastiny, stal' 40H2N2MA, tokarnaya obrabotka
Вследствие отличий в патентованных химических составах и индивидуальных особенностей технологии приготовления твердосплавные пластины имеют широкий интервал прочностных характеристик [2; 3]. Это приводит к большому разбросу износостойкости, которая для пластинок одной марки, но различных партий поставки может различаться в десятки раз в границах одной партии и в несколько раз для отдельных вершин одной и той же пластинки (в 1,5-3 раза) [1; 4; 5]. В настоящее время станки с ЧПУ, работающие без участия оператора, предъявляют высокие требования к однородности режущих качеств твердосплавных пластинок. Кроме того, в современном машиностроительном производстве обширно используются сборные режущие инструменты, например торцевые фрезы, при применении которых в процессе резания одномоментно принимают участие сразу несколько пластинок. Если пластинки, применяемые в многолезвийном инструменте, имеют широкий диапазон стойкости, то при напряженных режимах работы повышается риск брака обрабатываемого изделия при выходе из строя отдельных режущих элементов. В связи с обозначенной актуальностью существует задача прогнозирования стойкости твердосплавных пластинок через второстепенные контролируемые параметры материала.
Целью исследования является оценка взаимосвязи между плотностью и стойкостью многогранных неперетачиваемых пластин при токарной обработке термически упрочненной стали 40Х2Н2МА.
Испытания опытных пластин проводились на токарно-винторезном станке 16К20. В качестве опытных образцов использовали пластины производства Кировоградского завода твердых сплавов: WNUM 02114, PNUM110408Н30, TNUM 220404TK.
Плотность исследуемых образцов определяли гидростатическим методом в соответствии с ГОСТ 20018-74. Сущность метода состоит в двухэтапном взвешивании образцов в воздухе, а затем в воде и вычислении их плотности по формуле
где mвоздух – масса образца, взвешенного в воздухе, г; mвода – масса образца, взвешенного в воде, г; – плотность воды, г/см3 [6].
Определение химического состава обрабатываемой стали 40Х2Н2МА (табл. 1) проводилось на приборе SPECTROMAXx.
Таблица 1
Химический состав стали 40Х2Н2МА (%)
|
C |
Si |
Mn |
P |
S |
Cr |
Ni |
Mn |
Cu |
|
0,400 |
0,265 |
0,386 |
0,023 |
0,015 |
1,32 |
1,65 |
0,167 |
0,033 |
|
Mo |
V |
Ti |
Nb |
Co |
W |
Pb |
B |
Sn |
|
0,221 |
0,0092 |
0,0014 |
0,0048 |
0,021 |
<0,0010 |
0,012 |
<0,0005 |
0,014 |
|
Zn |
As |
Bi |
Ca |
Ce |
Zr |
La |
Fe |
|
|
0,0051 |
0,018 |
<0,0020 |
0,0012 |
<0,0030 |
0,0018 |
<0,0010 |
95,4 |
|
Заготовка подвергалась термообработке в соответствии с режимом: закалка в масле от температур 870 ± 5 °С, отпуск при температуре 350 ± 5 °С с последующим охлаждением в масле. Нагрев при термической обработке проводился в электрической нагревательной печи СНОЛ-10. Твердость стали после термической обработки – 57 HRC. Замер твердости проводился на твердомере ТК-2М.
С целью преднамеренного создания экстремальных условий механическая обработка проводилась без охлаждения эмульсией. Режимы резания: V = 200 об/мин; S = 0,005 мм/об; глубина t = 0,25 мм.
Заготовка обтачивалась до достижения износа пластины по задней поверхности hз от 0,02 до 0,2 мм. Износ контролировался через каждые 220 мм прохода резцом на инструментальном микроскопе МБС-10М. Дополнительно оценка износа производилась взвешиванием на аналитических весах.
В ходе эксперимента пластина TNUM 220404TK (рис. 1а) полностью вышла из строя на 18-й минуте эксплуатации и к дальнейшей работе была непригодна.
В пластине WNUM 02114 (рис. 1б) произошло частичное разрушение режущей кромки, при этом сохранилась возможность чистовой обработки.
Пластина PNUM 11048H30 (рис. 1в) подверглась интенсивному износу режущей кромки, вследствие чего возникли вибрационные нагрузки и задиры на обрабатываемой поверхности заготовки. Дальнейшая чистовая обработка была невозможна.
Результаты, полученные в ходе эксперимента, представлены в табл. 2.
Таблица 2
Результаты эксперимента
|
TNUM 220404TK (r=10,88957847 г/см3)
|
||||
|
L, мм |
18,225 |
18,221 |
18,22 |
18,19 |
|
М, мг |
11,1 |
10,96 |
10,87 |
10,8 |
|
Т, мин |
0 |
6 |
12 |
18,22 |
|
WNUM 02114 (r=13,32964861 г/см3) |
||||
|
L, мм |
15,929 |
15,925 |
15,91 |
15,899 |
|
М, мг |
8,852 |
8,841 |
8,838 |
8,834 |
|
Т, мин |
0 |
25 |
30 |
39,4 |
|
PNUM 11048H30 (r=12,81448004 г/см3) |
||||
|
L, мм |
17,577 |
17,521 |
17,483 |
17,445 |
|
М, мг |
10,495 |
10,49 |
10,487 |
10,485 |
|
Т, мин |
0 |
10 |
20 |
29 |
Из результирующего графика видно, что наибольшая потеря массы, в сравнении с другими образцами, наблюдается в многогранных неперетачиваемых пластинах меньшей плотности. Также заметно, что у пластин с наибольшей плотностью период стойкости гораздо больше.
На основании обработки результатов исследований получен график зависимости плотности пластин r от их износостойкости T (рис. 3).
С целью математической обработки полученных экспериментальных данных применялась методика аппроксимации функций. Была определена приближенная функциональная зависимость, полученная на основании экспериментальных данных.
Исходя из геометрического анализа для зависимости, представленной на рис. 3, характерна кубическая аппроксимация. Проведя аппроксимирование функции или получив эмпирическую формулу на основе оценки взаимосвязи износа и плотности пластины, получим последовательность действий при определении функциональной зависимости.
В итоге получаем следующую зависимость:
Т=1,825r3-18,1520r2-158,5037r+1382,4955.
Использование на производстве полученной зависимости позволяет с высокой степенью вероятности прогнозировать стойкость режущих пластин. При этом потенциальный потребитель инструментальных твердосплавных пластин имеет возможность на основании измерений косвенных характеристик (r) производить оценку их качества.
Результаты экспериментальных исследований показали, что при токарной обработке термически упрочненной стали 40Х2Н2МА наилучшую стойкость имеют пластины WNUM 02114.
На основе полученных функций построены графики зависимости стойкости от плотности материала пластин. Статистический анализ позволил выявить корреляционную взаимосвязь исследуемых параметров. Получены математические зависимости стойкости пластин от их плотности. Доказано, что чем выше плотность твердого сплава, тем больше период стойкости пластины. Таким образом, на основании проведенных исследований можно сделать вывод о том, что плотность материала твердосплавных пластин является важным критерием оценки их качества.
1. Gurevich, Ya.L. Rezhimy rezaniya trudnoobrabatyvaemyh materialov: spravochnik / Ya.L. Gurevich, M.V. Gorohov, V.I. Zaharov [i dr.]. - M.: Mashinostroenie, 1986. - 240 s.
2. Prochnost' tugoplavkih soedineniy i materialov na ih osnove: sprav. izd. / R.A. Andrievskiy, I.I. Spivak. - Chelyabinsk: Metallurgiya, Chelyabinsk. otd-nie, 1989. - 368 s.
3. Gadzinski, M. Understanding parting off operations. Part 1 / M. Gadzinski // Cutting Tool Engineering. - 2001. - V. 53. - № 2. - P. 34-37.
4. Vorob'ev, A.B. Komp'yuternoe modelirovanie SMP s ravnomernym iznosom / A.B. Vorob'ev // Chetyrnadcataya nauchnaya konferenciya. Trudy. - Yurga: TPU, 2001. - 207 s.
5. Gol'dshmidt, M.G. Deformacii i napryazheniya pri rezanii metallov / M.G. Gol'dshmidt. - Tomsk: STT, 2001. - 180 s.
6. Makarenko, K.V. Izuchenie mehanicheskih i fizicheskih svoystv vstavok iz splava VK20 / K.V. Makarenko, V.G. Soldatov, I.A. Kotlyarova, A.A. Tarasov // Vestnik Bryanskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta. - 2015. - № 3. - S. 57-61.
