Підвищення зносостійкості швидкорізальних інструментів шляхом спрямованої трансформації їх початкових властивостей - Автореферат

Захист відбудеться 01.07. 2004 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.050.12 у Національному технічному університеті “Харківський політехнічний інститут” за адресою: 61002, м. З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”. Таким чином, інтенсифікація процесу різання продовжує залишатися однією з найважливіших проблем машинобудування, а її ключовою складовою є підвищення стійкості різального інструменту. Однак висока адсорбційна активність даних мастил за рахунок впливу на адгезійні явища, зокрема, зменшення площі контакту інструменту зі стружкою, обумовлює зростання питомих контактних навантажень, що в загальному випадку повинно інтенсифікувати знос різального інструменту. Виконання дисертаційної роботи повязано з держбюджетною і міжнародною науковими тематиками кафедри "Різання матеріалів і різальні інструменти" Національного технічного університету "Харківський політехнічний інститут" за наступними темами: М2223 "Розробка концепції способів формування високоточних поверхонь виробів машинобудівного та медичного призначення з заданими функціональними властивостями на основі комплексного застосування нових видів покриттів та управління трансформацією стану ріжучих поверхонь алмазно-абразивних інструментів", 1999 - 2001 р. і М2226 "Розробка системи високої технології обробки композиційних матеріалів, що включає об‘єктно-орієнтоване статистичне моделювання алмазно-абразивних інструментів, керування формуванням обробленої поверхні з врахуванням властивостей анізотропії, нанесення ефективних функціональних покриттів, у тому числі біоінженерних, і створення експертної системи якості", 2002 - 2004 р.З одного боку за рахунок змащувальної і охолоджуючої дії вона знижує рівень енергії, яка розвивається процесом, з іншого - шляхом створення високих градієнтів температур стимулює подібно до завалочного середовища структурні перетворення, з третього, - сприяє утворенню вторинних структур в поверхневому шарі, вносить зміни у механізм зносу інструменту. При всій різноманітності ці мастила створюються у відповідності до єдиної у основі вимоги - за рахунок зниження роботи і температури різання (тертя) зменшити рівень падіння міцності контактних шарів інструменту або хоча б підтримувати властивості матеріалу близькими до вихідних. Отже при застосуванні ЗОТС у відмічених вище умовах (тиск більше 500 МПА і температурах 200 - 350 °С) виправдано очікувати зміцнення контактних шарів інструменту. Найбільш сильно цей ефект проявляється при застосуванні мастил рослинного походження - в середовищі соняшникового та льняного - майже у 2 рази, тоді як при використанні веретенного (мінерального) мастила площа контакту зменшується всього на 15%. При різання нержавіючої сталі на повітрі спостерігається високе значення товщини загальмованого шару - 27,4; 21,8; 24,7 мкм і різке зниження їх при різання в мінеральному мастилі - 3,0; 2,5; 5,4 мкм і особливо у рослинному VP 231: 1,5; 1,7; 1,5 мкм, тобто на порядок менше, ніж при різання “всуху” і у 2 рази відносно різання в мінеральному мастилі.Змащувально-охолоджуючі технологічні середовища, знижуючи площу контакту стружки з передньою поверхнею інструменту і підвищуючи рівень нормальних навантажень, підсилюють деформаційні процеси на робочих поверхнях інструменту, обумовлюючи в оптимальних умовах формування контактних шарів із зміцненою зносостійкою структурою. В цьому плані рослинні масла і ЗОТС на їх основі кращі, ніж ЗОТС на основі мінеральних масел і емульсій, оскільки мають високу змащувальну здатність і обумовлюють зростання питомих контактних навантажень. Коли забезпечується відносна рівномірність щільності контакту при різанні високопластичної нержавіючої сталі 12Х18Н10Т, зміцнення має більш стабільний характер і спостерігається більша суцільність обємів, де відбулася трансформація структури (властивостей). Оцінка змащувальної дії ЗОТС як фактора, що обумовлює зміцнення контактних шарів інструменту в режимі припрацювання, відкриває нові шляхи їх ефективного використання: з одного боку, з урахуванням застосування техніки мінімального змащування розширюється область впровадження в промисловість масел рослинного походження, з іншого - створюється основа для синтезу припрацьовочних масел для різання. В показниках, що відображають обємні процеси (усадка, зусилля, температура), дія ЗОТС рослинного походження, підпорядковуючись загальним закономірностям впливу середовищ, фіксується рівною ЗОТС на мінеральній основі, а саме - рівень їх ефективності високий при низьких режимах, знижується з ростом швидкості і питомих контактних навантажень.

Основний зміст роботи

1. Встановлено новий механізм дії ЗОТС. Змащувально-охолоджуючі технологічні середовища, знижуючи площу контакту стружки з передньою поверхнею інструменту і підвищуючи рівень нормальних навантажень, підсилюють деформаційні процеси на робочих поверхнях інструменту, обумовлюючи в оптимальних умовах формування контактних шарів із зміцненою зносостійкою структурою.

2. Оптимальні умови формування зносостійких (зміцнених) структур на робочих поверхнях інструменту відповідають температурному діапазону 200 - 400 ?С, в якому ефект зміцнення корелює з рівнем контактних напружень.

В цьому плані рослинні масла і ЗОТС на їх основі кращі, ніж ЗОТС на основі мінеральних масел і емульсій, оскільки мають високу змащувальну здатність і обумовлюють зростання питомих контактних навантажень.

3. Зміцнення, яке є наслідком деформації хаотично розташованих адгезійних вузлів різних розмірів, є неоднорідним і проявляється локальними фрагментами.

Коли забезпечується відносна рівномірність щільності контакту при різанні високопластичної нержавіючої сталі 12Х18Н10Т, зміцнення має більш стабільний характер і спостерігається більша суцільність обємів, де відбулася трансформація структури (властивостей).

4. Адгезійному зношуванню передує пластична деформація частинок, які відриваються, і обємів, которі до них прилягають, що в оптимальних умовах супроводжується ростом щільності дислокацій і зміцненням. Це обумовлює зменшення розмірів зношуваних частинок.

Останнє при зношуванні зміцненої припрацюванням в середовищі рослинного мастила поверхні інструменту виражається у 4-х разовому зниженні обєму зношеної маси.

5. Оцінка змащувальної дії ЗОТС як фактора, що обумовлює зміцнення контактних шарів інструменту в режимі припрацювання, відкриває нові шляхи їх ефективного використання: з одного боку, з урахуванням застосування техніки мінімального змащування розширюється область впровадження в промисловість масел рослинного походження, з іншого - створюється основа для синтезу припрацьовочних масел для різання.

6. Ефективність дії ЗОТС на основі рослинних масел в значній мірі залежить від властивостей оброблюваного матеріалу.

Відносно різання „всуху” і в середовищі мінерального масла при точінні хімічно активного титанового сплаву це полягає у значному зменшенні площин, покритих застійною зоною і налипаннями, їх крихкістю і у триразовому зниженні товщини.

При обробці хімічно інертної нержавіючої сталі інтенсивні процеси схоплювання, що характерні для різання на повітрі, і фрагментарні налипання в середовищі мінерального масла змінюються точковими адгезійними плямами з товщиною, що на порядок менша, ніж у першому випадку і вдвоє, ніж у другому.

7. В показниках, що відображають обємні процеси (усадка, зусилля, температура), дія ЗОТС рослинного походження, підпорядковуючись загальним закономірностям впливу середовищ, фіксується рівною ЗОТС на мінеральній основі, а саме - рівень їх ефективності високий при низьких режимах, знижується з ростом швидкості і питомих контактних навантажень. Інше обмеження, специфічне для використання мастил рослинного походження, є обмеження по температурі з верхнім рівнем 350-400 ?С, що визначає область їх застосування на низькорежимних операціях і конкретизує задачу пошуку нових способів, одним з яких може бути використання їх як припрацьовочних мастил.

8. Є принципова спільність в механізмі впливу на зношування зміцнених структур, сформованих в поверхневих шарах (матриці) інструменту при наявності покриття і припрацюванні інструменту в середовищі ЗОТС. І ті і інші, знижуючи роботу тертя, зменшують площу контакту, обумовлюючи зростання нормальних напружень, які відповідають за трансформацію властивостей деформованих контактних шарів, що відбуваються в оптимальних умовах в режимів зміцнення.

список опублікованих праць ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Якубов Ф.Я., Якубов Ч.Ф., Ким В.А. Энергетическая оценка износостойкости режущего инструмента // Резание и инструмент в технологических системах. - Харьков: ХГПУ. - 1997. - Вып. 51. - С. 246-250.

2. Якубов Ф.Я., Ким В.А., Тимофеев С.М., Якубов Ч.Ф. Пути повышения эффективности упрочнения инструмента приработкой // Высокие технологии в машиностроении: Сб. науч. тр. - Харьков: ХГПУ. - 1998 - С.319-321.

3. Якубов Ф.Я., Грабченко А.И., Якубов Ч.Ф. Ободном механизме действия СОТС на износ инструмента // Высокие технологии в машиностроении: современные тенденции развития: Матер. IX междунар. науч.-техн. сем., 16-21 сентября 1999г. - Харьков-Алушта: ХГПУ. - 1999. - С.80.

4. Якубов Ч.Ф. О возможном механизме влияния СОТС на контактные процессы и износ инструмента // Резание и инструмент в технологических системах. - Харьков: ХГПУ. - 2000. - Вып. 57. - С. 266-268.

5.Якубов Ф.Я, Ким В.А., Якубов Ч.Ф. К теории процесса самоорганизации при трении и изнашивании // Високі технології в машинобудуванні: Зб. наук. пр. - Харків ХДПУ. - 2000 - Вип.1 (3) - С.308-315 .

6. Якубов Ч.Ф. К использованию растительных масел в качестве СОТС // Вісник Харківського державного політехнічного університету: Зб. наук. пр. - Харків: ХДПУ. - 2000. - Вип. 100. - С 204-206.

7. Якубов Ч.Ф. Влияние растительных масел на характеристики процесса резания // Резание и инструмент в технологических системах. - Харьков: ХГПУ. - 2001. - Вып. 60. - С 262-265.

8. Якубов Ч.Ф. Влияние СОТС на упрочнение контактных поверхностей инструмента // Високі технології в машинобудуванні: Зб. наук. пр. - Харків: НТУ “ХПІ” . - 2001 - Вип.1(4) - С.295-297 .

9. Якубов Ч.Ф. Алиев А.И. Влияние СОТС на износостойкость контактных слоев инструмента в периоде приработки // Резание и инструмент в технологических системах. - Харьков: НТУ “ХПІ”. - 2002. - Вып. 62. - С. 214-217.

10. Алиев А.И. Якубов Ч.Ф. Влияние различных СОТС на процессы адгезионного взаимодействия. //Вестник СУМГУ. - Сумы. - 2002. - № 2 (35). - С. 6 - 8.

11. Попке Х., Эммер Т., Шмидт К., Гринько С.А., Якубов Ч.Ф. Новая концепция фрезерного инструмента с распределением среза // Резание и інструмент в технологических системах. - Харьков: НТУ “ХПИ”. - 2003. - Віп.64. - С. 163-172.

12. Якубов Ч.Ф.Теплофизическая модель контактного взаимодействия при резании в СОТС // Високі технології в машинобудуванні: Зб. наук. пр. - Харків: НТУ "ХПІ". - 2004. - Вип. 1 (8) - С. 194-200.