Путятіна Лариса Іванівна. Лезово-зміцнювальна механічна обробка деталей з високоміцного чавуну інструментом з твердого сплаву та НТМ

Краткое описание

Путятіна Лариса Іванівна. Лезово-зміцнювальна механічна обробка деталей з високоміцного чавуну інструментом з твердого сплаву та НТМ: дис... канд. техн. наук: 05.03.01 / Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М.Бакуля НАН України. - К., 2004

Путятіна Л.І. Лезово-зміцнювальна механічна обробка деталей з високоміцного чавуну інструментом з твердого сплаву та НТМ. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.01 Процеси механічної обробки, верстати та інструменти. Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М.Бакуля НАН України, Київ, 2004.
Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуальної науково-технічної задачі удосконаленню процесу чистової механічної обробки і поверхневого зміцнення деталей з високоміцного чавуну. З цією метою розроблено спосіб лезово-зміцнювальної механічної обробки деталей з високоміцного чавуну інструментом з твердого сплаву та НТМ. Наступне алмазне вигладжування виконується для зниження шорсткості поверхні чавунних виробів.
За результатами проведення багатофакторних експериментів визначено вплив структури і властивостей чавуну, а також технологічних параметрів обробки на якісні показники поверхневого шару в процесі лезово-зміцнювальної механічної обробки та алмазного вигладжування дослідних зразків. Отримана розрахункова залежність стійкості інструменту від твердості високоміцного чавуну з різною структурою металевої матриці.
На основі результатів експериментальних досліджень розроблено практичні рекомендаціі щодо використання запропонованого процесу лезово-зміцнювальної механічної обробки деталей з високоміцного чавуну.

1. Розроблено спосіб лезово-зміцнювальної механічної обробки деталей з високоміцного чавуну інструментом з твердого сплаву та НТМ, що дозволяє проводити чистову механічну обробку із зняттям припуску та одночасним зміцненням поверхневого шару. В процесі обробки в поверхневому шарі чавунних виробів цілеспрямовано утворюється особова структура білий шар з високою твердістю, міцністю, більш високим електрохімічним потенціалом, що і визначає отримання необхідних експлуатаційних властивостей поверхневого шару (зносостійкість, контактна жорсткість, втомна міцність, корозійна стійкість та ін.).
2. Лезово-зміцнювальна механічна обробка характеризується великими температурами (до 1120 1300 К), обумовленими швидкісним точінням високоміцного чавуну, і питомими тисками в зоні різання (до 15-18 ГПа), що утворюються за рахунок використання інструменту з великими відємними передніми кутами (до g = -50).
3. Визначено раціональні марки інструментальних матеріалів (Т15К6 і гексаніт-Р) та, в залежності від інструментального матеріала та структурного стану чавуну, отримано оптимальні величини переднього кута інструмента (g = -30-50).
4. За результатами досліджень впливу структури металевої основи на формування поверхневого шару при обробці ВЧКГ встановлено, що із збільшенням твердості чавуну зростає глибина зони структурних перетворень (білого шару): при обробці чавуну з мартенситною матрицею величина білого шару складає 70-100 мкм, а при обробці чавуну з перліто-феритною матрицею тільки 10-30 мкм, тобто з підвищенням твердості чавуну зростає енергетичний потенціал самої металевої матриці для утворення на його поверхні в процесі лезово-зміцнювальної обробки якісного суцільного білого шару
5. Встановлено, що величина зони структурних перетворень поверхневого шару в значній мірі залежить від швидкості різання і ця залежність має екстремальний характер. З підвищенням твердості чавуну глибина зони структурних перетворень у зразків, оброблених за однаковими режимами, збільшується. При великих швидкостях обробки (v > 4,0 м/с) температурно-силові умови для утворення білого шару погіршуються внаслідок зменшення зусилля різання та скорочення часу дії високої температури.
6. Визначено, що при лезово-зміцнювальній обробці ВЧКГ інструментом з гексаніту-Р в порівнянні з обробкою інструментом з Т15К6 діапазон оптимальних швидкостей різання зсувається в сторону більших швидкостей (до 3,5 м/с) з одночасним збільшенням відємного переднього кута інструмента (до g = -50) для усіх досліджуваних структур металевої матриці чавуну.
7. Стійкість різців з гексаниту-Р при лезово-зміцнювальній обробці високоміцного чавуну в середньому у 7 разів вище, чим для твердосплавних різців. З підвищенням твердості чавуну ефективність використання різців з гексаніта-Р зростає: при обробці чавуну з сорбітною та перліто-феритною матрицею гексанітом-Р стійкість інструменту збільшується у 5,7 6,5 рази, а при обробці чавуну з мартенситною і сорбітною матрицею в 7,5 8,0 разів. Встановлено, що превалюючим у даних температурно-силових умовах обробки ВЧКГ є втомний термомеханічний знос інструменту. Віброабразивна обробка твердосплавного інструменту підвищує його працездатність в 1,7 2,6 рази; процес обробки ВЧКГ таким інструментом стає більш стабільним і надійним.
8. У процесі алмазного вигладжування, що виконується після лезово-зміцнювальної механічної обробки ВЧКГ з метою зниження шорсткості поверхні, підвищення мікротвердості поверхневого шару (за рахунок перетворення частини залишкового аустеніта в мартенсит), зменшення неоднорідності поверхневого шару, а також утворення в ньому залишкових напружень стиску. Мікротвердість поверхневого шару після комплексної обробки (лезово-зміцнювальна механічна обробка + алмазне вигладжування) деталей з ВЧКГ досягає 5800 8700 МПа при товщині зміцненого шару 20 100 мкм, шорсткість поверхні в залежності від структури металевої матриці чавуну складає Ra = 0,15 - 0,8 мкм.
9. Рекомендації, розроблені на основі результатів експериментальних досліджень, дозволили вдосконалити технологію чистових операцій механообробки і поверхневого зміцнення деталей з високоміцного чавуну, що забезпечує підвищення продуктивності обробки в 3 3,5 рази (на одну деталь), зниження собівартості процесу обробки в середньому у 2,4 рази та поліпшення експлуатаційних властивостей поверхневого шару чавунних виробів за рахунок ліквідації традиційної поверхневої термічної обробки та операцій абразивного шліфування.