загрузка...
 
1.4. Особливості зношування інструментів із покриттями
Повернутись до змісту

1.4. Особливості зношування інструментів із покриттями

Зношування інструментів з покриттями має свої особливості. У першу чергу це обумовлюється зниженням адгезійної активності покриття, що зменшує довжину контакту по передній поверхні. За рахунок цього середній нормальний тиск на цій поверхні значно збільшується.

Як приклад розглянемо механізми формування площадок зношування на передній (лунки) та задній поверхнях леза при обробці вуглецевих сталей в умовах середніх швидкостей різання (15 - 50 м/хв.) і з відносно малими (а ? 0,25мм) та великими (а ? 0,3 мм) товщинами зрізів інструментуми із швидкорізальних сталей з покриттями.

При роботі з малими товщинами зрізів за рахунок відносно невеликих контактних тисків на передній поверхні має місце переважне зношування по задній поверхні - перший вид зношування (див. розд. 0, рис. 1.48а). Тому визначальну роль у підвищенні стійкості інструменту відіграє покриття саме на задній поверхні.

При роботі ж інструменту з відносно великими товщинами зрізів має місце переважне зношування тільки по передній поверхні - третій вид зношування (див. розд. 0, рис. 1.48в), тому визначальну роль у підвищенні стійкості інструменту у цьому випадку буде відігравати покриття на передній поверхні і формування лунки, і зношування з покриттям буде відбуватися так. Уже через 2-3 хвилини роботи відбувається прорив (руйнування) покриття на передній поверхні в місці початку формування лунки. Однак за рахунок більш високих контактних тисків на задньому боці лунки відбувається гальмування прирізцевих шарів стружки і утворення щільного шару 3 (рис. 1.72а), що захищає від подальшого збільшення лунки у бік від різальної кромки. Крім цього, високі контактні тиски на фасці біля різальної кромки формують стійку застійну зону, що охороняє задню поверхню від зношування. Саме тому при обробці вуглецевих сталей в умовах середніх швидкостей різання інструментуми із швидкорізальних сталей з покриттями домінуючим видом є зношування по передній поверхні.

    а)                                б)                                    в)

Рисунок 1.72 - Форма зношування передньої поверхні леза інструменту зі швидкорізальної сталі Р6М5 зі зносостійким покриттям TiN після 30 хв роботи: б – сталь 45; в - сталь 30 ХГСА

 (V= 40 м/хв., S= 0,43мм/об, t = 1,5мм)

При підвищенні швидкості різання або при обробці важкооброблюваних матеріалів високі контактні температури на передній поверхні не дозволяють сформувати стійкий загальмований шар ні біля різальної кромки, ні на задньому боку лунки, тобто зношування буде відбуватися як по передній, так і по задній поверхнях - другий вид зношування (див. розд. 0, рис. 1.48б). У цьому випадку захисна роль покриття проявляється на задній поверхні. Фаска зношування на ній складається з 4 зон (рис. 1.73).

Рисунок7

Рисунок 1.73 - Форма зношування інструменту зі швидкорізальної сталі зі зносостійким покриттям

 Коротка зона постійної довжини а – прилягаюча до різальної кромки, без покриття і без загальмованого шару; зона в – без покриття, але з міцним постійним загальмованим шаром, довжина якої збільшується в ході роботи; зона постійної довжини с – із тільки що зруйнованим покриттям і слідами виривань інструментульного матеріалу; зона d – зношене покриття зі збільшенням його товщини від нуля до максимуму. Довжина цієї зони може займати до половини довжини усієї площадки зношування по задній поверхні hз.

При обробці залізовуглецевих матеріалів із середніми й великими товщинами зрізу (вище 0,025 мм) на передній поверхні перед лункою зношування, як правило, утворюється поличка (рис. 1.72а), на якій при добре сформованій лунці виникає застійна зона (рис. 1.74). На відміну від наросту застійна зона має місце й при високих швидкостях. Утворення застійної зони - явище переважно механічне, пов'язане з кінематичним загальмовуванням обтікаючих різальний клин мас металу (див. рис. 1.41).

На рис. 1.74 наведені корені стружок при різанні сталі 45 інструментів без покриття і з покриттям після 5 хвилин роботи без ЗОТС. Видно, що застійна зона на поличці у інструменту з покриттям має більш раціональну форму рис. 1.74б, що дозволяє формувати більший фактичний передній кут, ніж на інструменті без покриття , хоча розмір полички в інструменту з покриттям менше. Більш раціональна форма застійної зони дозволяє краще прикривати від зношування й задню поверхню інструменту.

Основний вплив на форму застійної зони роблять умови обтікання стружкою різального клину, які залежать від розмірів і геометрії утворюваної лунки. Менша по ширині лунка дозволяє одержувати більш раціональну форму застійної зони. Таким чином, зносостійке покриття, стримуючи ріст лунки, у місцях відриву стружки від передньої поверхні (рис. 1.72а) дозволяє тривалий час забезпечувати оптимальні умови обтікання леза оброблюваним матеріалом, зберігати більш раціональну форму застійної зони на поличці й тим самим сприяти підвищенню стійкості інструменту.

Таким чином, роль зносостійкого покриття в механізмі підвищення стійкості швидкорізальних інструментів при утворенні лунки на передній поверхні зводиться до забезпечення двох умов:

а) організації місця розташування зони початку формування площадки зношування за рахунок зміни адгезійної активності до оброблюваного матеріалу;

H:Рисунокрисунок.jpg  H:Рисунокрисунок.jpg

         а                                                б

Рисунок 1.74 -Утворення застійної зони на інструменті із сталі Р6М5 без покриття (а) та з покриттям TiN (б)

(V= 40м/хв, S= 0,43 мм/об, t = 1,4мм)

б) стримування росту ширини лунки у бік від різальної кромки за рахунок здатності покриття протистояти руйнуванню в місцях відриву стружки від передньої поверхні (рис. 1.72).

Дослідження характеру руйнування покриття TiN в місцях відриву стружки від передньої поверхні (див. рис. 1.72) через 10 хв роботи без ЗОТС показали (рис. 1.75), що в покритті може відбуватися як тріщиноутворення на всю глибину плівки (рис. 1.75б), так і втомне руйнування (рис. 1.75в), що призводить до відриву значних за розмірами частинок покриття. При товщині покриттів, що перевищують 6 мкм, або у випадках, коли покриття наносяться у режимі, який не відповідає оптимальному, спостерігається зношування шляхом його східчастого (механічного) руйнування.

Таким чином, руйнування покриттів відбувається переважно шляхом тріщиноутворення, що має, як правило, втомний характер. При розроблені нових складів покриттів або оптимізації технології їх нанесення вивчення механізму руйнування зносостійкого покриття при обробці конструкційних сталей рекомендується робити саме в місці відриву стружки від передньої поверхні.



загрузка...