книги / Надежность и диагностика технологических систем

от уровня другого, то принято считать это эффектом взаимодей­ ствия данных факторов. Однако расчеты подобного рода в ряде случаев дают существенные погрешности. Поэтому важную роль играют экспериментальные исследования.

На практике уровень износа и целостность режущей кромки определяют по изменению ее размеров и шероховатости обраба­ тываемой поверхности, а также методами непосредственного измерения и диагностирования параметров:

•геометрических размеров режущей части инструмента;

•силы и мощности резания;

•температуры в зоне резания;

•уровня вибраций резца;

•сопротивления и термоЭДС в зоне резания;

•давления воздуха в сопле, установленном перпендикуляр­ но обрабатываемой поверхности;

•спектра акустического сигнала;

•контура оптического видеоизображения режущ ей части инструмента.

Надежность работы инструмента можно обеспечить точным соблюдением технологических условий и режимов резания, при обеспечении временного регламента периодической смены, под­ наладки и переточки инструмента.

Каждый вид инструмента в соответствии с тем или иным ин­ струментальным материалом имеет свои особенности в сфере применения и методов восстановления. Так, лезвийные инстру­ менты с напаянными пластинами восстанавливаются методом переточки.

Заточка инструмента на машиностроительных предприятиях осуществляется на универсально-заточных станках, станках с ЧПУ, заточных автоматах и полуавтоматах. При заточке применяются универсальные головки, позволяющие поворачивать инструмент вокруг трех взаимноперпендикулярных осей, и другие приспо­ собления. Шлифовальные круги подвергаются правке.

Инструменты со сменными многогранными пластинами при­ водятся в работоспособное состояние методом переустановки (поворота) еще не работавших кромок в положение для работы.

Выход из строя резцов в процессе эксплуатации может при­ вести к браку, аварийным ситуациям и создать угрозу безопасно­ сти обслуживающему персоналу. Поэтому одним из важнейших

деформации при термообработке, стабильность функциональных параметров инструмента, резкое повышение производительности

(табл. 5.4).

Таблица 5.4

Сравнительные характеристики новых и традиционных марок быстрорежущих инструментальных сталей

Применение инструмента с новыми сверхпрочными материа­ лами на основе поликристаллического кубического нитрида бора (КНБ) позволяет значительно улучшить показатели эффектив­ ности процесса обработки жаройрочных, коррозионностойких и высоколегированных сталей и чугунов, повысить скорости ре­ зания и снизить трудоемкость (см. табл. 5.5).

Эффективным методом повышения производительности и из­ носостойкости режущего инструмента является выбор оптималь­ ных режимов резания. При этом следует устанавливать зависимо­ сти между параметрами линейного и массового износа, режимами обработки, температурой в зоне резания, физико-механическими свойствами материалов инструмента и заготовки.

Интенсивность износа в основном определяют касательные на­ пряжения в зоне режущего клина, которые находятся по формуле

где ап, аг, аф — нормальные, радиальные и тангенциальные на­ пряжения соответственно.

Нормальные, радиальные и тангенциальные напряжения за­ висят от коэффициента трения f и коэффициента Пуассона ц. Расчеты по формуле (5.12) показывают, что при коэффициенте трения /= 0 ,5 касательные напряжения т минимальны (рис. 5.8), при этом размеры частиц изнашивания инструмента по задней поверхности и его интенсивность тоже минимальны.

Таблица 5.5

Показатели эффективности инструментальных материалов на основе КНБ и минералокерамики

В практике машиностроения находят все более широкое при­ менение принципиально новые виды резания (ротационное) вра­ щающимися инструментами (рис. 5.9). Характер изнашивания режущих пластин при ротационном резании достаточно сложен. Во всех случаях на их передней поверхности в процессе резания появляется зона износа в виде лунки. При этом линейный износ

в радиальном направлении заготовки и температура изменяются мало.

Экспериментальные исследования показали, что при ротаци­ онном резании кривые износа аналогичны кривым износа обыч­ ных токарных резцов. Однако период стойкости ротационного инструмента в 2...3 раза больше, чем у невращающихся резцов. На особо тяжелых режимах работы при повышенных припус­ ках стойкость вращающихся резцов в несколько раз выше, чем у невращающихся. У вращающихся резцов при резании непре­ рывно меняется положение режущих кромок, что приводит к их выводу из зоны резания и снижению температуры. Недостатками вращающихся инструментов являются конструктивная сложность

иповышенная себестоимость изготовления.

Внастоящее время в большинстве развитых стран мира исполь­ зуются инструменты на основе быстрорежущих сталей, тверых сплавов и режущей керамики с нанесенными на них износостой­ кими и упрочняющими покрытиями. Покрытия наносятся при помощи дуговых, магнетронно-ионных и ионно-плазменных ис­ точников. При производстве инструмента для нанесения покры­ тий чаще всего используются ионно-плазменные установки на основе дуговых источников плазмы, которые нагревают испари­ тели с материалом покрытия. Испарившиеся ионы материала покрытия под действием электрического поля разгоняются до высоких скоростей. Ударяясь в материал инструмента, ионы активируют подложку и постепенно соединяются в ассоциации атомов покрытия, образующих его основу.

Технология нанесения покрытий имеет следующую структуру (стадии):

•электронный нагрев подложки покрытия с целью ее терми­ ческой активации (наиболее оптимальная температура актива­ ции примерно 550 °С);

•режим ионной очистки поверхности в течение 5... 10 мин;

•осаждение многослойных покрытий при температуре поряд­ ка 525 °С;

•охлаждение инструмента до 180 °С в вакуумной установке для стабилизации покрытия и предотвращения его окисления на воздухе.

Наиболее эффективны методы комплексной поверхностной ионно-плазменной обработки (КИПО) с нанесением на материал

инструмента А композитного износостойкого покрытия (рис. 5.10)

ввиде слоев:

•диффузионный термостабилизирующий слой, наносимый ионным азотированием поверхности Б;

•адгезионней подслой В, обладающий кристаллохимической адгезионной совместимостью термостабилизирующего слоя с ос­ новным слоем покрытия;

•наружное износостойкое покрытие Г монослойного или мно­ гослойно-композиционного типа.

Рис. 5.10. Структура композитного износостойкого покрытия

Инструмент с нанесенным на него слоем КИПО имеет стой­ кость в 2 -8 раз выше по сравнению с инструментами со стандарт­ ным покрытием нитридом титана. Наиболее часто упрочняется осевой инструмент из быстрорежущей стали. Термостабилизация ионным азотированием сама по себе повышает стойкость инст­ румента по сравнению с инструментом без покрытия в 5...6 раз (особенно при обработке титановых сплавов).

Однократная переточка инструментов с нанесенным покры­ тием по одной из поверхностей (например, сверл и протяжек) практически не сказывается на стойкости инструмента в дальней­ шем. Кроме того, на переточенный инструмент покрытие может быть нанесено вновь. Ионное азотирование имеет ряд неоспори­ мых преимуществ (табл. 5.6) по сравнению с другими методами покрытий (например, цементацией):

• относительно невысокая температура и простота реализа­ ции процесса;

• получение равномерного упрочненного слоя при возможно­ сти управления глубиной азотирования;

•отсутствие деформаций деталей, не требуется рихтовка;

•простота и компактность установки, экологическая чисто­ та процесса.

Таблица 5.6

Характеристики и показатели метода ионного азотирования

Примечание. В скобках указаны для сравнения температура и длительность про цесса цементации.

При упрочнении режущего инструмента методом ионного азотирования его стойкость увеличивается в несколько раз.

Рис. 5.11. Зависимость стойкости инструмента от скорости резания при различных СОТС

Производительность, надежность и эффективность процесса резания во многом зависят от применяемых СОТС, которые способ­ ствуют снижению коэффициента трения и увеличивают эффек­