ВОПРОСЫ ПОВЫШЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ
Кондратюк А.А., Нестеренко В.П., Руднев В.Д.*
(ТПУ, ТГАСУ* Томск, РФ)
Улучшение эксплуатационных характеристик мелкоразмерных сверл, как показывает опыт металлообрабатывающей промышленности имеет существенное экономическое значение. Это обосновано большим расходом инструмента, вследствие высокой вероятности поломок, после которых, он как правило, не подлежит восстановлению.
Эксперименты показывают, что частые поломки сверл являются результатом увеличения крутящего момента, действующего на стебель сверла и, оказывающегося в некоторое время больше предельно допустимого значения. Разрушению предшествует как последовательное, так и внезапное возрастание составляющих силы резания. Последовательное увеличение усилий резания обусловлено систематическим нарастанием износа режущей кромки по задней поверхности и сопровождается увеличением осевых вибраций и коэффициента трения. Внезапное возрастание сил происходит в условиях жесткого характера эксплуатации сверла: при повышенных скоростях резания и подачах. Причем в этом случае разрушению предшествует резкое увеличение радиальных вибраций и коэффициента трения. Радиальные вибрации, как показывают исследования, возникают так же и в результате катастрофического нарастания износа по уголку – области пересечения главной и вспомогательной задних поверхностей режущего клина сверла.
Процесс разрушения режущей кромки сверла является одновременно и актом адаптации, как геометрических, так и структурных параметров режущего клина к изменяющимся условиям внешнего нагружения. Мы считаем, что с позиций самоорганизации – стремления системы к термодинамическому равновесию можно более или менее успешно решать вопросы упрочнения режущих инструментов, повышения их надежности и износостойкости. С получение оптимальной структуры и геометрической формы режущего клина в процессе адаптации, работа сил стружкообразования и трения на контактных поверхностях достигают минимального уровня. Необходимо, как следует из многочисленных работ, наносить такие покрытия или производить такую обработку поверхности сверла, чтобы они наиболее полно обеспечивали процесс структурной или геометрической, или одновременной адаптации рабочих поверхностей режущего клина. Причем, свое упрочняющее воплощение, поверхностная обработка может осуществлять и посредством создания приповерхностных и промежуточных структур, обладающих способностью рассеивать или аккумулировать энергию, что существенно важно в условиях действия различных видов износа. Так, например, при обработке хрупких материалов является важным процесс аккумулирования энергии в поверхностных слоях режущего инструмента с целью усиления химической связи в твердых растворах и более полного предотвращения абразивного износа. При активном адгезионном взаимодействии обрабатываемого и инструментального материалов необходима пассивация энергии контактирующих поверхностей, что предотвращает катастрофическое разрушение в зоне контакта при разрыве сварного шва. На наш взгляд существует некоторая последовательность в создании и разрушении промежуточных адаптивных геометрических форм и диссипативных приповерхностных структур на режущем клине. При некотором согласованном проявлении процессов геометрической и структурной приработки величина времени между отдельными этапами разрушения и реконструкции оптимальных параметров режущего клина будет максимальной. В данном случае создаются условия для проявления синнергизма – превышения эффективности совместного воздействия нескольких факторов на повышение эксплуатационных параметров. Износостойкость режущего инструмента в данном случае достигает наибольших значений.
Сверление сквозных и глухих отверстий сверлами диаметром 1,0…5,0 мм с различного рода покрытиями, выполненными в процессе ионно-плазменного напыления и анализ результатов износостойкости и надежности режущего инструмента показали на принципиальные стороны подхода, которые необходимо учитывать при дополнительном повышении износостойкости режущего инструмента – упрочнении. Высокие результаты в повышении износостойкости и надежности сверл при резании сталей с высокой обрабатываемостью дают оксидные, нитридные, карбидные покрытия, синтезируемые в условиях эффективного образования химических соединений с большим удельным весом ковалентной или ионно-ковалентной связи и имеющих высокую когезионную прочность с подложкой. Сюда следует отнести покрытия из Siс, Si3N4, Al2O3, AlN и т.д. Условием эффективного повышения износостойкости сверл в данном случае является структурная адаптация приповерхностных слоев режущего клина. При ужесточении условий резания, например, с переходом от глухого сверления к сквозному, при сверлении биметаллов, а также некоторых труднообрабатываемых сталей и сплавов более высокие результаты по износостойкости показывают инструмента с покрытием на основе переходных металлов. При этом образования химической связи между металлической и неметаллической компонентой защитной пленки осуществляется на основе образования твердых растворов или твердых растворов с некоторой долей ковалентной связи. Можно считать, что в данном случае решающее влияние на состояние износостойкости оказывают процессы геометрической адаптации режущего клина, инициируемые управляемым характером разрушения рассматриваемых покрытий.