Научно-исследовательская часть
Износостойкие покрытия на основе нитрида титана, легированного железом и алюминием для режущих пластин
В данном курсовом проекте рассматривается деталь – вал эксцентриковый, изготавливающийся из стали 38ХА, которая является довольно прочным материалом. Обрабатывают его инструментом с износостойкими покрытиями на пластинах. Наиболее полно анализируется применение износостойких покрытий на основе нитрида титана, легированного железом и алюминием, для режущих пластин в работе [].
Широкое использование эффективных износостойких покрытий сложного состава на основе титана, циркония, молибдена и гафния сдерживается дефицитностью и высокой стоимостью тугоплавных компонентов покрытий, а также сложностью технологического процесса их получения.
В связи с этим большой практический интерес представляет замена в покрытиях на основе титана таких дефицитных металлов, как цирконий, гафний, молибден, широко распространенным железом и алюминием.
Известно, что повышение стойкости инструментов с покрытиями сложного состава обусловлено тем, что при легировании нитрида титана изменяются структура и механические свойства в частности микротвердость покрытия. Учитывая это, можно предположить, что легирование нитрида титана другими металлами, например железом или алюминием, приведет к аналогичным структурным изменениям материала покрытия и, следовательно к повышению работоспособности режущего инструмента.
|
|
|
Для подтверждения высказанного предположения провели исследования при токарной обработке заготовок из сталей 12Х18410Г и 38ХА инструментом, оснащенным пластинами из твердого сплава и быстрорежущей стали с различными износостойкими покрытиями (из нитрида титана (TIN), из нитрида титана, легированного железом (Ti, Fe) N, алюминием (Ti, Al) N и цирконием (Ti, Zr) N).
Об изменении структуры покрытий судили по изменением периода a кристаллической решетки, ширины b рентгеновской дифракционной линии и остаточных микронапряжений sо.
Микротвердость Нm покрытий измеряли с использованием индикатора Кнуппе при нагрузке 1Н.
Химический состав покрытий определяли на растровом электронном микроскопе РЭМ-200 с рентгеновским микроанализом. Структуру покрытий исследовали на дифрактометре ДРОН-3.
Покрытия толщиной 6±0,5 мкм наносим (на установке “Булат-3Т” при постоянной температуре 500оС) на сменные многогранные пластины из твердого сплава БК6 (размеры 4,76х12,7х12,7 мм; радиус сопряжения граней 1 мм; g=-5о; a=5о; j=75о; j1=15о) и на острозаточенные пластины из быстрорежущей стали Р6М5 (размеры 10х18х18 мм; g=10о; a=8о; g=l=0; j=45о; j1=15о).
Стойкость инструмента оценивали по пути L резания, пройденному до износа по задней поверхности hз=0,4 и 0,6 мм соответственно для твердосплавных и быстрорежущих пластин (при использовании последних, в качестве СОЖ применяли 5% -ный раствор Укринола-1).
|
|
|
Некоторые результаты исследований свойств покрытий, нанесенных на твердосплавную пластину, представлены ниже в таблице.
| Покрытие | TiN | (Ti, Fe) N | (Ti, Zr) N | (Ti, Al) N |
| a, н×м | 0,4247 | 0,4235 | 0,4274 | 0,4224 |
| b, градус | 0,45 | 1,25 | 0,9 | 0,6 |
| sо, МПа | 190±20 | -750±110 | -500±60 | -840±220 |
| Нm, гПа | 26±2,5 | 31,4±2,5 | 41,5±2,5 | 40±2,5 |
Как видно, покрытия (Ti, Fe) N и (Ti, Al) N имеют несколько меньший, чем у покрытия ТiN период. Для покрытия (Ti, Fe) N, как и для покрытия (Ti, Zr) N, характерно увеличение ширины b и, следовательно, повышение микротвердости по сравнению с микротвердостью покрытия TiN. Более высокая микротвердость покрытия (Ti, Al) N по сравнению с покрытием ТiN может быть объяснена наличием сильной химической связи между титаном и алюминием. Остальные макронапряжения sо для покрытий (Ti, Fe) N и (Ti, Al) N являются снимающими, также как и для покрытия (Ti, Zr) N. Таким образом, покрытия (Ti, Fe) N и (Ti, Al) N по своим структурным параметрам и микротвердости практически не отличаются от покрытия (Ti, Zr) N.
|
|
|
Исследования стойкости режущих инструментов с покрытием в зависимости от скорости V резания показали следующее. При обработке заготовок из сталей 38ХА и 12Х18Н10Т (подача S=0,3 мин/об; глубина резания t=0,5 мм) покрытия (Ti, Fe) N и (Ti, Al) N более эффективны, чем покрытие TiN (см. Рисунок (а) и (б)) (путь L резания для твердосплавных пластин с покрытием (Ti, Fe) N в 1,7-2 раза, а с покрытием (Тi, Al) N - в 2,25 раза больше). При обработке заготовок из стали 38ХА на высоких скоростях резания эффективность покрытий (Ti, Al) N и (Ti, Zr) N примерно одинаковые. При обработке заготовок из стали 12Х18Х10Т наиболее эффективно покрытие (Ti, Al) N.
При обработке заготовок из стали 38ХА инструментом, оснащенным пластиной из быстрорежущей стали Р6М5 (S=0,3 мм/об; t=1 мм), получены аналогичные результаты: эффективность покрытий (Ti, Fe) N и (Ti, Al) N выше, чем эффективность покрытий TiN (путь L в среднем 2,75 раза больше), и они имеют примерно одинаковую эффективность с покрытием (Ti, Zr) N (Рисунок (в)).
Следует отметить, что для инструментов с покрытиями (Ti, Al) N и (Ti, Zr) N характерно смещение с экстремума зависимости l=f(v) в сторону больших скоростей резания.
Это, по-видимому, связано с большой физико-химической пассивностью их материала по отношению к обрабатываемому материалу. В то же время инструменты с более пластичными покрытиями ((Ti, Fe) N, у которого Нm=31,4 гПа) лучше сопротивляются адизионно-усталостным процессам и имеют большую стойкость на малых скоростях резания, чем инструменты с покрытиями (Ti, Al) N и (Ti, Zr) N.
|
|
|
а)
|
 
| ||||||
| 3 | |||||
| 1 | 4 | ||||
| 2 | |||||
|
б)
 
| 3 | ||||||
| |||||||
| 2 | 4 | |||||
| |||||||
|
в)
 
| 4 | |||||||
| 3 | |||||||
| ||||||||
| 2 | |||||||
| 1 | |||||||
| ||||||||
|
Рисунок – Зависимость пути резания L (м) от скорости резания V (м/мин)
Зависимости пути L резания от скорости V резания при обработке заготовок из сталей 38ХА и 12Х18Х10Т инструментом, оснащенным пластинами твердосплавными (соответственно (а) и (б)), а также при обработке заготовок из стали 38ХА инструментом, оснащенным пластинами из быстрорежущей стали с покрытиями TiN, (Ti, Fe) N, (Ti, Al) N и (Ti, Zr) N.
Эффективность всех сложных покрытий по отношению к покрытию TiN существенно изменяется в зависимости от скорости V и снижается с ее увеличением. Режущие инструменты, оснащенные пластинами с покрытиями (Ti, Fe) N и (Ti, Al) N, прошли опытно-промышленные испытания и внедрены в производство.
Выводы
Стойкость инструмента может быть повышена путем нанесения на режущую пластину покрытия из нитрида титана, легированного железом и алюминием [(Ti, Zr) N и (Ti, Al) N].
Режущие инструменты, оснащенные пластинами из твердого сплава и быстрорежущей стали с покрытиями (Тi, Fe) N и (Ti, Al) N можно рекомендовать к применению при обработке заготовок из сталей марок 38ХА и 12Х18Н10Т.
Тема дипломного проекта - проектирование технологического процесса изготовления вала эксцентрикового, являющегося одним из основных узлов радиально-поршневого гидромотора.
В ходе выполнения дипломного проекта был выполнен следующий объем работ.
При анализе служебного назначения были отражены основные технические характеристики и назначение машины, перечислены узлы с описанием их работы. Что касается самого вала, то был проведен анализ всех его поверхностей, а также функций, исполняемых ими.
При анализе технических требований были подробно проанализированы требования, предъявляемые при изготовлении детали конструктором, их соответствие общепринятым стандартом.
Был определен тип производства - мелкосерийный - и соответствующая ему форма организации работ.
Для вышеупомянутого типа производства было произведено экономическое обоснование выбора метода получения исходной заготовки. В качестве заготовки была принята поковка, получаемая методом штамповки.
Во время выполнения работы был проанализирован и усовершенствован технологический процесс изготовления детали. Было предложено и обосновано применение новых станков и оснастки, что позволит значительно сократить потери времени, показать себестоимость обработки, облегчить труд рабочих и повысить культуру труда на предприятии.
Список литературы
1. А.Ф. Горбацевич, В.А. Шкред «Курсовое проектирование по технологии машиностроения». – 4-е изд., перераб. и доп. – Минск: Выш. Школа, 1983. -256 с.
2. Справочник технолога машиностроителя.2 т. /Под ред.А.Г. Касиловой и Р.К. Мещерякова. – 4-е изд., перераб. и доп. –М.: Машиностроение, 1986. – 496 с.
3. Обработка металлов резанем: Справочник технолога / А.А. Панов, В.В. Аникин, Н.Г. Бойм и др. Под общ. ред.А. А. Панова. - М.: Машиностроение. 1988. -736 с.: ил.
4. Маталин А.А. Технология машиностроения: Учебник для машиностроительных вузов по специальности “Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты”. – Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1985. – 496с., ил.
5. Горбацевич А.Ф., Шкред В.А. Курсовое проектирование по технологии машиностроения. -4-е изд., перераб. и доп. – Минск: Вышэйш. Школа, 1983. -256 с.
6. Общемашиностроительные нормативы режимов резания для технического нормирования работ на металлорежущих станках. Часть 1. Токарные, карусельные, токарно-револьверные, алмазно-расточные, строгальные, долбежные и фрезерные станки. Изд.2-е. М.: Машиностроение, 1974. – 406 с. ил.
7. Общемашиностроительные нормативы времени вспомогательного, на обслуживание рабочего места и подготовительно-заключительного для технического нормирования станочных работ: Серийное производство. – М.: Машиностроение, 1974. – 421с.
8. ГОСТ 7505 – 89. Поковки стальные штампованные.
9. А.П. Станки и инструменты 3/1991, М.: - Машиностроение, 46с.
10. Малов А. Н., Справочник технолога-машиностроителя. -3-е изд., перераб. и доп. -М: Машиностроение, 1972. - 568с.
11. Методические указания для курсового проекта. Для студентов специальностей 7.090202 «Технология машиностроения» дневной и заочной форм обучения. / Сост. Евтухов В.Г., Захаркин А.У. – 1999 – с.23 ил.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 367; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!