Исследование влияния фазового состава режущих пластин из нанокомпозита алмаз–карбид вольфрама на процесс чистового точения сплавов алюминия и латуни
Исследовано влияние фазового состава режущих пластин из нанокомпозита алмаз–карбид вольфрама на силы резания, коэффициент трения в зоне резания и сигнал акустической эмиссии в процессе чистового точения сплавов алюминия и латуни. Установлено, что содержание вольфрама в исходной смеси в количестве 30...
Saved in:
| Published in: | Сверхтвердые материалы |
|---|---|
| Date: | 2018 |
| Main Authors: | , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2018
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/166992 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Исследование влияния фазового состава режущих пластин из нанокомпозита алмаз–карбид вольфрама на процесс чистового точения сплавов алюминия и латуни / Н.Е. Стахнив, Л.Н. Девин, А.А. Бочечка, А.А. Осадчий, С.Н. Назарчук, С.В. Рычев // Сверхтвердые материалы. — 2018. — № 3. — С. 56-66. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-166992 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Стахнив, Н.Е. Девин, Л.Н. Бочечка, А.А. Осадчий, А.А. Назарчук, С.Н. Рычев, С.В. 2020-03-11T21:20:07Z 2020-03-11T21:20:07Z 2018 Исследование влияния фазового состава режущих пластин из нанокомпозита алмаз–карбид вольфрама на процесс чистового точения сплавов алюминия и латуни / Н.Е. Стахнив, Л.Н. Девин, А.А. Бочечка, А.А. Осадчий, С.Н. Назарчук, С.В. Рычев // Сверхтвердые материалы. — 2018. — № 3. — С. 56-66. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 0203-3119 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/166992 621.941 Исследовано влияние фазового состава режущих пластин из нанокомпозита алмаз–карбид вольфрама на силы резания, коэффициент трения в зоне резания и сигнал акустической эмиссии в процессе чистового точения сплавов алюминия и латуни. Установлено, что содержание вольфрама в исходной смеси в количестве 30–40 % (по массе) обеспечивает спекания композита режущей пластины с наиболее благоприятным для точения сплавов алюминия и латуни фазовым составом. Досліджено вплив фазового складу ріжучих пластин з нанокомпозиту алмаз–карбід вольфраму на сили різання, коефіцієнт тертя в зоні різання і сигнал акустичної емісії в процесі чистового точіння сплавів алюмінію і латуні. Встановлено, що вміст вольфраму в вихідної суміші у кількості 30–40 % (за масою) забезпечує спікання композиту ріжучої пластини з найбільш сприятливим для точіння сплавів алюмінію і латуні фазовим складом. The results of the investigation of the effect of the phase composition of cutting inserts from the nanocomposite diamond–tungsten carbide on cutting forces, the friction coefficient in the cutting zone, and the acoustic emission signal during the finish turning of aluminum and brass alloys are presented. It was established that 30–40 % of tungsten content in the initial mixture provides sintering of the composite of the cutting insert with the most favorable phase composition for turning aluminum and brass alloys. ru Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України Сверхтвердые материалы Исследование процессов обработки Исследование влияния фазового состава режущих пластин из нанокомпозита алмаз–карбид вольфрама на процесс чистового точения сплавов алюминия и латуни Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Исследование влияния фазового состава режущих пластин из нанокомпозита алмаз–карбид вольфрама на процесс чистового точения сплавов алюминия и латуни |
| spellingShingle |
Исследование влияния фазового состава режущих пластин из нанокомпозита алмаз–карбид вольфрама на процесс чистового точения сплавов алюминия и латуни Стахнив, Н.Е. Девин, Л.Н. Бочечка, А.А. Осадчий, А.А. Назарчук, С.Н. Рычев, С.В. Исследование процессов обработки |
| title_short |
Исследование влияния фазового состава режущих пластин из нанокомпозита алмаз–карбид вольфрама на процесс чистового точения сплавов алюминия и латуни |
| title_full |
Исследование влияния фазового состава режущих пластин из нанокомпозита алмаз–карбид вольфрама на процесс чистового точения сплавов алюминия и латуни |
| title_fullStr |
Исследование влияния фазового состава режущих пластин из нанокомпозита алмаз–карбид вольфрама на процесс чистового точения сплавов алюминия и латуни |
| title_full_unstemmed |
Исследование влияния фазового состава режущих пластин из нанокомпозита алмаз–карбид вольфрама на процесс чистового точения сплавов алюминия и латуни |
| title_sort |
исследование влияния фазового состава режущих пластин из нанокомпозита алмаз–карбид вольфрама на процесс чистового точения сплавов алюминия и латуни |
| author |
Стахнив, Н.Е. Девин, Л.Н. Бочечка, А.А. Осадчий, А.А. Назарчук, С.Н. Рычев, С.В. |
| author_facet |
Стахнив, Н.Е. Девин, Л.Н. Бочечка, А.А. Осадчий, А.А. Назарчук, С.Н. Рычев, С.В. |
| topic |
Исследование процессов обработки |
| topic_facet |
Исследование процессов обработки |
| publishDate |
2018 |
| language |
Russian |
| container_title |
Сверхтвердые материалы |
| publisher |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| format |
Article |
| description |
Исследовано влияние фазового состава режущих пластин из нанокомпозита алмаз–карбид вольфрама на силы резания, коэффициент трения в зоне резания и сигнал акустической эмиссии в процессе чистового точения сплавов алюминия и латуни. Установлено, что содержание вольфрама в исходной смеси в количестве 30–40 % (по массе) обеспечивает спекания композита режущей пластины с наиболее благоприятным для точения сплавов алюминия и латуни фазовым составом.
Досліджено вплив фазового складу ріжучих пластин з нанокомпозиту алмаз–карбід вольфраму на сили різання, коефіцієнт тертя в зоні різання і сигнал акустичної емісії в процесі чистового точіння сплавів алюмінію і латуні. Встановлено, що вміст вольфраму в вихідної суміші у кількості 30–40 % (за масою) забезпечує спікання композиту ріжучої пластини з найбільш сприятливим для точіння сплавів алюмінію і латуні фазовим складом.
The results of the investigation of the effect of the phase composition of cutting inserts from the nanocomposite diamond–tungsten carbide on cutting forces, the friction coefficient in the cutting zone, and the acoustic emission signal during the finish turning of aluminum and brass alloys are presented. It was established that 30–40 % of tungsten content in the initial mixture provides sintering of the composite of the cutting insert with the most favorable phase composition for turning aluminum and brass alloys.
|
| issn |
0203-3119 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/166992 |
| citation_txt |
Исследование влияния фазового состава режущих пластин из нанокомпозита алмаз–карбид вольфрама на процесс чистового точения сплавов алюминия и латуни / Н.Е. Стахнив, Л.Н. Девин, А.А. Бочечка, А.А. Осадчий, С.Н. Назарчук, С.В. Рычев // Сверхтвердые материалы. — 2018. — № 3. — С. 56-66. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT stahnivne issledovanievliâniâfazovogosostavarežuŝihplastiniznanokompozitaalmazkarbidvolʹframanaprocessčistovogotočeniâsplavovalûminiâilatuni AT devinln issledovanievliâniâfazovogosostavarežuŝihplastiniznanokompozitaalmazkarbidvolʹframanaprocessčistovogotočeniâsplavovalûminiâilatuni AT bočečkaaa issledovanievliâniâfazovogosostavarežuŝihplastiniznanokompozitaalmazkarbidvolʹframanaprocessčistovogotočeniâsplavovalûminiâilatuni AT osadčiiaa issledovanievliâniâfazovogosostavarežuŝihplastiniznanokompozitaalmazkarbidvolʹframanaprocessčistovogotočeniâsplavovalûminiâilatuni AT nazarčuksn issledovanievliâniâfazovogosostavarežuŝihplastiniznanokompozitaalmazkarbidvolʹframanaprocessčistovogotočeniâsplavovalûminiâilatuni AT ryčevsv issledovanievliâniâfazovogosostavarežuŝihplastiniznanokompozitaalmazkarbidvolʹframanaprocessčistovogotočeniâsplavovalûminiâilatuni |
| first_indexed |
2025-11-24T02:49:04Z |
| last_indexed |
2025-11-24T02:49:04Z |
| _version_ |
1850840277308145664 |
| fulltext |
stmj.org.ua 56
Исследование процессов обработки
УДК 621.941
Н. Е. Стахнив, Л. Н. Девин*, А. А. Бочечка,
А. А. Осадчий, С. Н. Назарчук, С. В. Рычев
Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля
НАН Украины, г. Киев, Украина
*ldevin@ism.kiev.ua
Исследование влияния фазового состава
режущих пластин из нанокомпозита алмаз–
карбид вольфрама на процесс чистового
точения сплавов алюминия и латуни
Исследовано влияние фазового состава режущих пластин из на-
нокомпозита алмаз–карбид вольфрама на силы резания, коэффициент трения в
зоне резания и сигнал акустической эмиссии в процессе чистового точения спла-
вов алюминия и латуни. Установлено, что содержание вольфрама в исходной
смеси в количестве 30–40 % (по массе) обеспечивает спекания композита ре-
жущей пластины с наиболее благоприятным для точения сплавов алюминия и
латуни фазовым составом.
Ключевые слова: чистовое точение, акустическая эмиссия,
сплав алюминия, латунь, режимы обработки, композит алмаз–карбид вольфра-
ма, спекание при высоком давлении.
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ
Один из путей развития машиностроения – улучшение режу-
щих свойств обрабатывающих инструментов. Решение поставленной задачи
достигается за счет создания и совершенствования новых инструментальных
материалов, применения различных методов упрочнения и оптимальной гео-
метрии режущего инструмента.
Улучшение качества спекания алмазных порошков в поликристаллы сверх-
твердых материалов достигается введением в исходную шихту добавок, кото-
рые при спекании образуют химические соединения с углеродом и таким
образом связывают алмазные частицы. В Институте сверхтвердых материа-
лов им. В. Н. Бакуля НАН Украины установлена принципиальная возмож-
ность реакционного спекания в условиях высоких давлений и температур
нанопорошков алмаза и вольфрама [1]. В результате их взаимодействия при
спекании в порах между алмазными наночастицами образуются частицы
© Н. Е. СТАХНИВ, Л. Н. ДЕВИН, А. А. БОЧЕЧКА, А. А. ОСАДЧИЙ, С. Н. НАЗАРЧУК, С. В. РЫЧЕВ, 2018
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2018, № 3 57
карбида вольфрама, химически связанные с алмазными, что усиливает связь
зерен полученного композита.
Добавление нанопорошка вольфрама в смесь более крупных алмазных по-
рошков способом, описанным в [1], способствует улучшению физико-меха-
нических характеристик образцов спеченного композита по сравнению с об-
разцами, полученными с применением механического смешивания. Образцы
с максимальной твердостью имели и максимальную трещиностойкость [2].
Такое сочетание механических характеристик достигается за счет форми-
рования структуры композита, для которой характерно равномерное распре-
деление частиц образованного карбида вольфрама в промежутках между
алмазными частицами. Образцы указанных композитов также обладали
высокой термостабильностью (Kтс = 0,86 при температуре 1100 °С) [3]. Сле-
дует заметить, что количество введенного в исходную смесь вольфрама будет
влиять на фазовый состав композита спекаемой режущей пластины. А это
обстоятельство, в свою очередь, оказывает существенное влияние на физико-
механические характеристики и експлуатационные показатели режущего
материала.
Создание режущего материала с наилучшим фазовым составом позволит
эффективно применить его для чистовых (финишных) операций при лезвий-
ной обработке при массовом изготовлении деталей из цветных сплавов.
СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА
Известно, что введения специальных добавок в инструментальный мате-
риал приводит к повышению одних и к снижению других физико-механичес-
ких характеристик и експлуатационных показателей режущего инструмента
[4, 5].
В режущей пластине из композита алмаз–карбид вольфрама соотношение
фаз алмаз–карбид вольфрама зависит от количество вольфрама, введенного в
исходную смесь. Как было показано в [6], формирование структуры компо-
зита, при которой сохраняется алмазный каркас, а поры максимально запол-
няются карбидом вольфрама при реакционном спекании, происходит при
введении в исходную шихту оптимального количества вольфрама. Об уровне
уплотнения композита при различном содержании добавки свидетельствуют
зависимости от температуры спекания относительной плотности образцов,
спеченных из смесей нанопорошков алмаза и металлического вольфрама раз-
личного состава (рис. 1).
Как видно на рис. 1, максимальная плотность достигается при температу-
ре 1800 °С практически для всех исследованных вариантов концентрации
вольфрама в исходной смеси, но для концентрации 21 % W∗ существенное
повышение плотности наблюдается уже при 1400 °С. Недостаточное (10 %),
как и чрезмерное (47 %), содержание вольфрама в смеси снижает интенсив-
ность уплотнения алмазного каркаса. Дальнейшее повышение температуры
спекания мало меняет плотность композитов, тогда как плотность поликри-
сталлов, спеченных из алмазного нанопорошка без добавки, максимальная
при 1800 °C, уменьшается с повышением температуры спекания из-за графи-
тизации (см. рис. 1).
Фазовый состав исследованных в настоящей работе образцов нанокомпо-
зита алмаз–карбид вольфрама, спеченных при начальном давлении 8 ГПа и
температуре 1800 °С из смесей алмазного нанопорошка статического синтеза
∗ Здесь и далее концентрация элементов приведена в % (по массе).
stmj.org.ua 58
АСМ5 0,1/0 с различным количеством порошка металлического вольфрама,
представлен в таблице. Основой для определения количества фаз являются
данные рентгеновской дифрактометрии.
1200 1400 1600 1800 2000 T, °C
1
2
3
4
0,900
0,925
0,950
0,975
1,000
ρ/ρ
max
Рис. 1. Зависимости относительной плотности образцов, спеченных из смесей нанопорош-
ков алмаза статического синтеза и металлического вольфрама от температуры спекания
при содержании вольфрама в смеси 0 (1), 10 (2), 21 (3) и 47 (4) %.
Фазовый состав образцов нанокомпозита алмаз–карбид вольфрама
Содержание фаз
алмаз WC WO2 W
Содержание W
в исходной
смеси,
% (по массе)
% (по
массе)
%
(мол.)
% (по
массе)
%
(мол.)
% (по
массе)
%
(мол.)
% (по
массе)
%
(мол.)
20 78,6 98,3 19,1 1,5 2,3 0,2 – –
30 67,9 97,2 28,6 2,5 3,5 0,3 – –
40 57,2 95,7 38,1 3,9 4,7 0,4 – –
50 47,0 93,7 42,2 5,1 5,8 0,6 5,0 0,6
Целью настоящей работы было исследование влияния фазового состава
режущих пластин из нанокомпозитов алмаз–карбид вольфрама на силы реза-
ния, коэффициент трения в зоне резания и на сигнал акустической эмиссии
(АЭ) при прецизионном точении сплавов алюминия и латуни.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Работоспособность резцов из нанокомпозита алмаз–карбид вольфрама
изучали на автоматизированном стенде, в котором использовали токарный
станок с ЧПУ мод. ТПК 125ВМ [7]. Экспериментальные исследования вы-
полняли при чистовом точении образцов диаметром d = 60–65 мм из латуни
Л80 и сплава алюминия AК6. Режущие пластины из нанокомпозита алмаз–
карбид вольфрама, полученные реакционным спеканием с содержанием
вольфрама 20, 30, 40, 50 % в исходной смеси, отличались фазовым составом.
В последующем они были доведены по передней поверхности до шерохова-
тости Ra = 0,05–0,08 мкм. При доводке использовали метод свободного абра-
зива с последовательным применением зерен АСМ 28/20, 20/12, 14/10, 10/7,
5/3 и 3/2. Резцы с механическим креплением круглой режущей пластины
диаметром 7±0,025 мм имели передний угол γ = 0°, задний угол α = 10°.
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2018, № 3 59
Было выполнено несколько серий экспериментов с глубиной резания t от
0,1 до 0,3 мм. В каждой серии фиксировали величину подачи S = 0,1 мм/об и
дискретно изменяли скорость резания v = 1,0, 2,0, 3,0, 4,9, 5,9 м/с.
Для исследования сил резания и вибраций в процессе чистового точения
использовали информационно-измерительную систему исследования процес-
са резания [7]. Система (рис. 2) состоит из высокоточного токарного станка
ТКП-125ВМ с ЧПУ Электроника CNC, динамометра УДМ-100, блока усили-
телей “Топаз”, акселерометра KD 35a фирмы “Metra Mess und Frequenztech-
nik” (Германия) с согласующим усилителем, аналого-цифрового преобразо-
вателя (АЦП) ADA 1406 фирмы “HOLIT Data Systems” и компьютера IBM.
Динамометр
Станок Акселерометер
Усилитель
АЦП
Компьютер
Усилитель
Программа
Power Graph
Рис. 2. Блок-схема системы исследования процесса резания.
Составляющие силы резания Рx, Рy, Рz измеряли с помощью динамометра
УДМ-100. Тензометрические датчики динамометра соединены по схеме мос-
та Уитстона и являются частью измерительного усилителя блока “Топаз”.
Сигналы, пропорциональные составляющим силы резания, поступали на
АЦП. Каждый усилитель снабжен индикатором и переменными резисторами
для балансировки моста Уитстона и для настройки уровня сигнала. Рабочий
диапазон частот динамометра был 0–100 Гц.
Для измерения вибраций в процессе резания применяли акселерометр KD
35a с рабочим диапазоном частот от 10 до 10000 Гц. Акселерометр закрепля-
ли в направлении составляющей силы резания Рz в нижней части резца мак-
симально приближенно к зоне резания.
Сигналы от динамометра и акселерометра через усилители поступали на
аналого-цифровой преобразователь ADA-1406, который соединяется с ком-
пьютером USB-кабелем. Управление АЦП ADA-1406 осуществлялось про-
граммой Power Graph. Частота опроса АЦП составляла 50 кГц. Обработка
данных включала коррекцию данных (учет дрейфа нуля), статистические
расчеты.
Для исследования процессов разрушения, пластического деформирования
и трения в зоне резания были измерены сигналы АЭ. Для этого использовали
мобильную автоматизированную систему (рис. 3).
stmj.org.ua 60
Станок Датчик АЭ
АЦП E20�10 ПК
Усилитель
и амплитудный
детектор
Power Graph 3.3
Professional
Рис. 3. Блок-схема автоматизированной системы для исследования сигнала АЭ при точении.
Основным элементом разработанной системы является широкополосный
датчик АЭ оригинальной конструкции [8], который закрепляли у верхней
части резца максимально близко к зоне резания.
Для соединения датчика АЭ с АЦП применяли предварительный усили-
тель с большим входным сопротивлением и малым выходным. Для записи с
помощью компьютера сигнала АЭ в диапазоне от 100 кГц до 1 МГц исполь-
зовали АЦП с частотой опроса 2 МГц. АЦП с такой частотой опроса весьма
дорогие, а размеры файлов с данными эксперимента достигают сотни мега-
байт. Поэтому для регистрации пиковых сигналов АЭ применили также ам-
плитудный детектор, который измерял огибающую сигнала АЭ. Далее вы-
ходной и детектированный сигналы подавали на быстродействующий АЦП и
компьютер. Управление АЦП выполнили программой PowerGraph [9].
РЕЗУЛЬТАТЫ
Получены зависимости средних значений R и среднеквадратического от-
клонения (СКО) σR равнодействующей силы резания от содержания вольф-
рама в исходной смеси для получения нанокомпозита алмаз–карбид вольф-
рама при обработке сплава алюминия (рис. 4) и латуни (рис. 5).
20 30 40
40
50
C
W
, % (по массе)
1
2
3
4
5
6
R, Н
а
20 30 40
3
4
5
1
2
3
4
5
6
σ
R
, Н
C
W
, % (по массе)
б
Рис. 4. Изменение средних значений R (а, в) и СКО σR (б, г) равнодействующей силы реза-
ния в зависимости от содержания вольфрама в исходной смеси режущей пластины для
скоростей резания v = 1,0 (1), 2,0 (2), 3,0 (3), 3,9 (4), 4,9 (5), 5,9 (6) м/с при точении сплава
алюминия с глубиной резания t = 0,1 (а, б) и 0,3 (в, г) мм.
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2018, № 3 61
20 30 40
80
100
120
140
1
2
3
4
5
6
R, Н
C
W
, % (по массе)
в
20 30 40
4
5
6
7
8
1
2
3
4
5
6
σ
R
, Н
C
W
, % (по массе)
г
Рис. 4. Продолжение.
20 30 40
50
60
70
1
2
3
4
5
6
R, Н
C
W
, % (по массе)
а
20 30 40
3
4
5
1
2
3
4
5
6
C
W
, % (по массе)
σ
R
, Н
б
20 30 40
80
100
120
1
2
3
4
5
6
R, Н
C
W
, % (по массе)
в
20 30 40
6
8
10
1
2
3
4
5
6
C
W
, % (по массе)
σ
R
, Н
г
Рис. 5. Изменение средних значений R (а, в) и СКО σR (б, г) равнодействующей силы реза-
ния в зависимости от содержания вольфрама в исходной смеси режущей пластины для
скоростей резания v = 1,0 (1), 2,0 (2), 3,0 (3), 3,9 (4), 4,9 (5), 5,9 (6) м/с при точении латуни
с глубиной резания t = 0,1 (а, б) и 0,3 (в, г) мм.
Как видно на рис. 4, фазовый состав нанокомпозита алмаз–карбид вольфра-
ма режущей пластины существенно влияет на силы резания при точении алю-
миниевого сплава. При глубине резания t = 0,1 мм изменение среднего значе-
ния R равнодействующей силы резания достигает 25 %, а СКО σR – 32 %. При
глубине резания t = 0,3 мм изменение R достигает 41 %, а СКО σR – 51 %.
stmj.org.ua 62
Фазовый состав нанокомпозита алмаз–карбид вольфрама режущей пла-
стины существенно влияет на силы резания и при точении латуни. При глу-
бине резания t = 0,1 мм изменение среднего значения R равнодействующей
силы резания достигает 24 %, а σR – 35 %. При глубине резания t = 0,3 мм
изменение R достигает 21 %, а σR – 30 %.
Таким образом, установлено, что при чистовом точении сплавов алюми-
ния и латуни режущими пластинами из композита алмаз–карбид вольфрама с
различным (20, 30, 40 и 50 %) содержанием вольфрама в исходной смеси
средние значения R и СКО σR равнодействующей силы резания существенно
отличались (см. рис. 4 и 5).
Проанализировав результаты исследования можно сделать вывод, что су-
ществует оптимальное количества вольфрама в исходной смеси для нано-
композита алмаз–карбид вольфрама, при котором спекаются режущие пла-
стины с фазовым составом, который обеспечивает минимальное значение
средних значений R равнодействующей силы резания. Оптимальное количе-
ство вольфрама в исходной шихте для нанокомпозитов алмаз–карбид вольф-
рама составляет 30 %. Следует отметить, что минимальные значения СКО
равнодействующей силы резания в большинстве случаев соответствовали
режущим пластинам с 30 % W в исходной шихте. Только при точении сплава
алюминия c глубиной резания t = 0,1 мм и при скоростях v = 1,0, 3,0, 3,9 м/с
(см. рис. 3, б), минимальные значение СКО равнодействующей сил резания
соответствовали режущим пластинам с 40 % W в исходной шихте. Причем
разница СКО сил резания для режущих пластин с 30 и 40 % W меньше по-
грешности измерения (5 %). Учитывая вышесказанное, оптимального содер-
жания вольфрама в исходной шихте соответствует 30 %, однако также не-
плохие результаты были получены при использовании режущих пластин с
композитом, содержащим 40 % W.
Содержание вольфрама больше 40 % или меньше 30 % приводит к суще-
ственному увеличению среднего значения и СКО равнодействующей силы
резания, что указывает на ухудшении процесса формообразования в зоне
обработки. Изменение сили резания в зависимости от фазового состава ука-
зывает на то, что в зоне резания существенно изменялись условия разруше-
ния, пластического деформирования и трения обрабатываемого материала с
резцом. В соответствии с методикой [10, 11] был определен коэффициент
трения по задней поверхности резца в зависимости от содержания вольфрама
при чистовом точении.
Рассмотрим расчет коэффициента трения на примере чистового точения
латуни резцом из нанокомпозита алмаз–карбид вольфрама с содержанием
вольфрама в исходной шихте 50 % при скорости резания v = 5,9 м/с, подаче
S = 0,1мм/об и глубинах резания t = 0,1–0,3 мм. В соответствии с методикой
[10, 11] использовали значения составляющих сил резания Px, Py, Pz при раз-
личных глубинах резания t. По значениям сил Px и Py находили Rxy:
.22
yxxy PPR +=
Затем строили зависимости сил Pz и Rxy от глубины резания t (рис. 6), которые
представляли собой прямые линии. Экстраполируя эти прямые на нулевую глу-
бину резания, получали на осях отрезки, равные силам на задней поверхности
при нулевой глубине резания F и N. Сила F соответствуют силе трения при нор-
мальной нагрузке N. Коэффициент трения определятся зависимостью
N
F=μ .
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2018, № 3 63
0 0,1 0,2
20
40
60
80
F
t, мм
P
z
, Н
а
0 0,1 0,2
20
40
60
80
N
t, мм
R
xy
, Н
б
Рис. 6. Экстраполяция силовых зависимостей на нулевую глубину резания при определе-
нии силы трения F (а) и нормальной нагрузки N (б).
На рис. 7 приведены изменение коэффициента трения μ по задней поверх-
ности резца при чистовом точении сплава алюминия и латуни в зависимости
от содержания вольфрама в исходной шихте.
20 30 40
0,40
0,45
0,50
0,55
1
3
μ
5
4
2
C
W
, % (по массе)
а
20 30 40
0,40
0,45
0,50
0,55
1
3
μ
5
4
2
C
W
, % (по массе)
б
Рис. 7. Изменение коэффициента трения μ при чистовом точении сплава алюминия (а) и
латуни (б) в зависимости от содержания вольфрама в исходной смеси режущей пластины;
v = 1,0 (1), 2,0 (2), 3,9 (3), 4,9 (4), 5,9 (5) м/с.
Видно, что фазовый состав влияет на коэффициент трения μ. Для режущей
пластины, которой соответствовало содержанию вольфрама 30 %, коэффици-
ент трения по задней поверхности резца был минимальным. Для подтвержде-
ния обнаруженного эффекта дополнительно исследовали сигналы АЭ из зоны
резания. Как показано в [12], сигнал АЭ зависит от условий разрушения, пла-
стического деформирования и трения в зоне резания.
Получены значения СКО сигнала АЭ до и после пикового детектора в за-
висимости от скорости резания и содержания вольфрама в композите алмаз–
карбид вольфрама при обработке сплава алюминия (рис. 8) и латуни (рис. 9).
Установлено, что при чистовом точении сплавов алюминия и латуни ре-
жущими пластинами из композита алмаз–карбид вольфрама с разным фазо-
вым составом амплитуды сигнала АЭ до и после пикового детектора сущест-
венно отличались (см. рис. 8 и 9).
Проанализировав результаты исследования (см. рис. 8 и 9), можно сделать
вывод, что существует оптимальное количество вольфрама в исходной ших-
stmj.org.ua 64
те, которое при спекании обеспечивает наилучший фазовый состав наноком-
позита алмаз–карбид вольфрама для использования в режущих пластинах.
20 30 40
0
0,2
0,4
0,6
0,8
σ
АЭ
, В
6
5
4
3
2
1
C
W
, % (по массе)
а
20 30 40
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
σ
АЭД
, В
6
5
4
3
2
1
C
W
, % (по массе)
б
20 30 40
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
σ
АЭ
, В
6
5
4
3
2
1
C
W
, % (по массе)
в
20 30 40
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4 6
5
4
3
2
1
σ
АЭД
, В
C
W
, % (по массе)
г
Рис. 8. Изменение СКО сигнала АЭ до (а, в) и после (б, г) пикового детектора от содержа-
ния вольфрама в исходной смеси режущей пластины при точении алюминиевого сплава с
глубиной резания t = 0,1 (а, б), 0,3 (в, г) мм; v = 1,0 (1), 2,0 (2), 3,0 (3), 3,9 (4), 4,9 (5),
5,9 (6) м/с.
20 30 40
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
6
5
4
3
2
1
σ
АЭ
, В
C
W
, % (по массе)
а
20 30 40
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
6
5
4
3
2
1
σ
АЭД
, В
C
W
, % (по массе)
б
Рис. 9. Изменение СКО сигнала АЭ до (а, в) и после (б, г) пикового детектора от содержа-
ния вольфрама в исходной смеси режущей пластины при точении латуни с глубиной реза-
ния t = 0,1 (а, б) и 0,3 (в, г) мм; v = 1,0 (1), 2,0 (2), 3,0 (3), 3,9 (4), 4,9 (5), 5,9 (6) м/с.
ISSN 0203-3119. Сверхтвердые материалы, 2018, № 3 65
20 30 40
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
6
5
4
3
2
1
σ
АЭ
, В
C
W
, % (по массе)
в
20 30 40
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8 6
5
4
3
2
1
σ
АЭД
, В
C
W
, % (по массе)
г
Рис. 9. Продолжение.
Анализ зависимостей на рис. 8 показывает, что при точении сплавов алю-
миния сигналы АЭ до и после пикового детектора имеют минимальные зна-
чения при использовании режущих пластин из нанокомпозита алмаз–карбид
вольфрама, полученных спеканием исходной смеси с 30 % W, независимо от
глубины и скорости резания. При точении латуни (см. рис. 9) сигналы АЭ до
и после пикового детектора имеют минимальные значения при 30–40 %
вольфрама в исходной смеси и зависят от глубины и скорости резания.
Содержание вольфрама больше 40 % или меньше 30 % приводит к суще-
ственному увеличению амплитуды сигнала АЭ, что указывает на ухудшении
процесса формообразования в зоне обработки.
Обобщение результатов, полученных при исследовании сил резания и
сигнала АЭ, показывает, что оптимальное количество вольфрама в исходной
смеси составляет 30 %.
ВЫВОДЫ
В режущей пластине из нанокомпозита алмаз–карбид вольфрама соотно-
шение фаз зависит от количества вольфрама, введенного в исходную смесь, и
оказывает влияние на средние значения и СКО равнодействующей силы ре-
зания.
В зависимости от соотношения фаз нанокомпозита алмаз–карбид вольф-
рама, используемого для режущей пластины, изменяются условия резания в
зоне контакта инструмента и детали, о чем свидетельствуют изменения ко-
эффициента трения и сигнала АЭ.
Средние значения и СКО силы резания, коэффициент трения и сигнал АЭ
будут минимальны для режущих пластин из нанокомпозита алмаз–карбид
вольфрама, полученного при реакционном спекании исходной шихты с до-
бавлением 30 % вольфрама (для обработки сплава алюминия) и 30–40 %
вольфрама (для обработки латуни).
Досліджено вплив фазового складу ріжучих пластин з нанокомпозиту
алмаз–карбід вольфраму на сили різання, коефіцієнт тертя в зоні різання і сигнал акус-
тичної емісії в процесі чистового точіння сплавів алюмінію і латуні. Встановлено, що
вміст вольфраму в вихідної суміші у кількості 30–40 % (за масою) забезпечує спікання
композиту ріжучої пластини з найбільш сприятливим для точіння сплавів алюмінію і
латуні фазовим складом.
stmj.org.ua 66
Ключові слова: чистове точіння, акустична емісія, сплав алюмінію, ла-
тунь, режими обробки, композит алмаз–карбід вольфраму, спікання при високому тиску.
The results of the investigation of the effect of the phase composition of cut-
ting inserts from the nanocomposite diamond–tungsten carbide on cutting forces, the friction
coefficient in the cutting zone, and the acoustic emission signal during the finish turning of alu-
minum and brass alloys are presented. It was established that 30–40 % of tungsten content in the
initial mixture provides sintering of the composite of the cutting insert with the most favorable
phase composition for turning aluminum and brass alloys.
Keywords: finish turning, acoustic emission, aluminum alloy, brass, tungsten
carbide diamond composite, high pressure sintering.
1. Пат. на винахід 93803 Україна, МПК В24D 3/02, B22F 3/14. Спосіб отримання алмазно-
го композиційного матеріалу / М. В. Новіков, О. О. Бочечка, С. М. Назарчук, В. С. Гав-
рилова, Г. С. Олєйник, Л. О. Романко, І. А. Свєшніков, С. Д. Заболотний. – Заявл.
30.12.09; Опубл. 10.03.11, Бюл. № 5.
2. Назарчук С. Н., Бочечка А. А , Гаврилова В. С., Романко Л. А., Белявина Н. Н., Александ-
рова Л. И., Ткач В. Н., Кузьменко Е. Ф., Заболотный С. Д. Поликристаллический
композиционный материал алмаз–карбид вольфрама // Сверхтв. материалы. – 2011. –
№ 1. – С. 3–17.
3. Бочечка О. О., Свєшніков І. А., Назарчук С. М., Заболотний С. Д., Гаврилова В. С.,
Боженок В. М., Луцак Е. М., Романко Л. О., Ільницька Г. Д., Смекаленков С. В.
Алмазний полікристалічний композиційний матеріал алмаз–карбід вольфраму для
бурового інструменту // Інструментальный світ. – 2011. – № 1–2. – С. 50–52.
4. Васин С. А. Верещака А. С. Кушнер В. С. Резание материалов: термомеханический
подход к системе взаимосвязей при резании: Учеб. для техн. вузов. – М.: Изд-во МГТУ
им. Н. Э. Баумана, 2001. – 448 с.
5. Даниленко Б. Д., Студенников Г. В., Фонотов В. Т. Материалы режущих инструментов:
Учеб. пос. – Курган: Изд-во КГУ, 1999. – 70 с.
6. Nazarchuk S., Bochechka O., Gierlotka S., Dziecielewski I., Gadzyra M. Diamond-tungsten
carbide nanocomposite // Nano and Advanced Materials Workshop and Fair NAMF 2013,
Warsaw, Poland, 16–19 Sept., 2013: Book abstr. – P. 39–40.
7. Девин Л. Н. Прогнозирование работоспособности металлорежущего инструмента. – К.:
Наук. думка, 1992. – 131 с.
8. Девин Л. Н., Новиков Н. В. Широкополосные датчики акустической эмиссии для ди-
агностики состояния режущих инструментов // Техническая диагностика и нераз-
рушающий контроль. – 2008. – № 4. – С. 81–85.
9. Девин Л. Н., Сулима А. Г. Применение пакета Power Graph для исследования процесса
резания // Промышленные измерения контроль, автоматизация диагностика (ПиКАД). –
2008. – № 3. – С. 24–26.
10. Розенберг А. М. Еремин А. Н. Элементы теории процесса резания металлов. – М.–
Свердловск: Машгиз, 1956. – 319 с.
11. Розенберг Ю. А. Резание материалов: Учеб. для техн. вузов. – Курган: Изд-во ОАО
“Полиграфический комбинат “Зауралье”, 2007. – 294 с.
12. Подураев В. Н. Барзов А. А. Горелов В. А. Технологическая диагностика резания
методом акустической эмиссии. – М.: Машиностроение, 1988. – 56 с.
Поступила 14.03.17
|