Напряжения в режущей части имплантированного инструмента
Рассматривается изменение напряженно-деформированного состояния в режущем клине инструмента при обработке резанием, вызванное модификацией поверхностного слоя передней поверхности инструмента за счет ионной имплантации. Ионная имплантация, влияя на характеристики процесса резания, повышает работоспо...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
|---|---|
| Datum: | 2011 |
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2011
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63283 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Напряжения в режущей части имплантированного инструмента / А.А. Ласуков // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2011. — Вип. 14. — С. 460-463. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859708586187292672 |
|---|---|
| author | Ласуков, А.А. |
| author_facet | Ласуков, А.А. |
| citation_txt | Напряжения в режущей части имплантированного инструмента / А.А. Ласуков // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2011. — Вип. 14. — С. 460-463. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| description | Рассматривается изменение напряженно-деформированного состояния в режущем клине инструмента при обработке резанием, вызванное модификацией поверхностного слоя передней поверхности инструмента за счет ионной имплантации. Ионная имплантация, влияя на характеристики процесса резания, повышает работоспособность инструмента.
Розглядається зміна пружно-деформованого стану в ріжучому клині інструменту при обробці різанням, викликана модифікацією поверхневого шару передньої поверхні інструменту за рахунок іонної імплантації. Іонна імплантація, впливаючи на характеристики процесу різання, підвищує працездатність інструменту.
The given article considers the changes in the cutting wedge deformation mode while machining caused by ion implantation of surface layer of the face of tool. The last influences the machining process characteristics, improving the tool functionality.
|
| first_indexed | 2025-12-01T04:27:33Z |
| format | Article |
| fulltext |
Выпуск 14. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
460
Выводы
В качестве альтернативы традиционной «сплошной» футеровке барабанных мельниц предло-
жена защитная ребристая конструкция типа «беличья клетка», образуемая равномерно расположен-
ными по окружности продольными ребрами, концы которых вставляются в пазы двух колец, закреп-
ленных в противоположных торцах размольного барабана. Эта конструкция защищена тремя патен-
тами Украины [2–4].
Ребра выполняют две функции, а именно: лифтеров и защитных элементов, так как не позво-
ляют измельчаемому материалу и размольным телам свободно перемещаться в зоне контакта с внут-
ренней поверхностью барабана и интенсивно изнашивать ее.
Предложенная защитная конструкция внедрена в производственных условиях ГНПП «АЛ-
КОН-ТВЕРДОСПЛАВ» при модернизации размольных барабанов средних размеров (диаметром и
длиной около 0,5 м) при мокром размоле твердосплавных смесей и хрупких брикетов регенерирован-
ных твердых сплавов. Подтверждено, что такая конструкция из стальных элементов отличается про-
стотой монтажа, относительно небольшой массой, высокой надежностью, эффективностью и дли-
тельным сроком службы (к настоящему времени безремонтный период работы превысил пять лет).
Запропонована стальна захисна конструкція типу «біляча клітка» як альтернатива традиційній
«суцільній» футеровці внутрішньої поверхні барабанного млина. Конструкція впроваджена в умовах
дрібносерійного твердосплавного виробництва при модернізації барабанних млинів середнього розміру.
Ключові слова: футеровка, барабан, млин, твердий сплав.
The protective steel construction of the "squirrel cage" type as an alternative to the traditional "solid"
lining of the inner surface of the drum mill is proposed. This design is successfully implemented under the con-
ditions of small-scale production of hardmetals during modernization of the medium-sized drum mills.
Key words: lining, drum, mill, hardmetal.
Литература
1. Третьяков В. И. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых
сплавов. – М.: Металлургия, 1976. – 528 с.
2. Пат. на кор. мод. 28437 Україна, МПК В02С 17/22. Барабан для розмелювання порошку /
Л. С. Сидоренко, В. П. Бондаренко, О. В. Галков, Л. О. Василенко та ін. – Опубл. 10.12.2007,
Бюл. № 20.
3. Пат. на винахід 85321 Україна, МПК В02С 17/22. Барабан для розмелу порошку /
Л. С. Сидоренко, В. П. Бондаренко, О. В. Галков, Л. О. Василенко та ін. – Опубл. 12.01.2009,
Бюл. №1.
4. Пат. на кор. мод. 59430 Україна, МПК В02С 17/22. Розмельний барабан / В. П. Бондаренко,
Л. С. Сидоренко, О. В. Галков, Л. О. Василенко та ін. – Опубл. 10.05.2011, Бюл. № 9.
Поступила 24.05.11
УДК 621.9.1.011:621.941.025
А. А. Ласуков, канд. техн. наук
Юргинский технологический институт (филиал) Томского политехнического университета, РФ
НАПРЯЖЕНИЯ В РЕЖУЩЕЙ ЧАСТИ ИМПЛАНТИРОВАННОГО ИНСТРУМЕНТА
Рассматривается изменение напряженно-деформированного состояния в режущем клине
инструмента при обработке резанием, вызванное модификацией поверхностного слоя передней
поверхности инструмента за счет ионной имплантации. Ионная имплантация, влияя на
характеристики процесса резания, повышает работоспособность инструмента.
Ключевые слова: режущий инструмент, имплантация, работоспособность инструмента,
напряженное состояние, распределение напряжений.
РАЗДЕЛ 3. ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ИНСТРУМЕНТЕ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
461
При обработке металлов резанием имеет место большой уровень температур и контактных
нагрузок, что способствует повышенному износу инструмента, снижению его стойкости и работо-
способности. За последние десятилетия ведущие производители инструмента разработали большое
количество новых марок твердого сплава. Однако проблема низкой эффективности твердосплавного
инструмента остается весьма актуальной.
Необходимо повысить эффективность инструмента путем создания твердого сплава с улуч-
шенными физико-механическими и режущими свойствами, особенно за счет создания нанострукту-
рированного слоя с многослойно-композиционной архитектурой [8]. В качестве методов повышения
работоспособности в последнее время широко используют упрочняющую технологию и химико-
термическую обработку [5] для инструментов различной формы и геометрических параметров.
К наиболее перспективным методам повышения стойкости инструмента относится ионная
имплантация [9]. Свойства полученных материалов приближаются к свойствам идеализированных
инструментальных материалов [1], а инструмент из такого материала обладает удовлетворительным
запасом одновременно хрупкой и пластической прочности. Указанный метод не имеет основного
недостатка всех применяемых видов покрытий – отслаивания. Стойкость инструмента может повы-
шается кратно, что объясняется повышением микротвердости и уменьшением коэффициента трения
между инструментом и обрабатываемым материалом. Ионная имплантация позволяет улучшить все
основные показатели процесса резания [2].
В настоящей работе рассматривается влияние ионной имплантации на напряженно-
деформированное состояние режущей части инструмента при обработке конструкционной стали
30ХГСА режущими пластинами из твердого сплава Т5К10, имплантированными Al, TiB2, ZrGf и Zr
(дополнительно использовались пластины с покрытием TiN).
Результаты анализа процесса стружкообразования показали, что при обработке исходным инст-
рументом [3] во всем диапазоне режимов резания образуется сливная стружка. Наматывание стружки на
инструмент способствует снижения работоспособности последнего. Одновременно наблюдаются высо-
кие значения силы резания, что так же приводит к снижению.
При работе имплантированным инструментом сила схватывания поверхностей стружки и инст-
румента различна, поэтому наблюдается разная степень деформации внутри стружки. Интенсивность
явления схватывания определяется способностью контактирующих металлов взаимно растворяться [2].
Ионная имплантация режущего инструмента изменяет адгезионное взаимодействие стружки и инстру-
мента, вследствие чего изменяется характер стружкообразования и повышается хрупкость стружки, что
облегчает ее ломание и удаление из зоны резания. На рис. 1 показаны шлифы стружки при обработке
инструментом с различными свойствами передней поверхности с явными изменениями текстуры внут-
ри стружки. Это выражается в изменении угла текстуры стружки и размеров контактного слоя (наи-
меньший угол текстуры – 49° – и наибольший контактный слой наблюдаются при имплантации алю-
минием, а наибольший угол – 58° – и найменьший слой – при имплантации цирконием). Указанное
обстоятельство приводит к разным условиям нагружения режущего инструмента.
а) б) в)
Рис.1. Общий вид шлифов стружки из стали 30ХГСА (V = 126 м/мин)
при имплантация: а) Al; б) BN; в) ZrGf
Изменение значения равнодействующей сил [5] в зависимости от скорости резания и вида
имплантируемого материала показано на рис. 2.
Имплантация инструмента любым из применяемых в экспериментах материалов приводит к
снижению усилий резания, что, очевидно, благоприятно отражается на обработке стали. Свойства
покрытия совместно с имплантированным материалом также уменьшают силы на передней поверх-
ности (рис. 2), а именно силу трения, что способствует снижению нагрузок на инструмент.
Выпуск 14. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
462
Изменение угла между равнодействующей силы резания и биссектрисой угла режущего клина
y [5] показаны на рис. 3. Практический интерес представляет обработка стали пластинами с покры-
тием TiN, имплантированными ионами ZrGf (гафния 20%). При работе таким инструментом угол
уменьшается и имеет достаточно низкие значения, равнодействующая сил приближается к оси сим-
метрии режущего клина. При y < 8°30¢ и b > 50° в клине преобладает сжимающее напряжение [5, 6],
что и наблюдается при работе инструментом с покрытием TiN + ZrGf. Особенность описанного взаи-
модействия инструмента, имплантированного ионами ZrGf, с обрабатываемым материалом объясня-
ется несущественным взаимодействием этих элементов с железом. Вероятность схватывания на пе-
редней поверхности уменьшается, силы резания снижаются.
50
70
90
110
130
150
170
190
210
230
0 50 100 150 200 V,м/мин
R, кг
Рис.2. Зависимости равнодействующей
силы резания от скорости (Т5К10): · – без им-
плантации; ¨ – покрытие TiN + ZrGf; ■ – TiB2;
▲ – покрытие TiN + Al
0
5
10
15
20
25
0 50 100 150 200 V,м/мин
ψ,0
Рис.3. Изменение угла y от скорости ре-
зания (Т5К10): · – без имплантации;¨ – покры-
тие TiN + ZrGf; ■ – TiB2; ▲ – покрытие TiN + Al
Величину и характер распределения радиальных напряжений, возникающих в режущем клине
под действием сосредоточенной силы [4] рассчитывали по формуле
,
])cossincos(sin
]sin)cos(cos)sin([sin...
...
)cos[(sin
]cos)cos(sin)(sincos[
2
2
222
ggaa
qbqggqaa
bga
qbqaaqgg
s
-+
-+--+
+--×
++--+
=
z
xy
r
P
r
R
где α, γ, β – главный задний угол, передний и заострения инструмента соответственно;
r, θ – полярные координаты.
Расчет и построение картин изолиний напряжений реализовали с помощью программы разра-
ботанной в среде универсального математического пакета Maple (рис. 4).
Имплантация инструмента без покрытия ионами TiB2 и Zr приводит к появлению растяги-
вающего напряжения в верхней части режущего клина, с покрытием ионами TiB2 и ZrGf – сжимаю-
щее напряженея в режущей части, что благоприятно сказывается при эксплуатации твердосплавного
инструмента. При этом следует отметить, что это напряжение превышает напряжение в режущем
клине исходного инструмента.
Лучший результат относительно прочности режущего инструмента из рассмотренных вариантов
дает имплантация ионами ZrGf (гафния 20 %) пластин из твердого сплава Т5К10 с покрытием из TiN. Это
выражается в наиболее концентричном расположении изолиний напряжения и отсутствии растяжения за
контактной зоной, что подтверждается направлением равнодействующей силы резания относительно оси
симметрии режущего клина (см. рис. 3).
Таким образом изменение свойств поверхности инструмента путем ионной имплантации сущест-
венно влияет на характер распределения и напряжение в режущей части инструмента. Исходя из анализа
экспериментальных данных можно рекомендовать для применения на автоматических линиях и станках с
ЧПУ без усложнения конструкции инструмента дополнительными элементами для дробления стружки,
при обработке стали 30ХГСА пластины из твердого сплава Т5К10 с покрытием из TiN, имплантирован-
ные ионами ZrGf (гафния 20 %).
РАЗДЕЛ 3. ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ИНСТРУМЕНТЕ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
463
-100
-60
-40 -25
-15
-10
-5
мм
мм
Т5К10 + TiB2
10
-100
-40 -25 -15
-10
-5
5
20
15
-60
мм
мм
а б
Т5К10 с покр. TiN + ZrGf
-100
-60
-40
-25
-15
-10
мм
-100
-60
-40
-25
-15
-10
мм
мм
Т5К10 c покр. TiN + TiB2
-100
-60
-40
-25
-15
-10
мм
в г
Рис. 4. Картины изолиний радиального напряжения в режущей части инструмента за кон-
тактной зоной
Розглядається зміна пружно-деформованого стану в ріжучому клині інструменту при обро-
бці різанням, викликана модифікацією поверхневого шару передньої поверхні інструменту за рахунок
іонної імплантації. Іонна імплантація, впливаючи на характеристики процесу різання, підвищує пра-
цездатність інструменту.
Ключові слова: ріжучий інструмент, імплантація, працездатність інструменту, напруже-
ний стан, розподіл напруг.
The given article considers the changes in the cutting wedge deformation mode while machining
caused by ion implantation of surface layer of the face of tool. The last influences the machining process
characteristics, improving the tool functionality.
Key words: cutting tool, implantation, tool functionality, work strain, stress distribution.
Литература
1. Васин С. А., Верещака А. С., Кушнер B. C. Резание металлов. Термомеханический подход к
системе взаимосвязей при резании: Учебник для техн. вузов. М: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Бау-
мана, 2001. – 448 с.
2. Брюхов В. В. Повышение стойкости инструмента методом ионной имплантации. – Томск:
НТЛ, 2003. – 120с.
3. Ласуков А. А., Брюхов В. В., Зайцев К. В. Исследование влияния свойств поверхности инст-
румента на процесс стружкообразования // Современные проблемы машиностроения. Тр. II
междунар. науч.-техн. конф. – Томск: ТПУ, 2004. – 594с. - С.482-484.
4. Петрушин С. И., Бобрович И. М., Корчуганова М. А. Оптимальное проектирование формы
режущей части лезвийных инструментов: Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 1999. – 91 с.
5. Утешев М.Х. Разработка научных основ расчета прочности режущей части инструмента по
контактным напряжениям с целью повышения его работоспособности: Дис… д-ра. техн. наук:
05.03.01, 01.02.06. – Томск, 1995. – 663 с.
6. Артамонов Е.В. Прочность и работоспособность сменных твердосплавных пластин сборных
режущих инструментов. – Тюмень: Вектор Бук, 2003. – 190 c.
7. Bruno Dzieyk. Fortschritte in der Zerspanungstechnik durch mehrlagige Hartmetallbeschichtug//
Technisches Zentralblatt für practische Metallbearbeitung. – 1974. – Bd. 68. – N 6. – S. 199 – 200
8. Верещака А.С., Аникеев А.И., Дачева А.В. Повышение эффективности резания труднообраба-
тываемых материалов с применением инструмента с наноструктурированным износостойким
покрытием // Технология машиностроения, 2010. – № 3. – С. 17–22.
Поступила 06.06.11
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-63283 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2223-3938 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T04:27:33Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Ласуков, А.А. 2014-05-31T09:17:13Z 2014-05-31T09:17:13Z 2011 Напряжения в режущей части имплантированного инструмента / А.А. Ласуков // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2011. — Вип. 14. — С. 460-463. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 2223-3938 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63283 621.9.1.011:621.941.025 Рассматривается изменение напряженно-деформированного состояния в режущем клине инструмента при обработке резанием, вызванное модификацией поверхностного слоя передней поверхности инструмента за счет ионной имплантации. Ионная имплантация, влияя на характеристики процесса резания, повышает работоспособность инструмента. Розглядається зміна пружно-деформованого стану в ріжучому клині інструменту при обробці різанням, викликана модифікацією поверхневого шару передньої поверхні інструменту за рахунок іонної імплантації. Іонна імплантація, впливаючи на характеристики процесу різання, підвищує працездатність інструменту. The given article considers the changes in the cutting wedge deformation mode while machining caused by ion implantation of surface layer of the face of tool. The last influences the machining process characteristics, improving the tool functionality. ru Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности Напряжения в режущей части имплантированного инструмента Article published earlier |
| spellingShingle | Напряжения в режущей части имплантированного инструмента Ласуков, А.А. Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности |
| title | Напряжения в режущей части имплантированного инструмента |
| title_full | Напряжения в режущей части имплантированного инструмента |
| title_fullStr | Напряжения в режущей части имплантированного инструмента |
| title_full_unstemmed | Напряжения в режущей части имплантированного инструмента |
| title_short | Напряжения в режущей части имплантированного инструмента |
| title_sort | напряжения в режущей части имплантированного инструмента |
| topic | Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности |
| topic_facet | Техника и технология производства твердых сплавов и их применение в инструменте для различных отраслей промышленности |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/63283 |
| work_keys_str_mv | AT lasukovaa naprâženiâvrežuŝeičastiimplantirovannogoinstrumenta |