ИССЛЕДОВАНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ ТИТАНОВЫХ И ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СПЛАВОВ. СУХОЕ И ГРАНИЧНОЕ ТРЕНИЕ

Полный текст

ВВЕДЕНИЕ В настоящее время в современном производстве наблюдается устойчивая тенденция, направленная на усложнение промышленных изделий и использование материалов, вызывающих определенные сложности при механической обработке. Также возрастают скорости обработки деталей, из-за которых наблюдается повышенный износ инструмента, высокие температуры в зоне резания. Высокие температуры в зоне резания могут привести к структурнофазовому превращению материала заготовки, что повлияет на прочностное характеристики изделия. Силы резания, в совокупности с температурой являются управляющим фактором, от которого зависят не только остаточные напряжения, возникающие в поверхностном слое изделия. В свою очередь качество поверхностного слоя изделия зависят не только от остаточных напряжений, но и от геометрических параметров, которые склонны к ухудшению в результате износа режущего инструмента [1]. В авиационной и космической отраслях широко используются титановые сплавы, которые, как известно, являются труднообрабатываемыми [1]. А это значит, что процесс механической обработки титановых сплавов требует углубленного исследования. Тепло, которое образуется в зоне резания, частично вызвано трением инструмента о заготовку и о стружку [1, 2]. Коэффициент трения пары инструмент-заготовка и входит в перечень важных данных, необходимых для вычисления температурных полей, сил в зоне резания, остаточных напряжений или износа режущего инструмента по разработанным методикам (например, методики [3, 4, 5, 6]). В статье предложены результаты обработки проведенного натурного эксперимента по определению коэффициента трения между титановыми сплавами и твердым сплавом в условиях подачи СОЖ и без нее. ПЛАНИРОВАНИЕ И ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА Эксперимент был проведен на автоматическом трибометрическом комплексе CSM Instruments TRB. Установка позволяет варьировать относительной скоростью движения тел пары трения, а также усилием их прижатия друг к другу. Трибометр проводит испытания по стандарту ASTM G99 “Standard Test Method for wear Testing with a Pin-on-Disk Apparatus”. Схема измерений приведена на рис. 1, где образец 1 - шар, выполненный из материала ВК8, прижатый с усилием F (Н) к образцу 2, изготовленному в виде диска, выполненного из титанового сплава ВТ6/ВТ9/ОТ4 вращающемуся с частотой n (мин-1). В случае граничного трения, в систему подается СОЖ Blasocut 4000 CF (концентрация 10 %, которая часто используется в случаях фрезерования титановых сплавов). Скорость V (м/мин) рассчитывалась следующим образом: где D - диаметр трения. Диаметр твердосплавного шара составлял 12 мм, а образцов, выполненных из титанового сплава - 30 мм, что было обусловлено местом крепления дисков в испытательной установке. Значения фактической шероховатости продемонстрированы в таблице 1. Таблица 1. Шероховатость образцов Так, как экспериментальная установка позволяет варьировать две величины в ходе эксперимента, была использована матрица планирования полнофакторного эксперимента с двумя переменными и отражена в таблице 2. Таблица 2. Матрица планирования двухфакторного эксперимента Ниже представлены таблицы (табл. 3, 4), где указаны величины силы прижатия P и скорости относительного движения , которые были применены в опытах. Также стоит отметить, что эти величины были выбраны исходя из рабочих диапазонов управляющих параметров экспериментальной установки. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА И ВЫВОДЫ В ходе проведения эксперимента было отмечено, что за счет высокой адгезии СОЖ с образцами происходило налипание микростружки на беговых дорожках образца, что способствовало росту коэффициента трения. Образцы после испытаний представлены на рисунке 2. Рис. 2. Образец после испытаний и с использованием СОЖ. Общий вид (слева) и вид сверху (справа) Полученные результаты опытов были обработаны. Данные были подвержены проверке точности проведения опытов, проверке нуль-гипотезы, проверке адекватности модели и т.д. В итоге были получены эмпирические зависимости, позволяющие получать величины коэффициента трения в зависимости от скорости движения, усилия прижатия и наличия СОЖ в зоне трения. Ознакомиться с ними возможно в таблице 5. Полученные зависимости получены чётко по результатам эксперимента. Их рекомендуется использовать при расчетах по компьютерным математическим моделям величин остаточных напряжений, получаемых в поверхностном слое изделия при механической обработке, температурных полей и сил, возникающих в зоне резания. Рис. 1. Схема проведения измерений Таблица 3. План эксперимента с числовыми значениями варьируемых параметров Таблица 4. Матрица плана с числовыми значениями варьируемых параметров Таблица 5. Эмпирические зависимости

Об авторах

Дмитрий Викторович Евдокимов

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва

аспирант

Максим Андреевич Олейник

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва

Email: oleynik1997@mail.ru
магистр

Список литературы

Дополнительные файлы