Исследование обрабатываемости стали 75ХГФС

Аннотация

Рассмотрен характер износа многогранных неперетачиваемых твердосплавных пластин при точении экспериментальной высокоуглеродистой легированной стали 75ХГФС. Даны рекомендации по выбору формы пластин, углов режущей части и виду износостойких покрытий задних и передней поверхностей.

Полный текст

В технологической лаборатории Университета машиностроения, по заданию ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П.Бардина», проводилось исследование обрабатываемости экспериментальной высокоуглеродистой легированной стали для подшипниковой промышленности (сталь 75ХГФС). На начальном этапе исследований необходимо было установить требования к форме и геометрическим параметрам МНТП, применяемых для точения. Для испытаний были поставлены прутки экспериментальной стали (таблица 1). Таблица 1 Химический состав прутков стали 75ХГСФ Ø прутка, мм Изготовитель Содержание элементов, масс. % C Si Mn Cr V P S [O]* Требования Протокола №1 от 08.06.2011 0,75 … 0,80 0,50 … 0,70 1,10 … 1,30 0,45 … 0,80 0,07 … 0,15 ≤ 0,025 ≤ 0,020 ≤ 0,0015 40 ЦНИИчермет 0,79 0,64 1,22 0,76 0,12 0,015 0,005 0,0016 … 0,0017 23 ЦНИИчермет 0,71 0,63 1,24 0,66 0,08 0,010 0,009 Контроль химического состава выполнило ОАО «Лоза»; * - контроль выполнил ЦНИИчермет Для экспериментов выбраны наиболее распространенные в отечественной подшипниковой промышленности пластины из металлокерамического сплава системы CoroTurn 107- ССМТ-UM-09T308 (ромб с углом при вершине 80˚, главный задний угол 7˚, вспомогательный угол в плане 7˚) фирмы Sandvik Coromant, Швеция. На задние поверхности МНТП было нанесено покрытие (TiCN) методом MT-CVD (среднетемпературное химическое покрытие). На переднюю поверхность было нанесено покрытие типа TiCN-Al2O3-TiN методом Low stress coating (MT-CVD – метод с последующей полировкой передней поверхности). Для чистовой и получистовой токарной обработки характерны: · относительно высокие скорости резания (по рекомендациям фирмы Sandvik Coromant, при получистовом и чистовом точении углеродистых хромомарганцевых сталей скорости резания лежат в интервале 80 … 300 м/мин; · относительно узкий диапазон глубин резания подач (исследования обрабатываемости среднеуглеродистых хромомарганцевых сталей Ташлинским Н.И., Подураевым В.Н., Баранчиковым В.И., Гуревичем Я.Л. и другими показали, что эти технологические параметры лежат соответственно в интервалах 0,1 … 0,3 мм и 0,05 … 0,3 мм/об). С учетом диаметров образцов и характеристик токарного станка для исследований выбраны следующие технологические режимы обработки (таблица 2). Таблица 2 Режимы лезвийной обработки Параметр Скорость резания, м/мин Подача на оборот, мм/об Глубина резания, мм min 78,5 0,07 0,1 max 251,2 0,28 0,25 Определение характера износа режущей части инструмента проводилось с помощью классического однофакторного эксперимента на предельных режимах (таблица 2). Через каждые 0,35 м осуществлялась цифровое фотографирование передней и задних поверхностей режущей пластины с одновременным замером шероховатости обработанной поверхности на профилограф - профилометре Калибр 201 . Цифровая фотография поверхностей пластины проводилась на бинокулярном микроскопе МБС-9 (при увеличении х2; х4; х7) с помощью цифровой камеры – окуляра для микроскопа Levenhuk серия С. Для определения реального масштаба одновременно фотографировался объект – микрометр (стеклянная шкала 1 мм, цена деления 0,01 мм). Экспериментальные исследования показали, что характер износа режущей части имеет ряд особенностей. · На передней поверхности, в районе вершины резца в период приработки (0,1 … 0,2 м длины резания) происходит износ фаски и на поверхности появляется характерная светлая полоса (рисунок 1а). Эта полоска остается на протяжении всего времени работы резца, не развиваясь в лунку. До длины резания 2,3 … 2,5 м износ по передней поверхности выражается в небольшом округлении главной режущей кромки. · На длине резания 2,5 … 6,0 м интенсивность износа несколько возрастает. Износ выражается в появлении лунки износа, которая перемещается как в сторону вершины резца, так в противоположном направлении (рисунки 1б, 1г). При длине резания 6 м интенсивность износа еще более возрастает. При этом начинается выкрашивание по вершине резца (рисунок 1в). Однако величина износа по передней поверхности незначительна (рисунок 2). Рисунок 1 – Износ резца по передней поверхности: а – путь резания 0,2 м; б – путь резания 4,9 м; в – путь резания 7,0 м; г - изолинии износа по передней поверхности; 1 – вспомогательная режущая кромка; 2, 3 – изолинии износа (путь резания 7,0 … 2,45 м); 4 – главная режущая кромка Картина износа по главной задней поверхности неоднозначна. На этой поверхности наблюдается 3 вида износа: абразивный износ покрытия 3 (рисунок 3), адгезионное выкрашивание в районе вершины 2 и адгезионный износ 4 в зоне стертого покрытия. Рисунок 2 – Износ МНТП по передней поверхности: сталь 75ХГСФ; скорость резания 251,2 м/мин; подача 0,28 мм/об; глубина резания 0,25 мм Рисунок 3 – Износ по главной задней поверхности: а – длина резания 1,05 м; б – 3,15 м; в – 5,25 м; 1 – главная режущая кромка; 2 – адгезионное выкрашивание в области вершины; 3 – абразивный износ покрытия; 4 – адгезионный износ Рисунок 4 – Абразивный износ покрытия по главной задней поверхности: а – путь резания 0,1 м; б – 2,45 м; в – 5,25 м; г – изолинии абразивного износа покрытия (путь резания 0,1 … 7,0 м); 1 – главная режущая кромка; 2 – пятна износа покрытия; 3 –пятно абразивного износа покрытия; 4 адгезионный износ в зоне стертого покрытия Наличие абразивного износа покрытия (рисунок 4) объясняется большим количеством карбидов в экспериментальной стали, что приводит к высокому истирающему эффекту (аналогичную картину износа можно наблюдать при точении углеродистых инструментальных сталей У8 … У12). На начальном этапе (обработка ~ 0,1 … 0,3 м) появляются пятна 2 (рисунок 4а) износа покрытия пластинки. При дальнейшей обработке (с 0,3 м до 5,6…6,3 м) эти пятна сливаются в единое пятно (рисунки 4б, 4в), которое растет с небольшой интенсивностью. Начиная с 2,8… 4,55 м обнажается сердцевина режущей пластинки, и абразивный износ покрытия переходит в адгезионный износ материала режущей пластинки (рисунок 4г). Примерно с 6 м интенсивность износа резко возрастает. Одновременно с абразивным износом покрытия протекает адгезионный износ вблизи вершины резца (рисунок 5а). В начальный период резания в районе вершины резца, на главной задней поверхности появляется светлая фаска 4 (рисунок 5б). Во время резания эта фаска развивается (на фотографии хорошо видны следы выкрашивания материала режущей пластинки), приводя к катастрофическому износу (изолиния 3). в Рисунок 5 – Адгезионный износ по главной задней поверхности вблизи вершины резца: а – путь резания 0,1 м; б – 2,45 м; в –изолинии адгезионного износа; 1 – главная режущая кромка; 2… 4 – изолинии площадки износа (0,1 … 7,0 м) Наличие износа вспомогательной задней поверхности (рисунок 6) определяется упругим восстановлением обработанной поверхности. Рисунок 6 – Износ на вспомогательной задней поверхности: а – путь резания 4,55 м; б – 5,6 м; в – 5,95 м; 1 – передняя поверхность; 2 – главная задняя поверхность; 3 – вершина; 4 – лунка износа; 5 - вспомогательная задняя поверхность Внешний вид лунки износа по вспомогательной задней поверхности говорит о повышенном адгезионном износе. При этом по мере развития лунки трение увеличивается и она увеличивается как по высоте, так и по ширине. Проведенные исследования позволяют сформулировать следующие выводы: · новая подшипниковая сталь, с точки зрения обработки лезвийным инструментом, сочетает в себе свойства высокоуглеродистых и пружинных сталей, т.е. относится к труднообрабатываемым; · для лезвийной обработки необходимо выбирать пластины с увеличенным главным задним углом и вспомогательным углом в плане: DCMX-WF; DCMT-MF; TCMX-WF; TCMT-MF по классификации Sandvik Coromant или CDMT, сплав ТР20АМ – ОАО «КЗТС»; · покрытие TiCN-Al2O3-TiN передней поверхности методом Low stress coating позволяет вести высокопроизводительное получистовое и чистовое точение; · покрытие TiCN задних поверхностей методом MT-CVD не дает требуемой износостойкости пластины; · для обеспечения высокой стойкости пластины необходимо применение износостойких мультислойных PVD покрытий задних поверхностей.