Підвищення стійкості метало- і дереворізального інструменту нанесенням електроіскрових покрить

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний лісотехнічний університет України, м. Львів, Україна

Підвищення стійкості метало- і дереворізального інструменту нанесенням електроіскрових покрить

І.М. Гончар,

Проаналізовано характеристики матеріалів, що використовують для виготовлення різального інструменту. Встановлено, що важливою характеристикою для інструментальних сталей є їх прогартовуваність. Але якщо робоча температура в зоні контакту інструмент-деталь перевищує температуру відпуску, то твердість інструменту понижується через розпад мартенситу та укрупнення частинок карбідної фази, і інструмент буде затуплюватись. Тому важливою прикладною задачею підвищення стійкості різального інструменту є поверхневе зміцнення леза. Проведено дослідження щодо поверхневого зміцнення метало- і дереворізального інструменту з використанням нових комбінованих електродів для нанесення електроіскрового покриття (ЕІП) методом електроіскрового легування (ЕІЛ). У розроблених комбінованих електродах використано відомі тверді сплави ТК, ВК, порошковий дріт ПД 80Х 20Р 3Т з додаванням до них компоненту "К". Виконано експериментальні дослідження процесу свердління зразків із сталі 40Х, загартованої до твердості HRC 38-40. За інструмент взято свердла марки HSS (аналог швидкорізальна легована сталь Р 6М 5) швейцарської фірми IRWIN. Свердління здійснено цими свердлами незміцненими, зміцненими твердими сплавами ТК і ВК, порошковим дротом ПД 80Х 20Р 3Т, а також порошковим дротом ПД 80Х 20Р 3Т з додаванням до них компоненту "К". Встановлено, що стійкість свердел, зміцнених порошковим дротом ПД 80Х 20Р 3Т+"К", порівняно зі серійним незміцненим збільшилась майже у 7 разів. Проведено також поверхневе зміцнення ЕІЛ зубців стрічкової пилки із сталі D6A (аналог 50ХГФМА) для пиляння деревинних матеріалів, з використанням електроду Т 15К 6+"К". Порівняльні дослідження проведено під час розпилювання деревини ясеня. За результатами досліджень встановлено, що ресурс роботи стрічкової пилки, зміцненої ЕІЛ, збільшився у 2 рази порівняно з незміцненими пилками. На підставі отриманих результатів можна стверджувати, що внаслідок зміни структури поверхневого шару металу підвищується його твердість, а завдяки високій іонізації міжелектродного простору - виникають сприятливі умови для перебігу реакцій, які зумовлюють зміну його хімічного складу. Однак для пояснення механізму процесу зміцнення наведені твердження потребують детальних металографічних досліджень.

Ключові слова: покриття електроіскрове; легування електроіскрове; свердло; пилка стрічкова; електрод; сплав твердий; дріт порошковий; стійкість; зміцнення поверхневе.

В.М. Голубец, И.М. Гончар, Ю.С. Шпуляр

Национальный лесотехнический университет Украины, г. Львов, Украина

ПОВЫШЕНИЕ СТОЙКОСТИ МЕТАЛЛО- И ДЕРЕВОРЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА НАНЕСЕНИЕМ ЭЛЕКТРОИСКРОВЫХ ПОКРЫТИЙ

Проанализированы характеристики материалов, используемых для изготовления режущего инструмента. Установлено, что важной характеристикой для инструментальных сталей является их прокаливаемость. Но если рабочая температура в зоне контакта инструмент-деталь превышает температуру отпуска, то твердость инструмента снижается в связи с распадом мартенсита, а также укрупнением частиц карбидной фазы, и инструмент будет затупляться. Поэтому важной прикладной задачей повышения стойкости режущего инструмента является поверхностное упрочнение режущего лезвия. Проведены исследования поверхностного упрочнения металло- и дереворежущего инструмента с использованием новых комбинированных электродов для нанесения электроискрового покрытия (ЭИП) методом электроискрового легирования (ЭИЛ). В разработанных комбинированных электродах использовались известные твердые сплавы ТК, ВК, порошковая проволока ПД 80Х 20Р 3Т с добавлением к ним компонента "К". Проведены экспериментальные исследованы процесса сверления образцов из стали 40Х закаленной до твердости HRC 38-40. В качестве инструмента принимали сверла марки HSS (аналог быстрорежущая легированная сталь Р 6М 5) швейцарской фирмы IRWIN. Сверление осуществлено указанными сверлами неупрочненными, упрочненными твердыми сплавами ТК и ВК, порошковой проволокой ПД 80Х 20Р 3Т, а также порошковой проволокой ПД 80Х 20Р 3Т с добавлением компонента "К". Установлено, что стойкость сверл, упрочненных порошковой проволокой ПД 80Х 20Р 3Т+"К", по сравнению с серийными неупрочненными увеличилась почти в семь раз. Проведено также поверхностное упрочнение ЭИЛ зубцов ленточной пилы из стали D6A (аналог 50ХГФМА) для пиления древесных материалов, с использованием электрода Т 15К 6+"К". Сравнительные исследования проведены при распиловке древесины ясеня. По результатам исследований установлено, что ресурс работы ленточной пилы, упрочненной ЭИЛ, увеличился в 2 раза по сравнению с неупрочненными пилами. На основании полученных результатов можно утверждать, что за счет изменения структуры поверхностного слоя металла повышается его твердость, а благодаря высокой ионизации межэлектродного пространства - возникают благоприятные условия для протекания реакций, которые изменяют его химический состав. Однако для объяснения механизма процесса упрочнения приведенные утверждения требуют детальных металлографических исследований. різальний електрод зміцнення

Ключевые слова: покрытие электроискровое; легирование электроискровое; сверло; пила ленточная; электрод; сплав твердый; проволока порошковая; стойкость; упрочнение поверхностное.

V. M. Golubets, I. M. Honchar, Yu. S. Shpulyar

INCREASE OF RESISTANCE OF METAL AND WOODCUTTING TOOLS WITH APPLYING OF ELECTROSPARKING COATING

Keywords: electrosparking coating; electrosparking doping; drill; band saw; electrode; solid alloy; flux-cored wire; resistance; surface hardening.

Вступ

Основною вимогою до сталей, що використовують для виготовлення різального інструменту, є високі значення твердості, зносостійкості, теплостійкості, міцності та в'язкості. Зазначені характеристики взаємозв'язані між собою. Так, із збільшенням твердості сталі, яка залежить від термооброблення, збільшується зносостійкість. Міцністні характеристики інструменту зумовлені механічними, фізико-хімічними, режимними, тепловими та іншими процесами, що відбуваються в зоні контакту з оброблювальним виробом під час різання. Важливою характеристикою для інструментальних сталей є їх прогартовуваність (здатність гартуватися на певну глибину). У процесі роботи різального інструменту працює дуже тонка смужка металу - лезо, яке залежно від питомого навантаження і швидкості різання нагрівається. Якщо робоча температура в зоні контакту перевищує температуру відпуску, твердість інструменту буде понижуватися через розпад мартенситу й укрупнення частинок карбідної фази, а інструмент буде затуплюватись. Тому для підвищення стійкості різального леза інструменту проти зношування потрібна висока твердість, що перевищує твердість оброблюваного матеріалу, а у разі поверхневого зміцнення шару металу необхідна і висока адгезія.

У табл. 1 подано приклади деяких груп інструментальних сталей і твердих сплавів з даними про їх характеристики і можливість виготовлення конкретних інструментів або оброблення матеріалів (Diachenko, et al., 2007; Kiryk, 1999; Guliaev, 1977).

Виклад основного матеріалу дослідження. Важливою прикладною задачею підвищення стійкості різального інструменту є поверхневе зміцнення леза (різальної крайки). Широкого розповсюдження у промисловості набула технологія електроіскрового легування (ЕІЛ), завдяки переносу на зміцнювану поверхню різальної крайки будь-яких струмопровідних інструментів, високій міцності та адгезії зміцненого поверхневого шару з основою металу інструменту, локальному нанесенні електроіскрового покриття (ЕІП) без помітної деформації інструменту, відсутності нагрівання різальної частини, низької енергоємності. Важливим у використанні ЕІЛ є розроблення й освоєння нових електродних матеріалів, у разі яких застосовують переважно тверді сплави групи ТК і ВК, графіт, а в окремих випадках хром, білий чавун та ін. Відновлення розмірів інструменту здійснюють також ЕІЛ в основному електродами з матеріалу, близького за фізико-механічними властивостями до матеріалу інструменту.

Завдання цієї роботи полягало в тому, щоб перевірити ефективність використання для поверхневого зміцнення метало- і дереворізального інструменту нового комбінованого електроду для нанесення ЕІП методом ЕІЛ. У розроблених комбінованих електродах використовували відомі тверді сплави ТК, ВК, порошковий дріт ПД 80Х 20Р 3Т з додаванням до них компонента "К" (автори залишають за собою право не подавати дані про компонент "К" у зв'язку з підготовкою заявки на отримання охоронного документу). Діаметр електродів дорівнював 6 мм, довжина - 30 мм.

Дослідження проводили на установці для ЕІЛ "Еліт- рон-20" виробництва дослідного заводу ІПФ АН Молдови, яка складається з генератора і ручного вібратора, на дев'ятому режимі легування (режим ємності - 3, режим напруги - 3, ємність батареї накопичення конденсаторів 630 мкФ, амплітуда імпульсів напруги накопичувальних конденсаторах 58 В, робочий струм 9 А, частота імпульсів 100 Гц).

Процес електроіскрового легування базується на використанні явищ, що супроводжують раптове вивільнення електричної енергії, і характеризується високою температурою каналу іскри та іонізацією міжелектродного простору. У зв'язку з тим, що при цьому процесі протікають короткі за часом імпульси електричного струму тривалістю від 10-3 до 10-5 с, відвід тепла на електродах від місця розряду до оброблюваної поверхні не забезпечується теплопровідністю металу. Тому малі об'єми поверхневих шарів металу піддаються різким перепадам температури - від температури кипіння металу в електродах до температури в декілька десятків градусів (Ivanov, 1961).

Проведено модельний експеримент процесу свердління зразків розміром 112*32x11 мм із сталі 40Х, загартованої до твердості HRC 38-40. За інструмент брали свердла марки HSS (аналог швидкорізальна легована сталь Р 6М 5) діаметром 8,0 мм з кутом загострення 118° швейцарської фірми IRWIN. ЕІЛ здійснювали зазначеним свердлом незміцненим, зміцненим твердими сплавами ТК і ВК, порошковим дротом ПД 80Х 20Р 3Т, а також порошковим дротом ПД 80Х 20Р 3Т з додаванням до них компоненту "К". Результати досліджень наведено в табл. 2.

Встановлено, що стійкість свердла, зміцненого порошковим дротом ПД 80Х 20Р 3Т+"К", порівняно зі серійним незміцненим збільшилося майже у 7 разів. Заслуговує на увагу ЕІЛ свердел твердим сплавом Т 15К 6+"К", внаслідок чого стійкість зміцненого свердла збільшилась порівняно із серійним більш як у 3 рази (Lazarenko, 1976; Samsonov, et al., 1976).

Проведено також поверхневе зміцнення ЕІЛ зубців стрічкової пилки, виготовленої в "Техноліс ПП" (м. Львів) із сталі D6A (аналог 50ХГФМА) для пиляння деревинних матеріалів, з використанням електроду Т 15К 6+"К". Дослідно-промислову перевірку зміцнених пилок проводили на фірмі "Агробуд" (с. Давидів Пустомитівського р-ну Львівської обл.) на пилорамі ВСГ 1000. Порівняльні дослідження з незміцненими пилками проводили під час розпилювання ясеня (напівзамороженого, поверхня крита болотом і піском, трапляється каміння). Натяг пилки становив 220 кг/см 2, хід пилки - плавно регульований від 0 до 20 м/хв, швидкість руху пилки - 40 м/с. За результатами досліджень встановлено, що ресурс роботи стрічкової пилки, зміцненої ЕІЛ, становив 39 порізок. Ресурс пилки з незміцненими зубами - 19 порізів. Це свідчить про збільшення стійкості пилки у 2 рази.

Висновок

На підставі отриманих результатів досліджень щодо підвищення стійкості інструменту після ЕІЛ можна стверджувати, що внаслідок зміни структури поверхневого шару металу підвищується твердість металічних поверхонь, а завдяки високій іонізації міжелектродного простору - створення сприятливих умов для перебігу на металічній поверхні хімічних реакцій, які зумовлюють зміну складу поверхневих шарів металу. Під час ЕІЛ у повітряному середовищі в поверхневих шарах металу завжди є зв'язані азот і кисень. Окрім цього, під впливом електричного поля та електродинамічних сил, що виникають, об'єм металу розм'якшується і переноситься з аноду (електроду) на катод (виріб). Тому фізико-механічні властивості шару ЕІП здебільшого можуть бути близькими до властивостей матеріалу анода (Lazarenko, 1976; Samsonov, et al., 1976). Однак для пояснення механізму процесу зміцнення наведені твердження потребують детальних металографічних досліджень.

Стосовно практичних рекомендацій, можна переконливо стверджувати про можливість впровадження технології ЕІЛ за розробленими режимами у виробництво.

Перелік використаних джерел

1. Diachenko, S. S. (Ed.), Doshchechkina, I. V., Movlian, A. O., & Ples- hakov, E. I. (2007). Materialoznavstvo. Kharkiv: KhNADU. 440 p. [in Ukrainian].

2. Guliaev, A. P. (1977). Metallovedenie. (5th ed.). Moscow: Metallur- giia. 648 p. [in Russian].

3. Ivanov, G. P. (1961). Tekhnologiia elektroiskrovogo uprochneniia instrumentov i detalei mashin. Moscow: Mashgiz. 302 p. [in Russian].

4. Kiryk, M. D. (1999). Instrument dlia obroblennia derevyny ta de- revnykh materialiv. Lviv: Kolomyia. 190 p. [in Ukrainian]. Lazarenko, N. I. (1976). Elektoiskrovoe legirovanie melallicheskikh poverkhnostei. Moscow: Mashinostroenie. 45 p. [in Russian]. Samsonov, G. V., et al. (1976). Elektroiskrovoe legirovanie metallic- heskikh poverkhnostei. Kyiv: Naukova dumka. 219 p. [in Russian].

Размещено на Allbest.ru