Введение 6
1. Анализ материалов, применяемых для металлорежущего инструмента, методов их изготовления и упрочнения 9
1.1 Назначение и методы изготовления металлорежущих инструментов .. 9
1.2 Материалы, применяемые для изготовления режущих инструментов и
требования, предъявляемые к ним 16
1.4 Методы контроля после упрочнения инструментальных сталей 43
1.5 Патентный поиск 48
2. Материалы исследования 51
2.1 Методы исследования инструментальных материалов 64
2.2 Определение стойкости металлорежущего инструмента 65
3. Исследование материалов, применяемых для изготовления режущего
инструмента «Протяжка» и «Фреза червячная» 69
3.1 Исследование химического состава материалов, применяемых для изготовления режущего инструмента 69
3.2. Исследование твердости состава материалов, применяемых для изготовления режущего инструмента 71
3.3 Исследование микроструктуры состава материалов, применяемых для
изготовления режущего инструмента 73
3.4 Исследование стойкости инструмента из различных материалов при
обработке деталей 79
4. Анализ экспериментальных исследований материалов и технологий их
упрочнения для режущего инструмента 82
5. Расчет экономической эффективности режущего инструмента 98
Заключение 100
Список использованной литературы 102
Актуальность работы. Повышение работоспособности режущего инструмента является важнейшим резервом интенсификации процесса резания и роста эффективности механообрабатывающего производства. Режущий инструмент является особым объектом механической обработки, от которого в первую очередь зависит работоспособность технологической системы в целом. Роль режущего инструмента важна на операциях механической обработки, в особенности, характеризующихся повышенными теплосиловыми нагрузками - при высокоскоростном резании, при обработке деталей из коррозионностойких, закаленных, жаропрочных сталей и сплавов, а также различных композиционных материалов.
В настоящее время отсутствуют универсальные инструментальные материалы, которые смогли бы обеспечить высокую работоспособность режущего инструмента при разнообразном характере условий его эксплуатации. Область применения современных инструментальных материалов определяется их физико-механическими свойствами - например, быстрорежущие стали характеризуются высокими прочностными свойствами, но имеют сравнительно невысокую твердость и теплостойкость, а режущая керамика, напротив, имеет высокие значения твердости и теплостойкости, но обладает низкими прочностными свойствами.
Работоспособность режущего инструмента во многом определяется свойствами его контактных площадок. Следовательно, повышение износостойкости контактных площадок режущего инструмента, изготовленных из традиционных инструментальных материалов, является эффективным направлением роста его работоспособности. Повышение износостойкости контактных площадок режущего инструмента может быть обеспечено применением различных методов поверхностной упрочняющей обработки (химико-термической, деформационной, нанесением износостойких покрытий, модификацией свойств поверхностного слоя инструмента и другими способами).
Однако, в настоящее время не существует универсальных методов выбора материала и технологий их упрочнения для металлорежущего инструмента. Следовательно, сравнительный анализ материалов, применяемых для различного металлорежущего инструмента, и технологий их упрочнения является актуальной задачей.
Цель работы и задачи исследования. Целью работы является сравнительный анализ материалов, применяемых для различного металлорежущего инструмента, и технологий их упрочнения с целью выбора материалов и технологий их упрочнения для определенного вида инструмента.
Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:
- провести анализ существующих методов изготовления и упрочнения металлорежущих инструментов;
- выбрать материалы и методы их исследования;
- исследовать влияния режимов термической обработки на структурообразование и свойства инструментальных сталей;
- провести анализ экспериментальных исследований в области материалов и технологий их упрочнения для режущего инструмента.
Объект исследования. Объектами исследования являются режущие инструменты: «Протяжка» и «Фреза червячная».
Предмет исследования. Легированные инструментальные стали; быстрорежущие стали; стали, изготовленные методом порошковой металлургии.
Методы исследования. В работе использованы методы планирования эксперимента и статистического анализа для обработки экспериментальных данных. Для анализа химического состава и распределения элементов, определения физических, механических, литейных свойств чугунов и сталей опытных и промышленных плавок использовали современную аппаратуру и специальное оборудование, имеющееся на ОАО «КАМАЗ» (г. Набережные Челны), Набережночелнинском институте (филиале) КФУ.
Публикации. По материалам работы опубликовано 5 работ в трудах всероссийских и международных конференций, и других научных мероприятий.
На основании аналитического обзора публикаций, патентных исследований проведен анализ различных материалов и способов упрочнения металлорежущих инструментов. В ходе исследования различных образцов материалов, используемых для изготовления режущего инструмента, упрочненных различными методами (Р6М5, Р6М5К5, ХВГ, ASP2030, ASP2052.) выявлено, что:
Химический состав всех материалов соответствует удовлетворяет требованиям чертежа.
Твердость поверхности образцов также удовлетворяют требованиям чертежа.
При микроструктурном исследовании стали Р6М5 выявлено, что: величина аустенитного зерна № 9 ГОСТ 5639-82, что не соответствует для прутков диаметром до 50 мм.
Карбидная неоднородность - балл 5Б шкала 2 ГОСТ 19265-73 в виде выраженной разорванной сетки со скоплениями Карбидная неоднородность 5-го балла не допускается требованиями ГОСТ 19265-73 для прутков диаметром св. 20 мм. Скопления «угловатых карбидов»
Структура стали ХВГ - мартенсит отпуска, весьма мелкоигольчатый (рисунок 3.3.2). На фоне мартенсита наблюдаются округлые включения карбидов. Такая структура обеспечивает твёрдость стали HRC 62 - 65 и хорошую износостойкость инструмента.
Микроструктура стали ASP2030 состоит из отпущенного мартенсита, содержащего МС-карбиды и M6С-карбиды, равномерно распределенные в мартенсите. Что так же, соответствует требованиям КД
Карбидная неоднородность стали Р6М5К5, величина действительного зерна аустенита соответствует требованиям ГОСТ 19265-73. В центральной части поперечного микрошлифа в микроструктуре наблюдаются участки со скоплениями карбидов.
Микроструктура стали ASP2052 - мартенсит весьма мелкоигольчатый 2 балла, в скоплениях карбидных участков - наблюдается коагуляция и укрупнение вторичных карбидов, что свидетельствует о завышенной температуре третьего отпуска.
При исследовании инструментов из различных материалов на стойкость выявлено: наилучшей стойкостью и для протяжки, и для фрезы являются порошковые стали ASP 2030 (500 деталей) и ASP 2052 (850 деталей).
На основе сравнительного анализа материалов выявлено:
Удельная прочность материалов для протяжки и фрезы в диапазоне 2900-4400 МПа, кроме твердого спеченного сплава ВК6-ОМ - 1266 МПа. При учете плотности материала, удельная прочность и для протяжки, и для фрезы выше для порошковых сталей ASP.
Удельная стоимость теплостойкости для протяжки, так же ниже стали марки ХВГ, но удельная прочность выше порошковой стали ASP. Для червячной фрезы ниже твердого сплава ВК6-ОМ, но выше по удельной стоимости прочности.
Температура термообработки для сталей ХВГ и твердого сплава ВК8 ниже, но они уступают по удельной прочности сталям, изготовленных методом порошковой металлургии ASP 2030 и ASP 2052.
Установлено, что при базовом материале протяжки Р6М5, коэффициенты стойкости (Кст) и эффективности (Кэф) испытанных материалов выше 1, что свидетельствует о прогрессивном испытании. коэффициенты эффективности стали ХВГ - 1,18, ASP2030 - 1,86. следовательно, сплав ASP2030 наиболее приемлем для инструмента Протяжка.
При базовом материале Фрезы червячной Р6М5К5, коэффициент стойкости ВК6-ОМ выше чем, ASP2052, но коэффициент эффективности ниже (ВК6-ОМ - 0,86, ASP2052 - 1,25). Следовательно, наиболее приемлемым материалом для инструмента фреза червячная является сталь, изготовленная методом порошковой металлургии ASP2052.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
