Анализ технологической операции изготовления вала эксцентрикового АК – 60.131.00.001

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 Научно-исследовательская часть

 

Износостойкие покрытия на основе нитрида титана, легированного  железом и алюминием для режущих  пластин

 

В данном курсовом проекте рассматривается деталь – вал эксцентриковый, изготавливающийся из стали 38ХА, которая является довольно прочным материалом. Обрабатывают его инструментом с износостойкими покрытиями на пластинах. Наиболее полно анализируется применение износостойких покрытий на основе нитрида титана, легированного железом и алюминием, для режущих пластин в работе [  ].

Широкое использование эффективных  износостойких покрытий сложного состава  на основе титана, циркония, молибдена  и гафния сдерживается дефицитностью  и высокой стоимостью тугоплавных  компонентов покрытий, а также  сложностью технологического процесса их получения.

В связи с этим большой практический интерес представляет замена в покрытиях  на основе титана таких дефицитных металлов, как цирконий, гафний, молибден, широко распространенным железом и  алюминием.

Известно, что повышение стойкости  инструментов с покрытиями сложного состава обусловлено тем, что при легировании нитрида титана изменяются структура и механические свойства в частности микротвердость покрытия. Учитывая это, можно предположить, что легирование нитрида титана другими металлами, например железом или алюминием, приведет к аналогичным структурным изменениям материала покрытия  и, следовательно к повышению работоспособности режущего инструмента.

Для подтверждения высказанного предположения  провели исследования при токарной обработке заготовок из сталей 12Х18410Г и 38ХА инструментом, оснащенным пластинами из твердого сплава и быстрорежущей стали с  различными износостойкими покрытиями (из нитрида титана (TIN), из нитрида титана, легированного железом (Ti, Fe)N, алюминием (Ti, Al)N и  цирконием (Ti, Zr)N).

Об изменении структуры покрытий судили по изменением периода a кристаллической решетки, ширины b рентгеновской дифракционной линии и остаточных микронапряжений s_о.

Микротвердость Н_m покрытий измеряли с использованием индикатора Кнуппе при нагрузке 1Н.

Химический состав покрытий определяли на растровом электронном микроскопе РЭМ-200 с рентгеновским микроанализом. Структуру покрытий исследовали  на дифрактометре ДРОН-3.

Покрытия  толщиной 6±0,5 мкм наносим (на установке “Булат-3Т” при   постоянной температуре 500^оС) на сменные многогранные пластины из твердого сплава БК6 (размеры 4,76х12,7х12,7 мм; радиус сопряжения граней  
1 мм; g=-5^о; a=5^о; j=75^о; j₁=15^о) и на острозаточенные пластины из быстрорежущей стали Р6М5 (размеры 10х18х18 мм; g=10^о; a=8^о; g=l=0; j=45^о; j₁=15^о).

Стойкость инструмента оценивали  по пути L резания, пройденному до износа по задней поверхности hз=0,4 и 0,6 мм соответственно для твердосплавных и быстрорежущих  пластин (при использовании последних, в качестве СОЖ применяли 5%-ный раствор Укринола-1).

Некоторые результаты исследований свойств  покрытий, нанесенных на твердосплавную пластину, представлены ниже в таблице.

 

Покрытие	TiN	(Ti, Fe)N	(Ti, Zr)N	(Ti, Al)N
a, н×м	0,4247	0,4235	0,4274	0,4224
b, градус	0,45	1,25	0,9	0,6
sо, МПа	190±20	-750±110	-500±60	-840±220
Нm, гПа	26±2,5	31,4±2,5	41,5±2,5	40±2,5

 

Как видно, покрытия (Ti, Fe)N и (Ti, Al)N имеют  несколько меньший, чем у покрытия ТiN период. Для покрытия (Ti, Fe)N, как  и для покрытия (Ti, Zr)N, характерно увеличение ширины  b и, следовательно, повышение микротвердости по сравнению с микротвердостью покрытия TiN. Более высокая микротвердость покрытия (Ti, Al)N по сравнению с покрытием ТiN может быть объяснена наличием сильной химической связи между титаном и алюминием. Остальные макронапряжения s_о для покрытий (Ti, Fe)N и (Ti, Al)N являются снимающими, также как и для покрытия (Ti, Zr)N. Таким образом, покрытия (Ti, Fe)N и (Ti, Al)N по своим структурным параметрам и микротвердости практически не отличаются от покрытия (Ti, Zr)N.

Исследования стойкости режущих  инструментов с покрытием в зависимости  от скорости V резания показали следующее. При обработке заготовок из сталей  38ХА и 12Х18Н10Т (подача S=0,3 мин/об; глубина резания t=0,5 мм) покрытия (Ti, Fe)N и (Ti, Al)N более эффективны, чем покрытие TiN (см. Рисунок    (а) и (б)) (путь L резания для твердосплавных пластин с покрытием (Ti, Fe)N в 1,7-2 раза, а с покрытием (Тi, Al)N  - в 2,25 раза больше). При обработке заготовок из стали 38ХА на высоких скоростях резания эффективность покрытий (Ti, Al)N и (Ti, Zr)N примерно одинаковые. При обработке заготовок из стали 12Х18Х10Т наиболее эффективно покрытие (Ti, Al)N.

При обработке заготовок из стали 38ХА инструментом, оснащенным пластиной  из быстрорежущей стали Р6М5 (S=0,3 мм/об; t=1 мм), получены аналогичные результаты:  эффективность покрытий (Ti, Fe)N и (Ti, Al)N выше, чем эффективность покрытий TiN (путь L в среднем 2,75 раза больше), и они имеют примерно одинаковую эффективность с покрытием (Ti, Zr)N (Рисунок    (в)).

Следует отметить, что для инструментов с покрытиями (Ti, Al)N и  
(Ti, Zr)N  характерно смещение с эксремума зависимости l=f(v) в сторону больших скоростей резания.

Это, по-видимому, связано с большой  физико-химической пассивностью их материала  по отношению к обрабатываемому материалу. В то же время инструменты с более пластичными покрытиями ((Ti, Fe)N,  у которого Нm=31,4 гПа) лучше сопротивляются адизионно-усталостным процессам и имеют большую стойкость на малых скоростях резания, чем инструменты с покрытиями (Ti, Al)N и (Ti, Zr)N.

 

а)

		3
	1		4
			2

 

 

 

 б)

 

		3
1	2	4

 

 
в)

		4
		3
		2
	1

 

 

Рисунок    – Зависимость пути резания L (м) от скорости резания V (м/мин)

 

Зависимости пути L резания от скорости V резания при обработке заготовок  из сталей 38ХА и 12Х18Х10Т инструментом, оснащенным пластинами твердосплавными (соответственно (а) и (б)), а также  при обработке заготовок из стали 38ХА инструментом, оснащенным пластинами из быстрорежущей стали  с покрытиями TiN, (Ti, Fe)N, (Ti, Al)N и (Ti, Zr)N.

Эффективность всех сложных покрытий по отношению к покрытию TiN существенно  изменяется в зависимости от скорости V и снижается с ее увеличением. Режущие инструменты, оснащенные пластинами с покрытиями  
(Ti, Fe)N и (Ti, Al)N, прошли опытно-промышленные испытания и внедрены в производство.

 

Выводы:

 

1. Стойкость инструмента может быть повышена путем нанесения на режущую пластину покрытия из нитрида титана, легированного железом и алюминием [(Ti, Zr)N и (Ti, Al)N].

 

2. Режущие инструменты, оснащенные пластинами из твердого сплава и быстрорежущей стали с покрытиями (Тi, Fe)N и (Ti, Al)N можно рекомендовать к применению при обработке заготовок из сталей марок 38ХА и 12Х18Н10Т.

 

 

 

 

 

 

 

Выводы

 

Тема дипломного проекта - проектирование технологического процесса изготовления вала эксцентрикового, являющегося  одним из основных узлов радиально-поршневого гидромотора.

 В ходе выполнения дипломного проекта был выполнен следующий объем работ.

 При анализе служебного назначения  были отражены основные технические  характеристики и назначение  машины, перечислены узлы с описанием их работы. Что касается самого вала, то был проведен анализ всех его поверхностей, а также функций, исполняемых ими.

 При анализе технических  требований были подробно проанализированы  требования, предъявляемые при изготовлении  детали конструктором, их соответствие  общепринятым стандартом.

  Был определен тип производства  — мелкосерийный — и соответствующая ему форма организации работ.

 Для вышеупомянутого типа  производства было произведено  экономическое обоснование выбора  метода получения исходной заготовки.  В качестве заготовки была принята поковка, получаемая методом штамповки.

Во время выполнения работы был  проанализирован и усовершенствован технологический процесс изготовления детали. Было предложено и обосновано применение новых станков и оснастки, что позволит значительно сократить потери времени, показать себестоимость обработки, облегчить труд рабочих и повысить культуру труда на предприятии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1.А.Ф.Горбацевич, В.А.Шкред   «Курсовое проектирование по         технологии машиностроения». –  4-е изд., перераб. и доп. –  Минск: Выш. Школа, 1983.-256 с.

2.Справочник технолога  машиностроителя.  2 т. /Под ред.  А.Г.Касиловой и Р.К.Мещерякова. –  4-е изд., перераб. и доп. –М.: Машиностроение, 1986. – 496 с.

3.Обработка металлов  резанем: Справочник технолога  / А. А. Панов, В. В. Аникин, Н. Г. Бойм и др. Под общ. ред. А. А. Панова. - М.: Машиностроение. 1988.-736 с.: ил.

4.Маталин А.А. Технология  машиностроения: Учебник для           машиностроительных вузов по  специальности “Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты”. – Л.: Машиностроение, Ленингр.отд-ние,1985. – 496с.,ил.

^{5.Горбацевич А.Ф., Шкред В.А. Курсовое проектирование по технологии машиностроения.-4-е изд., перераб. и доп. –Минск: Вышэйш. Школа, 1983.-256 с.}

6.Общемашиностроительные  нормативы режимов резания для  технического нормирования работ на металлорежущих станках. Часть 1. Токарные, карусельные, токарно-револьверные, алмазно-расточные, строгальные, долбежные и фрезерные станки. Изд. 2-е. М.: Машиностроение, 1974. – 406 с. ил.

7.Общемашиностроительные нормативы времени    вспомогатель- ного, на обслуживание  рабочего места и подготовительно-заключительного для технического нормирования станочных работ: Серийное производство. – М.: Машиностроение, 1974. – 421с.

8 .ГОСТ 7505 – 89. Поковки стальные  штампованные.

9.А.П. Станки и инструменты 3/1991, М.: - Машиностроение,  46с.

10.Малов А.Н.,Справочник технолога-машиностроителя.-3-е  изд.,перераб. и доп.-М:Машиностроение,1972. -568с.

11.Методические указания для  курсового проекта. Для студентов  специальностей 7.090202 «Технология машиностроения» дневной и заочной форм обучения. / Сост. Евтухов В.Г., Захаркин А.У. – 1999 – с.23 ил.